GirişElektrodinamik fizikte neyi inceliyor? Elektrodinamiğin temel formülleri. Test için test soruları
Elektrodinamik… Yazım sözlüğü-referans kitabı
Elektrik arasındaki etkileşimi gerçekleştiren elektromanyetik alanın davranışının klasik teorisi (kuantum olmayan). yükler (elektromanyetik etkileşim). Klasik yasalar makroskobik E., Maxwell denklemlerinde formüle edilir, bu da ... Fiziksel ansiklopedi
- (elektrik ve Yunanca dinamis gücü kelimesinden). Fiziğin elektrik akımlarının hareketiyle ilgilenen kısmı. Rus dilinde yer alan yabancı kelimeler sözlüğü. Chudinov A.N., 1910. ELEKTRODİNAMİK, elektrik kelimesinden ve Yunanca'dan. dinamizm, güç... Rus dilinin yabancı kelimeler sözlüğü
Modern ansiklopedi
Elektrodinamik- Ana rolün çeşitli ortamlarda ve vakumda yüklü parçacıklar arasındaki etkileşimler tarafından oynandığı klasik, kuantum olmayan elektromanyetik süreçler teorisi. Elektrodinamiğin oluşumundan önce C. Coulomb, J. Biot, F. Savart, ... ... Resimli Ansiklopedik Sözlük
Çeşitli ortamlarda ve vakumda elektromanyetik süreçlerin klasik teorisi. Elektromanyetik alan aracılığıyla yüklü parçacıklar arasındaki etkileşimlerin ana rolü oynadığı çok sayıda olayı kapsar. Büyük Ansiklopedik Sözlük
ELEKTRODİNAMİK, fizikte, elektrik ve manyetik alanlar ile yüklü cisimler arasındaki etkileşimi inceleyen alan. Bu disiplin 19. yüzyılda başladı. James MAXWELL teorik çalışmalarıyla daha sonra bir parçası oldu... ... Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük
ELEKTRODİNAMİK, elektrodinamik ve diğerleri. hayır, kadın (bkz. elektrik ve dinamik) (fiziksel). Elektrik akımının, hareket halindeki elektriğin özelliklerini inceleyen fizik bölümü; karınca. elektrostatik. Ushakov'un açıklayıcı sözlüğü. D.N. Ushakov. 1935 1940... Ushakov'un Açıklayıcı Sözlüğü
ELEKTRODİNAMİK ve g. (uzman.). Çeşitli ortamlarda ve boşlukta elektromanyetik süreçlerin teorisi. Ozhegov'un açıklayıcı sözlüğü. Sİ. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992… Ozhegov'un Açıklayıcı Sözlüğü
İsim, eş anlamlıların sayısı: 2 dinamik (18) fizik (55) ASIS eşanlamlılar sözlüğü. V.N. Trishin. 2013… Eşanlamlılar sözlüğü
elektrodinamik- - [A.S. Goldberg. İngilizce-Rusça enerji sözlüğü. 2006] Genel EN elektrodinamikte güç mühendisliği konuları ... Teknik Çevirmen Kılavuzu
Kitabın
- Elektrodinamik, A. E. Ivanov. Bu ders kitabı kendi kendine yeterlidir: MSTU'nun uzmanlaşmış eğitim ve bilim merkezinde bir doçent tarafından birkaç yıldır verilen dersleri sunmaktadır. N. E. Bauman...
- Elektrodinamik, Sergei Anatolyevich Ivanov. ...
ELEKTRODİNAMİĞİN TEMELLERİ. ELEKTROSTATİK
ELEKTRODİNAMİĞİN TEMELLERİ
Elektrodinamik- elektromanyetik alanın özelliklerinin bilimi.
Elektromanyetik alan- yüklü parçacıkların hareketi ve etkileşimi ile belirlenir.
Elektrik/manyetik alanın tezahürü- bu elektrik/manyetik kuvvetlerin eylemidir:
1) makrokozmosta sürtünme kuvvetleri ve elastik kuvvetler;
2) mikrokozmosta elektrik/manyetik kuvvetlerin etkisi (atom yapısı, atomların moleküllere bağlanması,
temel parçacıkların dönüşümü)
Elektrik/manyetik alanın keşfi- J.Maxwell.
ELEKTROSTATİK
Elektrodinamik dalı, hareketsiz durumdaki elektrik yüklü cisimleri inceler.
Temel parçacıklar e-postası olabilir şarj edilirse onlara şarjlı denir;
- parçacıklar arasındaki mesafeye bağlı olan kuvvetlerle birbirleriyle etkileşime girerler,
ancak karşılıklı çekim kuvvetlerinin birçok katını aşar (bu etkileşime denir)
elektromanyetik).
E-posta şarj- fiziksel değer elektrik/manyetik etkileşimlerin yoğunluğunu belirler.
Elektrik yükünün 2 işareti vardır: pozitif ve negatif.
Benzer yüklere sahip parçacıklar birbirini iter, farklı yüklere sahip parçacıklar ise çeker.
Protonun pozitif yükü vardır, elektronun negatif yükü vardır ve nötron elektriksel olarak nötrdür.
Temel ücret- bölünemeyen minimum ücret.
Doğada elektromanyetik kuvvetlerin varlığını nasıl açıklayabiliriz?
- Tüm cisimler yüklü parçacıklar içerir.
Vücudun normal durumunda el. nötr (atom nötr olduğundan) ve elektrik/manyetik. güçler ortaya çıkmamaktadır.
Vücut şarj edilir, eğer herhangi bir işarette fazla ücret varsa:
negatif yüklü - fazla miktarda elektron varsa;
pozitif yüklü - elektron eksikliği varsa.
Bedenlerin elektrifikasyonu- bu, örneğin temas yoluyla yüklü cisimleri elde etmenin yollarından biridir).
Bu durumda, her iki cisim de yüklüdür ve yükler zıt işaretlidir, ancak büyüklükleri eşittir.
Elektrik yükünün korunumu kanunu.
Kapalı bir sistemde tüm parçacıkların yüklerinin cebirsel toplamı değişmeden kalır.
(... ancak yüklü parçacıkların sayısı değil, çünkü temel parçacıkların dönüşümleri vardır).
Kapalı sistem
Yüklü parçacıkların dışarıdan girmediği ve çıkmadığı bir parçacık sistemi.
Coulomb yasası
Elektrostatiğin temel kanunu.
Bir boşluktaki iki sabit yüklü cisim arasındaki etkileşimin kuvveti doğru orantılıdır
yük modüllerinin çarpımı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır.
Ne zaman cisimler nokta cisimler olarak kabul edilir? - aralarındaki mesafe cisimlerin boyutundan kat kat fazlaysa.
İki cismin elektrik yükü varsa, Coulomb yasasına göre etkileşime girerler.
Elektrik yükü birimi
1 C, 1 A akımda bir iletkenin kesitinden 1 saniyede geçen yüktür.
1 C çok büyük bir yüktür.
Element yükü:
ELEKTRİK ALANI
Etrafta maddi olarak bir elektrik yükü var.
Elektrik alanının ana özelliği: içine verilen elektrik yükü üzerindeki kuvvetin etkisi.
Elektrostatik alan- Sabit bir elektrik yükünün alanı zamanla değişmez.
Elektrik alan kuvveti.- el'in niceliksel özellikleri. alanlar.
alanın uygulanan nokta yüke etki ettiği kuvvetin bu yükün büyüklüğüne oranıdır.
- uygulanan yükün büyüklüğüne bağlı değildir, ancak elektrik alanını karakterize eder!
Gerilim vektör yönü
pozitif bir yüke etki eden kuvvet vektörünün yönü ile çakışır ve negatif bir yüke etki eden kuvvetin yönünün tersidir.
Noktasal yük alanı gücü:
burada q0 elektrik alanını oluşturan yüktür.
Alanın herhangi bir noktasında yoğunluk her zaman bu noktayı q0'a bağlayan düz çizgi boyunca yönlendirilir.
ELEKTRİK KAPASİTESİ
İki iletkenin elektrik yükünü biriktirme yeteneğini karakterize eder.
- q ve U'ya bağlı değildir.
- iletkenlerin geometrik boyutlarına, şekillerine, göreceli konumlarına, iletkenler arasındaki ortamın elektriksel özelliklerine bağlıdır.
SI birimleri: (F - farad)
KONDANSATÖRLER
Şarjı depolayan elektrikli cihaz
(bir dielektrik katmanla ayrılmış iki iletken).
Burada d, iletkenin boyutlarından çok daha küçüktür.
Elektrik şemalarındaki gösterim:
Elektrik alanının tamamı kapasitörün içinde yoğunlaşmıştır.
Bir kapasitörün yükü, kapasitör plakalarından birindeki yükün mutlak değeridir.
Kapasitör türleri:
1. dielektrik türüne göre: hava, mika, seramik, elektrolitik
2. Plakaların şekline göre: düz, küresel.
3. Kapasiteye göre: sabit, değişken (ayarlanabilir).
Düz kapasitörün elektriksel kapasitansı
burada S, kapasitörün plakasının (kaplamasının) alanıdır
d - plakalar arasındaki mesafe
eo - elektrik sabiti
e - dielektrikin dielektrik sabiti
Bir elektrik devresine kapasitörler dahil
paralel
ardışık
Daha sonra toplam elektrik kapasitesi (C):
paralel bağlandığında
. 
seri bağlandığında
DCAC BAĞLANTILARI
Elektrik- yüklü parçacıkların (serbest elektronlar veya iyonlar) düzenli hareketi.
Bu durumda elektrik iletkenin kesiti üzerinden aktarılır. yük (yüklü parçacıkların termal hareketi sırasında, pozitif ve negatif yükler telafi edildiğinden aktarılan toplam elektrik yükü = 0).
E-posta yönü akım- pozitif yüklü parçacıkların hareket yönünün (+'dan -'ye) dikkate alınması geleneksel olarak kabul edilir.
E-posta işlemleri akım (iletkende):
akımın termal etkisi- iletkenin ısıtılması (süper iletkenler hariç);
akımın kimyasal etkisi - sadece elektrolitlerde görülür.Elektroliti oluşturan maddeler elektrotlar üzerinde salınır;
akımın manyetik etkisi(ana) - tüm iletkenlerde gözlenir (manyetik iğnenin akımla bir iletkenin yakınında sapması ve akımın manyetik alan yoluyla bitişik iletkenler üzerindeki kuvvet etkisi).
DEVRE BÖLÜMÜ İÇİN OHM YASASI
burada R devre bölümünün direncidir. (iletkenin kendisi de devrenin bir bölümü olarak düşünülebilir).
Her iletkenin kendine özgü akım-gerilim karakteristiği vardır.
REZİSTANS
Bir iletkenin temel elektriksel özellikleri.
- Ohm kanununa göre bu değer belirli bir iletken için sabittir.
1 Ohm, uçlarında potansiyel fark bulunan bir iletkenin direncidir
1 V'de ve içindeki akım gücü 1 A'dır.
Direnç yalnızca iletkenin özelliklerine bağlıdır:
burada S iletkenin kesit alanıdır, l iletkenin uzunluğudur,
iletken maddenin özelliklerini karakterize eden ro - direnç.
ELEKTRİK DEVRELERİ
Bir kaynak, bir elektrik akımı tüketicisi, teller ve bir anahtardan oluşurlar.
İLETKENLERİN SERİ BAĞLANTISI
I - devredeki akım gücü
U - devre bölümünün uçlarındaki voltaj
İLETKENLERİN PARALEL BAĞLANTISI
I - devrenin dallanmamış bir bölümündeki akım gücü
U - devre bölümünün uçlarındaki voltaj
R - devre bölümünün toplam direnci
Ölçüm cihazlarının nasıl bağlandığını unutmayın:
Ampermetre - akımın ölçüldüğü iletkene seri olarak bağlanır.
Voltmetre - voltajın ölçüldüğü iletkene paralel olarak bağlanır.
DC ÇALIŞMASI
Mevcut çalışma- bu, elektrik yüklerini iletken boyunca aktarmak için elektrik alanının işidir;
Akımın devrenin bir bölümünde yaptığı iş, akımın, voltajın ve işin yapıldığı zamanın çarpımına eşittir.
Devrenin bir bölümü için Ohm yasası formülünü kullanarak, akımın çalışmasını hesaplamak için formülün birkaç versiyonunu yazabilirsiniz:
Enerjinin korunumu yasasına göre:
İş, devrenin bir bölümünün enerjisindeki değişime eşittir, dolayısıyla iletken tarafından salınan enerji akımın işine eşittir.
SI sisteminde:
JOULE-LENZ YASASI
Akım bir iletkenden geçtiğinde iletken ısınır ve çevre ile ısı alışverişi meydana gelir; iletken onu çevreleyen cisimlere ısı verir.
Akım taşıyan bir iletkenin çevreye yaydığı ısı miktarı, akım kuvvetinin, iletkenin direncinin ve akımın iletkenden geçtiği zamanın karesinin çarpımına eşittir.
Enerjinin korunumu kanununa göre bir iletkenin açığa çıkardığı ısı miktarı sayısal olarak iletkenden aynı anda geçen akımın yaptığı işe eşittir.
SI sisteminde:
[S] = 1 J
DC GÜÇ
Akımın t süresi boyunca yaptığı işin bu zaman aralığına oranı.
SI sisteminde:
Süper iletkenlik olgusu
Düşük sıcaklıkta süperiletkenliğin keşfi:
1911 - Hollandalı bilim adamı Kamerling - Onnes
birçok metal ve alaşımda ultra düşük sıcaklıklarda (25 K'nin altında) gözlemlenir;
Bu sıcaklıklarda bu maddelerin direnci yok denecek kadar küçük olur.
1957'de süperiletkenlik olgusunun teorik bir açıklaması yapıldı:
Cooper (ABD), Bogolyubov (SSCB)
1957 Collins'in deneyi: Akım kaynağı olmayan kapalı bir devredeki akım 2,5 yıl boyunca durmadı.
1986'da yüksek sıcaklıkta süperiletkenlik (100 K'de) keşfedildi (metal seramikler için).
Süperiletkenliğe ulaşmanın zorluğu:
- maddenin güçlü bir şekilde soğutulması ihtiyacı
Uygulama alanı:
- güçlü manyetik alanların elde edilmesi;
- hızlandırıcılarda ve jeneratörlerde süper iletken sargılı güçlü elektromıknatıslar.
Şu anda enerji sektöründe büyük bir problem
- iletim sırasında büyük elektrik kayıpları onu tel ile.
Olası çözüm Sorunlar:
süperiletkenlik ile iletkenlerin direnci yaklaşık olarak 0'dır
ve enerji kayıpları keskin bir şekilde azalır.
En yüksek süperiletken sıcaklığa sahip madde
1988 yılında ABD'de -148°C sıcaklıkta süperiletkenlik olgusu elde edildi. İletken, talyum, kalsiyum, baryum ve bakır oksitlerin (Tl2Ca2Ba2Cu3Ox) bir karışımıydı.
Yarı iletken -
Direnci geniş bir aralıkta değişebilen ve artan sıcaklıkla çok hızlı azalan, yani elektrik iletkenliğinin (1/R) arttığı bir madde.
- silikon, germanyum, selenyum ve bazı bileşiklerde gözlenir.
İletim mekanizması yarı iletkenlerde
Yarı iletken kristaller, dış elektronların komşu atomlara kovalent bağlarla bağlandığı bir atomik kristal kafesine sahiptir.
Düşük sıcaklıklarda saf yarı iletkenlerin serbest elektronları yoktur ve yalıtkan gibi davranırlar.
VAKUMDA ELEKTRİK AKIMI
Vakum nedir?
- bu, neredeyse hiç molekül çarpışmasının olmadığı bir gazın seyrekleşme derecesidir;
Elektrik akımı mümkün değil çünkü iyonize moleküllerin olası sayısı elektriksel iletkenliği sağlayamaz;
- yüklü parçacık kaynağı kullanırsanız vakumda elektrik akımı oluşturmak mümkündür;
- yüklü parçacık kaynağının etkisi termiyonik emisyon olgusuna dayanabilir.
Termiyonik emisyon
- bu, sıcak metalin görünür parıltısına karşılık gelen sıcaklıklara ısıtıldıklarında katı veya sıvı cisimler tarafından elektronların emisyonudur.
Isıtılan metal elektrot sürekli olarak elektron yayarak kendi etrafında bir elektron bulutu oluşturur.
Denge durumunda, elektrotu terk eden elektronların sayısı ona geri dönen elektronların sayısına eşittir (çünkü elektronlar kaybolduğunda elektrot pozitif yüklü hale gelir).
Metalin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, elektron bulutunun yoğunluğu da o kadar yüksek olur.
Vakum diyotu
Vakum tüplerinde vakumda elektrik akımı mümkündür.
Vakum tüpü termiyonik emisyon olgusunu kullanan bir cihazdır.
Bir vakum diyotu iki elektrotlu (A - anot ve K - katot) bir elektron tüpüdür.
Cam kabın içinde çok düşük basınç oluşur
H - filamanı ısıtmak için katodun içine yerleştirilir. Isıtılan katodun yüzeyi elektron yayar. Anot akım kaynağının + ucuna ve katot - ucuna bağlanırsa devre akar
sabit termiyonik akım. Vakum diyotu tek yönlü iletkenliğe sahiptir.
Onlar. Anot potansiyelinin katot potansiyelinden yüksek olması durumunda anottaki akımın gerçekleşmesi mümkündür. Bu durumda elektron bulutundaki elektronlar anoda çekilerek boşlukta bir elektrik akımı oluşturulur.
Bir vakum diyotunun akım-gerilim karakteristiği.
Düşük anot gerilimlerinde katottan yayılan elektronların tümü anoda ulaşmaz ve elektrik akımı küçüktür. Yüksek voltajlarda akım doyuma ulaşır, yani. maksimum değer.
Alternatif akımı düzeltmek için bir vakum diyotu kullanılır.
Diyot doğrultucunun girişindeki akım:
Doğrultucu çıkış akımı:
Elektron ışınları
Bu, vakum tüplerinde ve gaz boşaltma cihazlarında hızla uçan elektronların akışıdır.
Elektron ışınlarının özellikleri:
Elektrik alanlarındaki sapmalar;
- Lorentz kuvvetinin etkisi altında manyetik alanlarda sapma;
- bir maddeye çarpan ışın yavaşladığında X-ışını radyasyonu ortaya çıkar;
- bazı katı ve sıvıların (luminoforlar) parlamasına (ışıldamasına) neden olur;
- Maddeyi temas ettirerek ısıtın.
Katot ışın tüpü (CRT)
Termiyonik emisyon olgusu ve elektron ışınlarının özellikleri kullanılır.
Bir CRT bir elektron tabancası, yatay ve dikey saptırıcılardan oluşur
elektrot plakaları ve ekran.
Bir elektron tabancasında, ısıtılmış bir katot tarafından yayılan elektronlar, kontrol ızgarası elektrotundan geçer ve anotlar tarafından hızlandırılır. Elektron tabancası, elektron ışınını bir noktaya odaklar ve ekrandaki ışığın parlaklığını değiştirir. Yatay ve dikey plakaları saptırmak, ekrandaki elektron ışınını ekranın herhangi bir noktasına hareket ettirmenizi sağlar. Tüp ekranı, elektron bombardımanına tutulduğunda parlamaya başlayan bir fosforla kaplanmıştır.
İki tip tüp vardır:
1) elektron ışınının elektrostatik kontrolü ile (elektrik ışınının yalnızca elektrik alanı tarafından saptırılması);
2) elektromanyetik kontrollü (manyetik saptırma bobinleri eklenir).
CRT'nin ana uygulamaları:
televizyon ekipmanlarındaki resim tüpleri;
bilgisayar ekranları;
Ölçüm teknolojisinde elektronik osiloskoplar.
GAZLARDA ELEKTRİK AKIMI
Normal koşullar altında gaz bir dielektriktir, yani. nötr atomlardan ve moleküllerden oluşur ve serbest elektrik akımı taşıyıcıları içermez.
İletken gaz iyonize bir gazdır. İyonize gaz elektron-iyon iletkenliğine sahiptir.
Hava, güç hatlarında, hava kapasitörlerinde ve kontak anahtarlarında bir dielektriktir.
Yıldırım, elektrik kıvılcımı veya kaynak arkı oluştuğunda hava iletkendir.
Gaz iyonizasyonu
Nötr atom veya moleküllerin, atomlardan elektronları uzaklaştırarak pozitif iyonlara ve elektronlara parçalanmasıdır. İyonlaşma, bir gazın ısıtılması veya radyasyona (UV, X-ışınları, radyoaktif) maruz bırakılması durumunda meydana gelir ve yüksek hızlardaki çarpışmalar sırasında atomların ve moleküllerin parçalanmasıyla açıklanır.
Gaz deşarjı
Bu iyonize gazlardaki elektrik akımıdır.
Yük taşıyıcıları pozitif iyonlar ve elektronlardır. Gaz deşarj tüplerinde (lambalarda) elektrik veya manyetik alana maruz kaldığında gaz deşarjı gözlenir.
Yüklü parçacıkların rekombinasyonu
- İyonlaşma durursa gaz iletken olmaktan çıkar, bu rekombinasyonun (karşıt yüklü parçacıkların yeniden birleşmesi) bir sonucu olarak ortaya çıkar.
Kendi kendine yeten ve kendini sürdürmeyen bir gaz deşarjı vardır.
Kendi kendine yetmeyen gaz deşarjı
İyonlaştırıcının hareketi durdurulursa deşarj da duracaktır.
Deşarj doygunluğa ulaştığında grafik yatay hale gelir. Burada gazın elektriksel iletkenliği yalnızca iyonlaştırıcının etkisinden kaynaklanır.
Kendi kendine yeten gaz deşarjı
Bu durumda, darbeli iyonizasyondan kaynaklanan iyonlar ve elektronlar (= elektrik çarpmasının iyonizasyonu) nedeniyle harici iyonlaştırıcının sona ermesinden sonra bile gaz deşarjı devam eder; elektrotlar arasındaki potansiyel farkı arttığında meydana gelir (bir elektron çığı meydana gelir).
Kendi kendine yetmeyen bir gaz deşarjı, Ua = Uignition olduğunda kendi kendine yeten bir gaz deşarjına dönüşebilir.
Gazın elektriksel parçalanması
Kendi kendini idame ettiremeyen bir gaz deşarjının kendi kendini idame ettiren bir gaz deşarjına geçiş süreci.
Kendi kendine yeten gaz deşarjı meydana gelir 4 tip:
1. için için yanma - düşük basınçlarda (birkaç mm Hg'ye kadar) - gaz ışığı tüplerinde ve gaz lazerlerinde gözlemlendi.
2. kıvılcım - normal basınçta ve yüksek elektrik alan kuvvetinde (yıldırım - yüz binlerce ampere kadar akım gücü).
3. korona - düzgün olmayan bir elektrik alanında (uçta) normal basınçta.
4. ark - yüksek akım yoğunluğu, elektrotlar arasında düşük voltaj (ark kanalındaki gaz sıcaklığı -5000-6000 santigrat derece); spot ışıklarında ve projeksiyon filmi ekipmanlarında gözlemlendi.
Bu deşarjlar gözlemlenir:
için için yanan - floresan lambalarda;
kıvılcım - yıldırımda;
korona - enerji kaçağı sırasında elektrikli çöktürücülerde;
ark - kaynak sırasında, cıva lambalarında.
Plazma
Bu, moleküllerin yüksek sıcaklıkta yüksek hızda çarpışması nedeniyle yüksek derecede iyonizasyona sahip bir maddenin toplanmasının dördüncü halidir; doğada bulunur: iyonosfer - zayıf iyonize plazma, Güneş - tamamen iyonize plazma; yapay plazma - gaz deşarjlı lambalarda.
Plazma şunlar olabilir:
Düşük sıcaklık - 100.000K'nin altındaki sıcaklıklarda;
yüksek sıcaklık - 100.000K'nin üzerindeki sıcaklıklarda.
Plazmanın temel özellikleri:
Yüksek elektrik iletkenliği
- harici elektrik ve manyetik alanlarla güçlü etkileşim.
bir sıcaklıkta 
Herhangi bir madde plazma halindedir.
İlginç bir şekilde, Evrendeki maddenin %99'u plazmadır
TEST İÇİN TEST SORULARI
Tanım 1
Elektrodinamik, elektromanyetik alanın temel değişkenlerini ve bunların etkileşimini inceleyen bir fizik dalıdır.
Klasik elektrodinamik, elektromanyetik alanın tüm özelliklerini ve onun belirli bir elektrik yükü taşıyan diğer fiziksel elementlerle ilişkisinin ilkelerini açıklar. Bu eylem Maxwell denklemleri ve Lorentz güç ifadesi aracılığıyla belirlenebilir. Bu durumda her zaman elektrodinamiğin aşağıdaki ana kavramları kullanılır: elektromanyetik alan, elektromanyetik potansiyel, elektrik yükü ve Poynting vektörü.
Fizikte bu yönün ana bölümleri şunları içerir:
- manyetostatik;
- elektrostatik;
- Sürekli bir ortamın elektrodinamiği.
Bir bilim dalı olarak optiğin temeli, radyo dalgaları fiziği formundaki elektrodinamiktir. Bu bilimsel yön, elektrik ve radyo mühendisliğinin temeli olarak kabul edilir.
Elektrik şarjı
Elektromanyetik etkileşimler doğadaki en önemli faaliyetler arasındadır. Esneklik ve sürtünme kuvvetleri, gaz ve sıvı basıncı, maddenin elemanları arasındaki elektromanyetik kuvvetin tek bir göstergesine indirgenebilir. Elektrodinamikteki etkileşimlerin kendisi artık etkileşimlerin daha derin biçimlerinde oluşamaz.
Not 1
Aynı temel tamamlayıcılık türü, iki fiziksel cismin yerçekimsel ve sürekli çekimi olan yerçekimidir.
Bununla birlikte, yerçekimi süreçleri ile elektromanyetik süreçler arasında birkaç önemli fark gözlemlenebilir:
- Elektromanyetik etkileşimlere yalnızca yüklü cisimler katılabilir;
- yerçekimsel bağlantı her zaman bir cismin diğerine sistematik çekimidir;
- elektromanyetik ilişkiler itme ya da çekme olabilir;
- elektrodinamikteki etkileşim, yerçekimi etkileşiminden çok daha yoğundur;
- Yüklü her cisim belirli miktarda elektrik yüküne sahiptir.
Tanım 2
Elektrik yükü, doğa ve nesneler arasındaki elektromanyetik etkileşimin gücünü daha doğru bir şekilde belirleyen, ölçüm birimi coulomb (C)1 olan belirli bir fiziksel niceliktir.
Elektrik alanı
Kısa menzilli etkileşim teorisi, bilim adamlarının daha önce önerilen hipotezlerine üstün geldi; bunun sonucunda elektromanyetik alan, yükler arasındaki etkileşimi bir boşlukta bile tam olarak ileten ana nesne haline geldi. Bu alanda belirleyici olan, 19. yüzyılın iki ünlü bilim adamının - Faraday ve Maxwell'in çalışmaları ve eserleriydi. Fizikçiler, ifadelerinin deneysel olarak doğrulanması yoluyla elektrik alanının çalışma prensibini keşfetmeyi başardılar.
Sabit yükler manyetik alan oluşturamaz, bu nedenle bu açıdan yalnızca elektrik alanının özelliklerinden bahsetmek gerekir.
Dolayısıyla elektrodinamikte alanın temel özellikleri şunlardır:
- bir elektrik yükü kendi etrafında güçlü bir alan yaratabilir;
- elektrodinamik herhangi bir özel ortama ihtiyaç duymaz ve maddede ve boşlukta ortaya çıkabilir, tüm maddeler için iyi bir alternatif varoluş biçimidir;
- Elektrik alanı, bir elektrik devresindeki süreçlerin dinamiğinin davranış yasalarını belirleyen birincil fiziksel nesnedir.
Elektrik alanının kaynaklarının sabit elektrik yükleri olduğu düşünülür ve bu fenomeni incelemek için kullanılan gösterge sözde test yüküdür. Bu maddenin etkisiyle belirli bir alanda elektrik alanının varlığı değerlendirilebilir. Ek olarak, bir test yükü aracılığıyla, etkileşiminin çeşitli alanlarındaki alan gücünü belirlemek mümkündür. Doğal olarak elektrodinamikteki bu elemanın noktasal ve sabit olması gerekir.
Bilim adamlarına göre, bir elektrik alanındaki test yükünü etkileyen kuvvet, toplam yükün büyüklüğüyle kesinlikle orantılıdır. Bu nedenle yoğunluğun enerji akışına oranı artık yük endeksine bağlı değildir ve alanın özelliklerinden biridir.
Elektrik alan kuvveti, elektromanyetik alanın $q$ test yüküne etki ettiği $\vec (F)$ kuvvet vektörü ile test yükünün kendisi arasındaki ilişkidir: $((\vec (E))=( \frac (\vec ( F))(q))).)$
Sahadaki maddelerin voltajı, uzaydaki her noktada test elemanının belirli bir katsayısının bulunduğu vektör bir miktar olarak kabul edilir. Belirtilen yoğunluk vektörünün noktanın verilen koordinatlarına ve zamana bağımlılığının belirlenmesi mümkünse bir alan verilir.
Not 2
Bu tanımdan da anlaşılacağı gibi gerilim genellikle N/kl cinsinden ölçülür, ancak bugün yalnızca bu sürecin özelliklerini incelemek mümkündür.
Elektrik alanındaki iletkenler
Pilin kutupları metal tel ile kısa devre yapılırsa elektrik akımı kolayca elde edilebilir ancak tel sıradan bir cam çubukla değiştirilirse herhangi bir akım oluşmayacaktır. Metal ana iletkendir ve cam bir dielektrik görevi görür.
Elektrodinamikteki iletkenler, konumu hiçbir şekilde maddenin içindeki bir noktayla ilgili olmayan ekstra yüklerin, yüklü elemanların yokluğunda dielektriklerden farklıdır. Serbest yükler, bir elektrik alanının etkisi altında aktif olarak etkileşime girmeye başlar ve iletkenin tüm hacmi boyunca hareket edebilir.
Tanım 3
İletkenler öncelikle, metalik bağlanma işleminin özelliklerinden kaynaklanan, yalnızca serbest elektronların tamamen serbest yükler olarak kabul edildiği metallerdir.
Gerçek şu ki, metal atomunun dış elektron kabuğunda bulunan kalıcı değerlik elektronu, atom çekirdeğine oldukça zayıf bir şekilde bağlanmıştır. Metal atomları birbirine bağlandığında değerlik parçacıkları kabuksuz kalır ve "serbestçe yüzmeye başlar."
Çözeltiler ve eriyikler olan elektrolitler, moleküllerin pozitif ve negatif iyonlara ayrışmasının ortaya çıktığı serbest nano yükler de bir elektrik alanında iletken görevi görür. Bir bardak normal suya bir tutam sofra tuzu atarsanız, $NaCl$ molekülleri yavaş yavaş $Na^+$ ve $Cl^−$ pozitif iyonlarına ayrışır. Bir elektrik alanının etkisi altında, bu göstergeler düzenli bir hareket oluşturmaya başlayacak ve bu da bir elektrik akımına neden olacaktır.
Doğal su, içinde çözünmüş tuzların varlığı nedeniyle iyi bir iletkendir ancak metaller kadar iyi değildir. Herkes insan vücudunun esas olarak belirli tuz elementlerinin de çözündüğü sudan oluştuğunu bilir. Bu nedenle vücudumuz aynı zamanda elektrik akımının iletkeni olarak da görev yapar.
Tüm uzaysal hacim boyunca hareket edebilen çok sayıda serbest yükün varlığı nedeniyle iletkenlerin bazı karakteristik ortak özelliklere sahip olduğunu belirtmekte fayda var.
Elektromekanik benzetme
Elektrodinamikteki $L$ endüktansı ile mekanikteki $m$ kütlesi arasında belirli bir analojiyi fark etmek kolaydır. Fiziksel bir bedenin hızını anında değiştirmek mümkün olmadığından, bir bedeni belirli bir hıza tamamen hızlandırmak için biraz zaman harcamak gerektiği bilinmektedir.
Cisme sabit bir yoğunluk uygulandığında bu süre doğrudan cismin $m$ kütlesine bağlı olacaktır. Bobindeki akımın maksimum değere ulaşması için bobinin endüktansının $L$ belirlenmesi için zamana ihtiyaç vardır.
Elektrik alanındaki maddelerin sabit bir duvara çarpması durumunda vücudun hızı otomatik olarak azalacaktır. Duvar tüm darbeyi alır ve vücudun kütlesi ne kadar büyük olursa, yıkıcı gücü o kadar güçlü olur. Aslında, tüm elektromekanik analojiler oldukça uzağa uzanır ve yalnızca endüktans ve kütle ile değil aynı zamanda pratikte pek kullanışlı olmayan diğer göstergelerle de ilgilidir.
Elektriksel ve manyetik ilişkinin birliğinin ve sürekliliğinin farkına varılması, fiziksel etkileşimlerin birleştirilmesi teorisinin doğrulanmış ilk örneği oldu. Bugün elektrodinamiğin ve yüksek enerjilerdeki zayıf etkileşimlerin tek bir süreçte birleştirildiği kanıtlanmıştır.
TANIM
Elektromanyetik alan- bu, yüklü cisimlerin etkileşiminde kendini gösteren bir madde türüdür.
Aptallar için elektrodinamik
Elektromanyetik alan genellikle elektrik ve manyetik alanlar olarak ikiye ayrılır. Elektromanyetik alanların özellikleri ve etkileşimlerinin ilkeleri, elektrodinamik adı verilen özel bir fizik dalı tarafından incelenmektedir. Elektrodinamiğin kendisinde aşağıdaki bölümler ayırt edilir:
- elektrostatik;
- manyetostatik;
- sürekliliğin elektrodinamiği;
- göreceli elektrodinamik.
Elektrodinamik, optiğin (bir bilim dalı olarak) ve radyo dalgaları fiziğinin incelenmesi ve geliştirilmesinin temelidir. Bu bilim dalı radyo mühendisliği ve elektrik mühendisliğinin temelini oluşturur.
Klasik elektrodinamik, elektromanyetik alanların özelliklerini ve etkileşim ilkelerini tanımlarken, Maxwell'in denklem sistemini (integral veya diferansiyel formlarda) kullanır ve onu bir malzeme denklemleri sistemi, sınır ve başlangıç koşullarıyla tamamlar. Maxwell'e göre manyetik alanın ortaya çıkmasının iki mekanizması vardır. Bu, iletim akımlarının (hareketli elektrik yükü) ve zamanla değişen bir elektrik alanının (yer değiştirme akımlarının varlığı) varlığıdır.
Maxwell denklemleri
Klasik elektrodinamiğin temel yasaları (Maxwell denklem sistemi) deneysel verilerin genelleştirilmesinin sonucudur ve sabit bir ortamın elektrodinamiğinin özü haline gelmiştir. Maxwell denklemleri yapısal ve malzemeye ayrılmıştır. Yapısal denklemler iki şekilde yazılır: integral ve diferansiyel form. Maxwell denklemlerini diferansiyel formda (SI sistemi) yazalım:
elektrik alan kuvveti vektörü nerede; - manyetik indüksiyon vektörü.
manyetik alan kuvveti vektörü nerede; - dielektrik yer değiştirme vektörü; - akım yoğunluğu vektörü.
elektrik yükü dağıtım yoğunluğu nerede.
Maxwell'in diferansiyel formdaki yapısal denklemleri, uzaydaki her noktadaki elektromanyetik alanı karakterize eder. Yükler ve akımlar uzayda sürekli olarak dağılıyorsa, Maxwell denklemlerinin integral ve diferansiyel formları eşdeğerdir. Ancak süreksizlik yüzeyleri varsa Maxwell denklemlerinin integral yazımı daha geneldir. (Maxwell denklemlerinin integral yazımı “Elektrodinamik” bölümünde bulunabilir). Maxwell denklemlerinin integral ve diferansiyel formlarının matematiksel eşdeğerliğini sağlamak için diferansiyel gösterim, sınır koşullarıyla desteklenir.
Maxwell denklemlerinden, alternatif bir manyetik alanın alternatif bir elektrik alanı oluşturduğu ve bunun tersinin de geçerli olduğu, yani bu alanların ayrılamaz olduğu ve tek bir elektromanyetik alan oluşturduğu sonucu çıkar. Elektrik alanının kaynakları elektrik yükleri veya zamanla değişen manyetik alan olabilir. Manyetik alanlar, hareketli elektrik yükleri (akımlar) veya alternatif elektrik alanları tarafından uyarılır. Maxwell denklemleri elektrik ve manyetik alanlara göre simetrik değildir. Bunun nedeni, elektrik yüklerinin mevcut olması, ancak manyetik yüklerin bulunmamasıdır.
Malzeme denklemleri
Maxwell'in yapısal denklemler sistemi, vektörlerin maddenin elektriksel ve manyetik özelliklerini karakterize eden parametrelerle ilişkisini yansıtan malzeme denklemleriyle desteklenir.
burada bağıl dielektrik sabiti, bağıl manyetik geçirgenlik, spesifik elektriksel iletkenlik, elektrik sabiti, manyetik sabittir. Bu durumda ortamın izotropik, ferromanyetik olmayan, ferroelektrik olmadığı kabul edilir.
Problem çözme örnekleri
ÖRNEK 1
| Egzersiz yapmak | Maxwell'in sabit alanlar için yapısal denklem sistemini yazınız. |
| Çözüm | Eğer sabit alanlardan bahsediyorsak şunu kastediyoruz: . O halde Maxwell'in denklem sistemi şu şekli alır:
Bu durumda elektrik alanının kaynakları yalnızca elektrik yükleridir. Manyetik alanın kaynakları iletim akımlarıdır. Bizim durumumuzda elektrik ve manyetik alanlar birbirinden bağımsızdır. Bu, sabit bir elektrik alanını ve ayrı bir manyetik alanı ayrı ayrı incelemeyi mümkün kılar. |
ÖRNEK 2
| Egzersiz yapmak | Solenoidin manyetik alanı yasaya göre değişiyorsa, solenoid ekseninden () uzaklığa bağlı olarak yer değiştirme akım yoğunluğu fonksiyonunu yazın: . R, solenoidin yarıçapıdır. Solenoid doğrudandır. Bir grafik çizin) durumunu düşünün. |
| Çözüm | Sorunu çözmek için temel olarak Maxwell denklem sistemindeki denklemi integral formda kullanıyoruz:
Önyargı akımını şu şekilde tanımlayalım:
Verilen B(t) bağımlılığını kullanarak kısmi türevi bulalım:
|
34. ELEKTRODİNAMİK NEDİR?
Şimdi fiziğin yeni bir bölümü olan "Elektrodinamik"i incelemeye başlıyoruz. Bu ismin kendisi, elektrik yüklü parçacıkların hareketi ve etkileşimi tarafından belirlenen süreçlerden bahsedeceğimizi gösteriyor. Bu etkileşime elektromanyetik denir. Bu etkileşimin doğasını incelemek bizi fiziğin en temel kavramlarından birine, elektromanyetik alan kavramına götürecektir.
Elektrodinamik, özel bir tür maddenin (elektrik yüklü cisimler veya parçacıklar arasında etkileşime giren elektromanyetik alan) özellikleri ve davranış kalıplarının bilimidir.
Bilim tarafından keşfedilen dört etkileşim türü arasında - yerçekimsel, elektromanyetik, güçlü (nükleer) ve zayıf - tezahürlerin genişliği ve çeşitliliği açısından ilk sırayı alan elektromanyetik etkileşimlerdir. Günlük yaşamda ve teknolojide çoğunlukla çeşitli türde elektromanyetik kuvvetlerle karşılaşırız. Bunlar esneklik, sürtünme kuvvetleri, kaslarımızın kuvveti ve çeşitli hayvanların kaslarıdır.
Elektromanyetik etkileşimler okuduğunuz kitabı görmenizi sağlar çünkü ışık bir elektromanyetik alan biçimidir. Bu güçler olmadan yaşamın kendisi düşünülemez. Kozmonot uçuşlarının gösterdiği gibi, canlılar ve hatta insanlar, evrensel yerçekimi kuvvetlerinin organizmaların yaşam faaliyetleri üzerinde herhangi bir etkisi olmadığında, uzun süre ağırlıksız bir durumda kalabilirler. Ancak elektromanyetik kuvvetlerin etkisi bir anlığına kesilse hayat anında yok olur.
Doğanın en küçük sistemlerindeki (atom çekirdeğindeki) parçacıkların etkileşiminde ve kozmik cisimlerin etkileşiminde, elektromanyetik kuvvetler önemli bir rol oynar, güçlü ve zayıf etkileşimler ise yalnızca çok küçük ölçeklerdeki süreçleri ve yerçekimini yalnızca küçük ölçeklerde belirler. kozmik olanlar. Atom kabuğunun yapısı, atomların uyumu
moleküller (kimyasal kuvvetler) ve maddenin makroskobik miktarlarının oluşumu yalnızca elektromanyetik kuvvetler tarafından belirlenir. Elektromanyetik kuvvetlerin etkisiyle ilişkili olmayan olayları belirtmek zor, hatta neredeyse imkansızdır.
Elektrodinamiğin yaratılması, ipeğe sürülen kehribarın hafif nesneleri çekme yeteneğinin keşfiyle başlayan ve büyük İngiliz bilim adamı James Clerk Maxwell'in ışıkla ilgili hipoteziyle biten uzun bir sistematik araştırma ve tesadüfi keşifler zincirine yol açtı. Alternatif bir elektrik alanı tarafından manyetik alan oluşturulması. Elektrodinamiğin yaratılmasından sonra ancak 19. yüzyılın ikinci yarısında elektromanyetik olayların yaygın pratik kullanımı başladı. Radyonun A. S. Popov tarafından icadı, yeni teorinin ilkelerinin en önemli uygulamalarından biridir.
Elektrodinamiğin gelişmesiyle birlikte ilk kez bilimsel araştırmalar teknik uygulamaların önüne geçti. Buhar motoru, termal süreçler teorisinin yaratılmasından çok önce yapılmışsa, bir elektrik motoru veya radyo alıcısının ancak elektrodinamik yasalarının keşfedilip incelenmesinden sonra mümkün olduğu ortaya çıktı.
Elektromanyetik olayların sayısız pratik uygulaması dünya çapında insanların hayatlarını değiştirdi. Elektrik enerjisinin yaygın kullanımı olmadan modern uygarlık düşünülemez.
Görevimiz elektromanyetik etkileşimlerin temel yasalarını incelemek, ayrıca elektrik enerjisi elde etmenin ve onu pratikte kullanmanın ana yollarını tanımaktır.