入り口電気力学は物理学で何を研究しますか? 電気力学の基本公式。 テスト用のテスト質問
電気力学... スペル辞書の参考書
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- (電気という言葉とギリシャ語の dinamis power から) 電流の作用を扱う物理学の一部。 ロシア語に含まれる外来語の辞典。 Chudinov A.N.、1910年。電気という言葉とギリシャ語からの電気力学。 ダイナミズム、力強さ… ロシア語外来語辞典
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電気力学- 古典的な、非量子電磁過程の理論。主な役割は、さまざまな媒体や真空中の荷電粒子間の相互作用によって演じられます。 電気力学の形成は、C. Coulomb、J. Biot、F. Savart などの研究によって先行されました。 図解百科事典
さまざまな媒体および真空における電磁プロセスの古典的な理論。 電磁場を通じて行われる荷電粒子間の相互作用が主な役割を果たす一連の膨大な現象をカバーします。 大百科事典
電気力学、物理学における、電場と磁場、および帯電した物体との間の相互作用を研究する分野。 この学問は 19 世紀に始まりました。 彼女は理論的な著作「ジェームズ・マックスウェル」で、後に... ... 科学技術事典
電気力学、電気力学、その他多数。 いいえ、女性です (電気と力学を参照) (物理的)。 物理学科、電流、運動する電気の性質を研究します。 蟻。 静電気。 ウシャコフの解説辞典。 D.N. ウシャコフ。 1935 1940 … ウシャコフの解説辞典
電気力学、および g. （スペシャリスト。）。 さまざまな媒体および真空における電磁プロセスの理論。 オジェゴフの解説辞典。 S.I. オジェゴフ、N.Yu。 シュベドワ。 1949 1992 … オジェゴフの解説辞典
名詞、同義語の数: 2 力学 (18) 物理学 (55) ASIS 同義語辞書。 V.N. トリシン。 2013年… 同義語辞典
電気力学- - [A.S. ゴールドバーグ。 英語-ロシア語のエネルギー辞書。 2006] 一般的な電力工学のトピック EN 電気力学 ... 技術翻訳者向けガイド
本
- 電気力学、A.E. Ivanov。 この教科書は独立しています。MSTU の専門教育科学センターの准教授が長年にわたって行った講義が掲載されています。 N・E・バウマン...
- 電気力学、セルゲイ・アナトリエヴィッチ・イワノフ。 ...
電気力学の基礎。 静電気
電気力学の基礎
電気力学- 電磁場の特性の科学。
電磁場- 荷電粒子の動きと相互作用によって決定されます。
電場・磁場の発現- これは電気/磁気力の作用です:
1) 大宇宙における摩擦力と弾性力。
2) 小宇宙における電気/磁気力の作用 (原子構造、原子と分子の結合、
素粒子の変換）
電場・磁場の発見- J. マクスウェル。
静電気
電気力学の分野では、静止した状態で帯電した物体を研究します。
素粒子電子メールがあるかもしれない 電荷がある場合、それらは電荷と呼ばれます。
- 粒子間の距離に依存する力で相互作用します。
しかし、相互の重力の力の何倍も超えています（この相互作用は
電磁）。
Eメール 充電- 物理的な 値は電気/磁気相互作用の強度を決定します。
電荷には正と負の 2 つの符号があります。
同じ電荷を持った粒子は反発し、異なる電荷を持った粒子は引き合います。
陽子は正の電荷を持ち、電子は負の電荷を持ち、中性子は電気的に中性です。
初級料金- 分割できない最低料金。
自然界における電磁力の存在をどのように説明できますか?
- すべての物体には荷電粒子が含まれています。
体の通常の状態では、el。 中性（原子が中性であるため）、電気的/磁気的。 力が発揮されない。
本体が充電されている、何らかの兆候の超過料金がある場合:
マイナスに帯電 - 電子が過剰な場合。
正に帯電 - 電子が不足している場合。
身体の帯電- これは、例えば接触によって帯電した物体を入手する方法の 1 つです)。
この場合、両方の物体が帯電しており、その電荷の符号は反対ですが、大きさは等しいです。
電荷保存則。
閉じた系では、すべての粒子の電荷の代数和は変化しません。
(...ただし、素粒子の変換があるため、荷電粒子の数ではありません)。
クローズドシステム
荷電粒子が外部から侵入せず、外部からも出ない粒子系。
クーロンの法則
静電気の基本法則。
真空中の 2 点固定荷電体間の相互作用力は正比例します。
充電モジュールの積であり、モジュール間の距離の二乗に反比例します。
いつ ボディは点ボディとみなされます? - それらの間の距離が物体の大きさよりも何倍も大きい場合。
2 つの物体が電荷を持っている場合、それらはクーロンの法則に従って相互作用します。
電荷の単位
1 C は、1 A の電流で 1 秒間に導体の断面を通過する電荷です。
1 C は非常に大きな電荷です。
エレメントチャージ:
電界
物質的には、周囲に電荷が存在します。
電場の主な性質: 電場の中に導入された電荷に対する力の作用。
静電界- 定常電荷の場は時間とともに変化しません。
電界強度。- elの定量的特性。 田畑。
導入された点電荷に場が作用する力と、この電荷の大きさの比です。
- 導入された電荷の大きさには依存しませんが、電場を特徴づけます。
張力ベクトルの方向
正の電荷に作用する力ベクトルの方向と一致し、負の電荷に作用する力の方向とは反対です。
点電界強度:
ここで、q0 は電場を生成する電荷です。
フィールド内のどの点でも、強度は常にこの点と q0 を結ぶ直線に沿って方向付けられます。
電気容量
2 つの導体の電荷を蓄積する能力を特徴付けます。
- q と U には依存しません。
- 導体の幾何学的寸法、その形状、相対位置、導体間の媒体の電気的特性に依存します。
SI 単位: (F - ファラド)
コンデンサー
電荷を蓄える電気機器
(誘電体層によって分離された 2 つの導体)。
ここで、d は導体の寸法よりもはるかに小さいです。
電気図上の指定:
電界全体がコンデンサ内に集中します。
コンデンサの電荷は、コンデンサ プレートの 1 つの電荷の絶対値です。
コンデンサの種類:
1. 誘電体の種類別: 空気、マイカ、セラミック、電解
2. プレートの形状に応じて: 平ら、球形。
3. 容量別: 一定、可変 (調整可能)。
フラットコンデンサの電気容量
ここで、Sはコンデンサのプレート（メッキ）の面積です
d - プレート間の距離
eo - 電気定数
e - 誘電体の誘電率
電気回路にコンデンサを含める
平行
一連
次に、総電気容量 (C) は次のようになります。
並列接続時
. 
直列に接続した場合
DC AC 接続
電気- 荷電粒子 (自由電子またはイオン) の規則正しい動き。
この場合、電気は導体の断面を通って伝達されます。 電荷 (荷電粒子の熱運動中、正と負の電荷が補償されるため、転送された総電荷 = 0)。
電子メールの方向性 現在- 正に帯電した粒子の移動方向 (+ から - へ) を考慮することが従来から受け入れられています。
電子メールのアクション 電流(導体中):
電流の熱影響- 導体の加熱（超電導体を除く）。
電流の化学的影響 -電解質中にのみ存在し、電解質を構成する物質が電極上に放出されます。
電流の磁気効果(メイン) - すべての導体で観察されます (電流による導体の近くの磁針の偏向と、磁場を介して隣接する導体に及ぼす電流の力の影響)。
回路セクションのオームの法則
ここで、R は回路部分の抵抗です。 (導体自体も回路の一部とみなすことができます)。
各導体は、独自の特定の電流-電圧特性を持っています。
抵抗
導体の基本的な電気的特性。
- オームの法則によれば、この値は特定の導体に対して一定です。
1 オームは、両端に電位差がある導体の抵抗です。
1 V での電流強度は 1 A です。
抵抗は導体の特性のみに依存します。
ここで、Sは導体の断面積、lは導体の長さ、
ro - 導体物質の特性を特徴付ける抵抗率。
電気回路
それらは、電源、電流の消費者、ワイヤ、およびスイッチで構成されます。
導体の直列接続
I - 回路内の電流強度
U - 回路セクションの両端の電圧
導体の並列接続
I - 回路の分岐されていないセクションの電流強度
U - 回路セクションの両端の電圧
R - 回路セクションの合計抵抗
測定器がどのように接続されているかを思い出してください。
電流計 - 電流が測定される導体と直列に接続されています。
電圧計 - 電圧が測定される導体に並列に接続されます。
直流動作
現在の仕事- これは、導体に沿って電荷を移動させる電場の働きです。
回路の一部で電流によって行われる仕事は、仕事が行われた間の電流、電圧、時間の積に等しくなります。
回路のセクションのオームの法則の公式を使用すると、電流の仕事を計算するための公式のいくつかのバージョンを作成できます。
エネルギー保存の法則によれば、次のようになります。
仕事は回路のセクションのエネルギーの変化に等しいため、導体によって放出されるエネルギーは電流の仕事に等しい。
SI システムでは次のようになります。
ジュール・レンツの法則
電流が導体を通過すると、導体は加熱され、環境との熱交換が発生します。 導体は周囲の物体に熱を放出します。
環境に電流を流す導体によって放出される熱の量は、電流の強さの二乗、導体の抵抗、および電流が導体を通過する時間の積に等しくなります。
エネルギー保存則によれば、導体から放出される熱の量は、同時に導体を流れる電流によって行われる仕事に数値的に等しくなります。
SI システムでは次のようになります。
[Q] = 1J
直流電源
この時間間隔に対する、時間 t 中に電流によって行われた仕事の比率。
SI システムでは次のようになります。
超電導現象
低温超伝導の発見：
1911年 - オランダの科学者カメルリング - オンネス
超低温 (25 K 以下) で多くの金属や合金で観察されます。
このような温度では、これらの物質の抵抗率は無視できるほど小さくなります。
1957 年に、超伝導現象の理論的説明が行われました。
クーパー (アメリカ)、ボゴリュボフ (ソ連)
1957年 コリンズの実験: 電流源のない閉回路の電流は 2.5 年間止まらなかった。
1986 年に、高温超伝導 (100 K) が発見されました (金属セラミックス)。
超電導実現の難しさ：
- 物質を強力に冷却する必要性
応用分野:
- 強力な磁場を得る。
- 加速器と発電機内の超電導巻線を備えた強力な電磁石。
現在、エネルギー分野では、 大問題
- 送電時の電力損失が大きい彼女を電信で。
考えられる解決策問題点:
超電導の場合、導体の抵抗はほぼ0になります。
そしてエネルギー損失が大幅に減少します。
超伝導温度が最も高い物質
1988 年に米国で -148°C の温度で超伝導現象が得られました。 導体はタリウム、カルシウム、バリウム、銅の酸化物の混合物、Tl2Ca2Ba2Cu3Oxでした。
半導体 -
抵抗率が広範囲で変化する物質で、温度が上昇すると非常に急速に減少します。これは、電気伝導率 (1/R) が増加することを意味します。
- シリコン、ゲルマニウム、セレン、および一部の化合物で観察されます。
伝導機構半導体で
半導体結晶には原子結晶格子があり、外部の電子が共有結合によって隣接する原子に結合しています。
低温では、純粋な半導体は自由電子を持たず、絶縁体のように動作します。
真空中の電流
真空とは何ですか?
- これは、分子の衝突が実質的に存在しないガスの希薄化の度合いです。
電流は不可能なので、 可能な数のイオン化分子が導電性を提供することはできません。
- 荷電粒子源を使用すれば、真空中で電流を作り出すことが可能です。
- 荷電粒子源の作用は、熱電子放出の現象に基づいている可能性があります。
熱電子放出
- これは、固体または液体の物体が、目に見える熱い金属の輝きに対応する温度まで加熱されたときの電子の放出です。
加熱された金属電極は継続的に電子を放出し、その周囲に電子雲を形成します。
平衡状態では、電極から出た電子の数は、電極に戻ってきた電子の数に等しくなります (電子が失われると電極は正に帯電するため)。
金属の温度が高くなると、電子雲の密度が高くなります。
真空ダイオード
真空管では真空中での電流が可能です。
真空管は熱電子放出現象を利用した装置です。
真空ダイオードは 2 つの電極 (A - アノードと K - カソード) の電子管です。
ガラス容器内には非常に低い圧力が発生します
H - 陰極を加熱するために陰極の内側に配置されたフィラメント。 加熱された陰極の表面は電子を放出します。 アノードを電流源の+に接続し、カソードを-に接続すると、回路は流れます。
一定の熱電子電流。 真空ダイオードは一方向の導電性を持っています。
それらの。 アノード電位がカソード電位よりも高い場合、アノードに電流が流れる可能性があります。 この場合、電子雲からの電子が陽極に引き寄せられ、真空中に電流が発生します。
真空ダイオードの電流-電圧特性。
アノード電圧が低いと、カソードから放出された電子がすべてアノードに到達するわけではなく、電流は小さくなります。 高電圧では、電流は飽和に達します。 最大値。
真空ダイオードは交流を整流するために使用されます。
ダイオード整流器の入力電流:
整流器出力電流:
電子線
これは、真空管やガス放電装置内を高速で飛行する電子の流れです。
電子線の性質:
電場では偏向します。
- ローレンツ力の影響下で磁場内で偏向します。
- 物質に当たるビームが減速されると、X 線放射が発生します。
- 一部の固体および液体 (発光団) の輝き (発光) を引き起こします。
- 物質に接触すると加熱されます。
陰極線管 (CRT)
熱電子放出現象と電子線の性質を利用します。
CRT は電子銃、水平偏向器、垂直偏向器で構成されています。
電極板とスクリーン。
電子銃では、加熱された陰極によって放出された電子は制御グリッド電極を通過し、陽極によって加速されます。 電子銃は電子ビームを点に集束させ、画面上の光の明るさを変化させます。 偏向水平プレートと垂直プレートを使用すると、画面上の電子ビームを画面上の任意の点に移動できます。 真空管スクリーンは、電子が衝突すると発光し始める蛍光体でコーティングされています。
チューブには次の 2 種類があります。
１）電子ビームの静電制御（電場のみによる電子ビームの偏向）。
2) 電磁制御付き (磁気偏向コイルが追加されます)。
CRT の主な用途:
テレビ機器の受像管。
コンピュータのディスプレイ。
測定技術における電子オシロスコープ。
気体中の電流
通常の状態では、ガスは誘電体です。 それは中性の原子と分子で構成されており、電流の自由キャリアを含みません。
導体ガスはイオン化ガスである。 イオン化したガスは電子イオン伝導性を持っています。
空気は、電力線、エアコンデンサ、接点スイッチの誘電体です。
雷が落ちたり、電気火花が発生したり、溶接アークが発生したりする場合、空気は導体となります。
ガスイオン化
これは、原子から電子を除去することにより、中性の原子または分子が陽イオンと電子に分解されることです。 イオン化は、ガスが加熱されるか放射線 (UV、X 線、放射性物質) にさらされると発生します。これは、高速での衝突中の原子や分子の崩壊によって説明されます。
ガスの排出
これはイオン化したガス中の電流です。
電荷担体は正イオンと電子です。 ガス放電管 (ランプ) が電場または磁場にさらされると、ガス放電が観察されます。
荷電粒子の再結合
- イオン化が停止すると、ガスは導体でなくなります。これは再結合 (逆に荷電した粒子の再結合) の結果として発生します。
ガスの放出には、自立的ガス放出と非自立的ガス放出があります。
非自立的なガス放出
イオナイザーの動作を停止すると放電も停止します。
放電が飽和に達すると、グラフは水平になります。 ここで、ガスの電気伝導度はイオナイザーの作用によってのみ生じます。
自立的なガス排出
この場合、インパクトイオン化（＝電気ショックによるイオン化）によるイオンや電子により、外部イオナイザーの停止後もガス放電が継続します。 電極間の電位差が増加すると発生します（電子なだれが発生します）。
Ua = U点火の場合、非自立的ガス放電は自立的ガス放電に変化する可能性があります。
ガスの電気的故障
非自立的なガス放電が自立的なガス放電に移行するプロセス。
自己持続的なガス放出が発生する 4種類：
1. くすぶり - 低圧 (最大数 mm Hg) - ガスライト管やガスレーザーで観察されます。
2. スパーク - 常圧および高電界強度で (雷 - 最大数十万アンペアの電流強度)。
3. コロナ - 常圧、不均一な電場 (先端)。
4. アーク - 高電流密度、電極間の低電圧（アーク チャネル内のガス温度 -5000 ～ 6000 ℃）。 スポットライトや映写フィルム装置で観察されます。
次のような放電が観察されます。
くすぶり - 蛍光灯の中で。
スパーク - 稲妻の中で。
コロナ - 電気集塵機内、エネルギー漏洩中。
アーク - 溶接中、水銀灯内。
プラズマ
高温、高速で分子が衝突し、イオン化度の高い物質が凝集する4番目の状態です。 自然界に見られるもの: 電離層 - 弱電離プラズマ、太陽 - 完全電離プラズマ。 人工プラズマ - ガス放電ランプ内。
プラズマには次のようなものがあります。
低温 - 100,000K 未満の温度。
高温 - 100,000Kを超える温度。
プラズマの基本的な性質:
高い導電性
- 外部の電場および磁場との強い相互作用。
ある温度で 
あらゆる物質はプラズマ状態にあります。
興味深いことに、宇宙の物質の99％はプラズマです
テスト用のテスト問題
定義 1
電気力学は、電磁場の基本的な変数とその相互作用を研究する物理学の分野です。
古典的な電気力学は、電磁場のすべての特性と、特定の電荷を運ぶ他の物理要素との関係の原理を説明します。 この動作は、マクスウェルの方程式とローレンツ力の式によって決定できます。 この場合、電磁場、電磁ポテンシャル、電荷、ポインティング ベクトルといった電気力学の主な概念が常に使用されます。
物理学におけるこの方向の主なセクションは次のとおりです。
- 静磁気;
- 静電気;
- 連続媒体の電気力学。
科学の一分野としての光学の基礎は、電波の物理学という形での電気力学です。 この科学的方向性は、電気工学および無線工学の基礎であると考えられています。
電荷
電磁相互作用は自然界で最も重要な活動の 1 つです。 弾性力と摩擦力、気体と液体の圧力は、物質の要素間の電磁力の単一の指標に還元できます。 電気力学における相互作用自体は、より深い相互作用の形で形成できなくなります。
注1
同じ基本的なタイプの相補性は重力です。これは、2 つの物理的な物体が重力で継続的に引き合うことです。
ただし、重力プロセスと電磁プロセスの間には、いくつかの重要な違いが観察されます。
- 電磁相互作用に参加できるのは荷電した物体だけです。
- 重力による接続は常に、ある物体が別の物体に体系的に引き付けられることです。
- 電磁的な関係は、反発または引力のいずれかになります。
- 電気力学における相互作用は、重力相互作用よりもはるかに強力です。
- 帯電した各物体は一定量の電荷を持っています。
定義 2
電荷は、自然と物体との間の電磁相互作用の強さをより正確に決定する特定の物理量であり、その測定単位はクーロン (C)1 です。
電界
短距離相互作用の理論は、以前に提案された科学者の仮説よりも優勢であり、その結果、電磁場が、真空を通してさえ電荷間の相互作用を完全に伝える主要な物体であることが判明した。 この分野で決定的なのは、19世紀の2人の有名な科学者、ファラデーとマクスウェルの研究と業績でした。 物理学者は、彼らの主張を実験的に確認することによって、電場の動作原理を発見することができました。
固定電荷は磁場を形成できないため、この側面では電場自体の特性についてのみ説明する必要があります。
したがって、電気力学の分野の主な特徴は次のとおりです。
- 電荷はそれ自体の周囲に強力な場を作り出すことができます。
- 電気力学は特定の媒体を必要とせず、物質内でも真空中でも発生する可能性があり、すべての物質にとって優れた代替存在形態です。
- 電場は、電気回路内のプロセスのダイナミクスの動作法則を確立する主要な物理的オブジェクトです。
電界の発生源は一定の電荷であると考えられており、この現象を研究するための指標はいわゆるテスト電荷です。 この物質の作用によって、特定の空間における電場の存在を判断できます。 さらに、テスト電荷を使用して、その相互作用のさまざまな領域における場の強度を決定することができます。 当然のことながら、電気力学のこの要素は点であり、一定でなければなりません。
科学者によると、電界内のテスト電荷に影響を与える力は、総電荷の大きさに絶対に比例します。 したがって、エネルギー流に対する強度の比は電荷指数には依存せず、場の特性の 1 つとなります。
電界強度は、電磁界が試験電荷 $q$ に作用する力ベクトル $\vec (F)$ と試験電荷自体との関係です: $((\vec (E))=( \frac (\vec ( F))(q)).)$
フィールド内の物質の電圧はベクトル量と見なされ、空間内の各点にはテスト要素の特定の係数が存在します。 指定された強度ベクトルの点の指定された座標および時間への依存性を判断できる場合、フィールドが指定されます。
注2
この定義からわかるように、張力は通常 N/kl で測定されますが、今日ではこのプロセスの特性を研究することしかできません。
電界内の導体
電池の両極を金属線で短絡すると簡単に電流が得られますが、その線を普通のガラス棒に置き換えると電流が流れなくなります。 金属は主導体であり、ガラスは誘電体として機能します。
電気力学における導体は、余分な電荷や帯電要素が存在しない点で誘電体とは異なり、その位置は物質自体の内部の点とはまったく関係がありません。 自由電荷は電場の影響下で活発に相互作用し始め、導体の体積全体に移動する可能性があります。
定義 3
導体は主に金属であり、自由電子のみが完全な自由電荷とみなされ、金属結合プロセスの特殊性から生じます。
実際のところ、金属原子の外側の電子殻に位置する永久価電子は、原子核とかなり弱く結合しています。 金属原子が相互接続されると、その原子価粒子は殻を持たずに残り、「自由に浮遊」します。
溶液および溶融物である電解質は、分子が正イオンと負イオンに解離する自由ナノ電荷を持ち、電場では導体としても機能します。 普通の水の入ったコップに食塩をひとつまみ入れると、$NaCl$ 分子は徐々に陽イオン $Na^+$ と $Cl^−$ に分解されます。 電場の影響下で、これらのインジケーターは秩序だった動きを形成し始め、その結果電流が発生します。
天然水には塩が溶けているため、良好な導体ですが、金属ほどではありません。 人間の体は主に水で構成されており、その中には特定の塩分も溶解していることは誰もが知っています。 したがって、私たちの体は電流の導体としても機能します。
空間ボリューム全体にわたって移動できる膨大な数の自由電荷が存在するため、導体にはいくつかの特徴的な共通特性があることは注目に値します。
電気機械のアナロジー
電気力学におけるインダクタンス $L$ と力学における質量 $m$ の間には、ある類似点があることに気づくのは簡単です。 物体の速度を瞬時に変えることは不可能であるため、物体を特定の速度まで完全に加速するには、ある程度の時間が必要であることが知られています。
一定の強度が物体に適用される場合、この時間は物体の質量 $m$ に直接依存します。 コイル内の電流が最大値に達するには、コイルのインダクタンス $L$ が確立されるまでに時間がかかります。
電界中の物質が静止した壁に衝突すると、物体の速度は自動的に低下します。 壁が全体攻撃を受け、その破壊力は本体の質量が大きいほど強力となる。 実際、すべての電気機械的アナロジーは非常に広範囲に及び、インダクタンスと質量だけでなく、実際にはあまり役に立たない他の指標にも関連しています。
電気的および磁気的関係の統一性と不変性の実現は、物理的相互作用の統一理論の最初に確認された例となりました。 今日、電気力学と高エネルギーでの弱い相互作用が単一のプロセスで組み合わされることが証明されています。
意味
電磁場- これは、帯電した物体の相互作用で現れる一種の物質です。
ダミーのための電気力学
電磁場は、多くの場合、電場と磁場に分けられます。 電磁場の特性とその相互作用の原理は、電気力学と呼ばれる物理学の特別な分野によって研究されます。 電気力学自体では、次のセクションが区別されます。
- 静電気;
- 静磁気;
- 連続体の電気力学。
- 相対論的電気力学。
電気力学は、光学 (科学の一分野として) と電波の物理学の研究と開発の基礎です。 この科学分野は、無線工学と電気工学の基礎です。
古典電気力学では、電磁場の特性とその相互作用の原理を記述する際に、マクスウェルの方程式系 (積分形式または微分形式) を使用し、これを材料方程式系、境界条件、および初期条件で補足します。 マクスウェルによれば、磁場の発生には 2 つのメカニズムがあります。 これは、伝導電流 (移動する電荷) と時間変化する電界 (変位電流の存在) の存在です。
マクスウェル方程式
古典電気力学の基本法則 (マクスウェル方程式系) は実験データの一般化の結果であり、静止媒体の電気力学の真髄となっています。 マクスウェル方程式は構造方程式と材料方程式に分けられます。 構造方程式は、積分形式と微分形式の 2 つの形式で記述されます。 マクスウェル方程式を微分形式 (SI 系) で書いてみましょう。
ここで、 は電界強度ベクトルです。 - 磁気誘導のベクトル。
ここで、 は磁場強度ベクトルです。 - 誘電変位ベクトル; - 電流密度ベクトル。
ここで、 は電荷分布密度です。
マクスウェルの微分形式の構造方程式は、空間内の各点における電磁場を特徴付けます。 電荷と電流が空間内に連続的に分布している場合、マクスウェル方程式の積分形式と微分形式は等価です。 ただし、不連続面がある場合は、積分形式でマクスウェル方程式を記述する方がより一般的です。 (マクスウェル方程式を記述する積分形式については、「電気力学」セクションを参照してください)。 マクスウェル方程式の積分形式と微分形式の数学的等価性を実現するために、微分表記に境界条件が追加されます。
マクスウェルの方程式から、交流磁場は交流電場を生成し、その逆も同様であることがわかります。つまり、これらの場は分離できず、単一の電磁場を形成します。 電場の発生源は、電荷または時間変化する磁場のいずれかです。 磁場は、電荷 (電流) の移動または交流電場によって励起されます。 マクスウェルの方程式は、電場と磁場に関して対称ではありません。 これは、電荷は存在するが、磁荷は存在しないために起こります。
材料方程式
マクスウェルの構造方程式系には、物質の電気的および磁気的特性を特徴付けるパラメータとベクトルの関係を反映する材料方程式が追加されています。
ここで、 は比誘電率、 は比透磁率、 は比導電率、 は電気定数、 は磁気定数です。 この場合の媒体は、等方性、非強磁性、非強誘電性であると考えられます。
問題解決の例
例 1
| エクササイズ | 静止場のマクスウェルの構造方程式系を書き留めます。 |
| 解決 | 静止フィールドについて話している場合、次のことを意味します。 マクスウェルの方程式系は次の形式になります。
この場合の電界の発生源は電荷のみです。 磁場の発生源は伝導電流です。 私たちの場合、電場と磁場は互いに独立しています。 これにより、一定の電場と別の磁場を別々に研究することが可能になります。 |
例 2
| エクササイズ | ソレノイドの磁界が法則に従って変化する場合、ソレノイド軸からの距離に応じた変位電流密度関数を書き留めます ()。 R はソレノイドの半径です。 ソレノイドはダイレクトです。 グラフを描く場合を考えてみましょう）。 |
| 解決 | 問題を解くための基礎として、積分形式のマクスウェル方程式系の方程式を使用します。
バイアス電流を次のように定義しましょう。
与えられた依存性 B(t) を使用して偏導関数を見つけてみましょう。
|
34. 電気力学とは何ですか?
私たちはこれから、物理学の新しいセクション「電気力学」の勉強を始めます。 この名前自体は、荷電粒子の動きと相互作用によって決定されるプロセスについて話していることを示しています。 この相互作用は電磁気と呼ばれます。 この相互作用の性質を研究すると、物理学の最も基本的な概念の 1 つである電磁場の概念にたどり着きます。
電気力学は、特殊な種類の物質、つまり帯電した物体または粒子間で相互作用する電磁場の特性と動作パターンの科学です。
科学によって発見された 4 つのタイプの相互作用 - 重力、電磁気、強い (核) および弱い - の中で、症状の広さと多様性の中で第一位を占めるのは電磁相互作用です。 日常生活やテクノロジーの中で、私たちはさまざまな種類の電磁力に遭遇することがほとんどです。 これらは、弾性力、摩擦力、私たちの筋肉やさまざまな動物の筋肉の強さです。
光は電磁場の一種であるため、電磁相互作用により、読んでいる本を見ることができます。 生命そのものはこれらの力なしには考えられません。 宇宙飛行士の飛行が示しているように、生物、さらには人間ですら、万有引力が生物の生命活動に何の影響も及ぼさない無重力状態を長期間維持することができます。 しかし、電磁力の作用が一瞬でも止まれば、生命は即座に消滅してしまいます。
自然界の最小の系である原子核における粒子の相互作用や宇宙体の相互作用では、電磁気力が重要な役割を果たしますが、強い相互作用と弱い相互作用はプロセスを非常に小さなスケールでのみ決定し、重力は地球上のものにのみ影響します。宇宙規模。 原子殻の構造、原子の凝集
分子（化学力）と物質の巨視的量の形成は電磁力のみによって決定されます。 電磁力の作用に関連しない現象を示すことは困難、あるいはほぼ不可能です。
電気力学の創造は、系統的な研究と偶然の発見の長い連鎖につながりました。その始まりは、絹にこすられた琥珀が光の物体を引き寄せる能力の発見から始まり、英国の偉大な科学者ジェームス・クラーク・マックスウェルの仮説で終わりました。交流電界による磁界の生成。 電磁現象の広範な実用化が始まったのは、電気力学の創設後の 19 世紀後半になってからです。 A. S. ポポフによるラジオの発明は、新しい理論の原理の最も重要な応用の 1 つです。
電気力学の発展により、初めて科学研究が技術的応用に先立って行われるようになりました。 蒸気エンジンが熱過程の理論が確立されるずっと前に作られたとすれば、電気力学の法則の発見と研究の後でのみ電気モーターやラジオ受信機を構築できることが判明しました。
電磁現象の無数の実際的な応用は、世界中の人々の生活を変えてきました。 現代文明は電気エネルギーの普及なしには考えられません。
私たちの課題は、電磁相互作用の基本法則を研究し、電気エネルギーを取得して実際に使用する主な方法を理解することです。