ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Электродинамикой называют раздел физики, который исследует переменные электромагнитные поля, электромагнитные взаимодействия.
Так называемая классическая электродинамика описывает свойства электромагнитного поля и принципы его взаимодействия с телами, несущими электрический заряд. Это описание проводится при помощи уравнений Максвелла, выражения для силы Лоренца. При этом используются такие основные понятия электродинамики как: электромагнитное поле (электрическое и магнитное поля); электрический заряд; электромагнитный потенциал; вектор Пойнтинга.
К специальным разделам электродинамики относят:
- электростатику;
- магнитостатику;
- электродинамику сплошной среды;
- релятивистскую электродинамику.
Электродинамика составляет основу для оптики (как раздела науки), физики радиоволн. Этот раздел науки является фундаментом для радиотехники и электротехники.
Основные понятия электродинамики
Электромагнитное поле - это вид материи, который проявляется во взаимодействии заряженных тел. Часто электромагнитное поле делят на электрическое и магнитное поле. Электрическое поле - это особый вид материи, которая создается телом, обладающим электрическим зарядом или изменяющимся магнитным полем. Электрическое поле оказывает воздействие на любое, размещенное в нем, заряженное тело.
Магнитное поле - это особый вид материи, который создается перемещающимися телами, имеющими электрические заряды, переменными электрическими полями. Магнитное поле воздействует на заряды (заряженные тела), находящиеся в движении.
Электрический заряд - источник электрического поля, проявляется через взаимодействие тела, несущего заряд и поля.
Электромагнитным потенциалом называют физическую величину, которая полностью определяет распределение электромагнитного поля в пространстве.
Основные уравнения электродинамики
Уравнения Максвелла — это основные законы классической макроскопической электродинамики. Они получены в результате обобщения эмпирических данных. В краткой форме эти уравнения отображают все содержание электродинамики для неподвижной среды. Выделяют структурные и материальные уравнения Максвелла. Эти уравнения можно представлять в дифференциальной и интегральной формах. Запишем структурные уравнения Максвелла в интегральной форме (система СИ):
где - вектор напряженности магнитного поля; — вектор плотности электрического тока; - вектор электрического смещения. Уравнение (1) отображает закон создания магнитных полей. Магнитное поле возникает при движении заряда (электрический ток) или при изменении электрического поля. Это уравнение - обобщение закона Био-Савара-Лапласа. Уравнение (1) называют теоремой о циркуляции магнитного поля.
где - вектор индукции магнитного поля; - вектор напряжённости электрического поля; L - замкнутый контур по которому происходит циркуляция вектора напряженности электрического поля. Иначе, уравнение (2) можно назвать законом электромагнитной индукции. Данное уравнение показывает, что вихревое электрическое поле возникает благодаря переменному магнитному полю.
где - электрический заряд; - плотность заряда. Это уравнение еще называют теоремой Остроградского — Гаусса. Электрические заряды являются источниками электрического поля, существуют свободные электрические заряды.
Уравнение (4) говорит о том, что магнитное поле носит вихревой характер и магнитных зарядов не существует.
Систему структурных уравнений Максвелла дополняют материальными уравнениями, которые отражают связь векторов c параметрами, характеризующими электрические и магнитные свойства вещества.
где - относительная диэлектрическая проницаемость, - относительная магнитная проницаемость, — удельная электропроводность, - электрическая постоянная, - магнитная постоянная. Среда в таком случае считается изотропной, неферромагнитной, несегнетоэлектрической.
При решении прикладных задач в электродинамике уравнения Максвелла дополняют начальными и граничными условиями.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Определите, каким будет поток вектора напряженности электрического поля () через поверхность гипотетической сферы радиуса R, если электрическое поле создает бесконечная однородно заряженная нить, плотность распределения заряда на нити равна ? Центр сферы расположен на нити.
|
| Решение | В соответствии с одним из уравнений Максвелла (теоремой Гаусса), имеем:
где для изотропной среды: следовательно:
Учитывая, что заряд на нити распределен равномерно с плотностью , а сфера отсекает кусок нити длиной 2R, получим, что заряд внутри выделенной поверхности равен: Принимая во внимание (1.3) и (1.4) окончательно получаем (считаем, что поле существует в вакууме):
|
| Ответ |
ПРИМЕР 2
| Задание | Запишите функцию плотности тока смещения в зависимости от расстояния от оси соленоида (), если магнитное поле соленоида изменяется по закону: . R - радиус соленоида. Соленоид является прямым. Рассмотрите случай, когда |
| Решение | В качестве основ для решения задачи используем уравнение из системы уравнений Максвелла:
|
Определение 1
Электродинамика – это раздел физики, изучающие основные переменные электромагнитного поля, и их взаимодействие.
Классическая электродинамика описывает все свойства электромагнитного поля и принципы его взаимосвязи с другими физическими элементами, которые несут определенный электрический заряд. Это действие можно определить посредством уравнений Максвелла, и выражения мощности Лоренца. При этом всегда применяются такие главные понятия электродинамики как: электромагнитное поле, электромагнитный потенциал, электрический заряд и вектор Пойнтинга.
К основным разделам указанного направления в физике относят:
- магнитостатику;
- электростатику;
- электродинамику сплошной среды.
Основой для оптики, как раздела науки, выступает электродинамика в виде физики радиоволн. Это научное направление считается фундаментом для электротехники и радиотехники.
Электрический заряд
Электромагнитные взаимосвязи относятся к числу самых важных действий в природе. Силы их упругости и трения, давление газа и жидкости можно свести к единому показателю электромагнитной силы между элементами вещества. Сами взаимодействия в электродинамике уже не могут образоваться в более глубоких формах взаимодействий.
Замечание 1
Таким же фундаментальным видом взаимодополнения является тяготение - гравитационное и постоянное притяжение двух физических тел.
Однако между гравитационными процессами и электромагнитными можно наблюдать несколько важных отличий:
- принимать участие в электромагнитных взаимодействиях могут только заряженные тела;
- гравитационная связь- это всегда систематическое притяжение одного тела к другому;
- электромагнитные взаимосвязи могут быть как отталкиванием, так и притяжением;
- взаимодействие в электродинамике гораздо интенсивнее гравитационного;
- каждое заряженное тело имеет определенную величину электрического заряда.
Определение 2
Электрический заряд - это конкретная физическая величина, которая более точно определяет силу электромагнитного взаимодействия между природой и объектам, единицей измерения которой является кулон (Кл)1.
Электрическое поле
Теория близкодействия одержала верх над ранее предложенными гипотезами ученых, в результате чего основным объектом, полноценно передающим взаимодействие между зарядами даже сквозь вакуум, оказалось электромагнитное поле. Решающими в данной сфере стали труды и работы двух известных ученых $XIX$ столетия - Фарадея и Максвелла. Физики смогли открыть принцип работы электрического поля с помощью экспериментальных подтверждений своих утверждений.
Неподвижные заряды не могут образовывать магнитное поля, следовательно, в этом аспекте необходимо говорить только о свойствах самого электрическом поле.
Итак, главными характеристиками поля в электродинамике являются:
- электрический заряд может создавать мощное поле вокруг себя;
- электродинамика не нуждается в какой-то конкретной среде и может возникать в веществе и в вакууме, является хорошей альтернативной формой существования всей материи;
- электрическое поле является первичным физическим объектом, которое устанавливает законы поведения динамики процессов в электрической цепи.
Источниками электрического поля считают постоянные электрические заряды, а индикатором для исследования данного явления выступает так называемый пробный заряд. По действию этого вещества можно судить о наличии электрического поля в определенном пространстве. Кроме того, посредством пробного заряда можно определить величину поля в различных сферах его взаимодействия. Естественно, данный элемент в электродинамике должен быть точечным и постоянным.
По мнению ученых, сила, оказывающая влияние на пробный заряд в электрическом поле, абсолютно пропорционально величине общего заряда. Поэтому соотношение интенсивности к потоку энергии уже не зависит от показателя заряда и является одним из свойств поля.
Напряжённость электрического поля представляет собой взаимосвязь вектора силы $\vec {F}$, с которой электромагнитное поле действует на пробный заряд $q$, к самому пробному заряду: ${{\vec {E}}={\frac {\vec {F}}{q}}.}$
Напряжение веществ в поле считается векторной величиной, где в каждой точке пространства находится определенный коэффициент пробного элемента. Поле является заданным, если можно определит зависимость указанного вектора напряжённости от заданных координат точки и от времени.
Замечание 2
Как следует из данного определения, напряжённость принято измерять в Н/кл, однако на сегодняшний день возможно исследовать только свойства этого процесса.
Проводники в электрическом поле
Электрический ток можно легко получить, если полюса батарейки замкнуть металлической проволокой, а если заменить проволоку обычной стеклянной палочкой - никакого тока не возникнет. Металл является основным проводником, а стекло выступает в роли диэлектрика.
Проводники в электродинамике отличаются от диэлектриков отсутствием лишних зарядов, заряженных элементов, положение которых никак не связано с точкой внутри самого вещества. Свободные заряды начинают активно взаимодействовать под влиянием электрического поля и могут двигаться по всему объему проводника.
Определение 3
Проводники - это в первую очередь металлы, в которых абсолютно свободными зарядами считаются только свободные электроны, которые вытекают из особенностей процесса металлической связи.
Дело в том, что валентный постоянный электрон, который расположен на электронной внешней оболочке атома металла, достаточно слабо связан с атомным ядром. При взаимосвязи атомов металла их валентные частицы остаются без оболочки, и «отправляются в свободное плавание».
Проводниками в электрическом поле выступают и электролиты, представляющие собой растворы и расплавы, свободные нано-заряды, в которых проявляется диссоциация молекул на положительные и отрицательные ионы. Если вы бросите в стакан обычной воды щепотку поваренной соли, тогда молекулы $NaCl$ постепенно распадаются на положительные ионы $Na^+$ и $Cl^−$. Под воздействием электрического поля эти показатели начнут образовывать упорядоченное движение, в результате чего возникнет электрический ток.
Природная вода выступает хорошим проводником благодаря наличию растворенных в ней солей, но не таким хорошим, как металлы. Все знают, что тело человека в основным состоит из воды, в которой также растворены определенные элементы соли. Поэтому наше тело также выступает в роли проводника электрического тока.
Стоит отметить, что благодаря наличию огромного количества свободных зарядов, которые способны перемещаться по всему пространственному объему, проводники имеют некоторые характерные общие свойствами.
Электромеханическая аналогия
Между индуктивностью $L$ в электродинамике и массой $m$ в механике нетрудно заметить определенную аналогию. Известно, что для полноценного разгона тела до определенной скорости, необходимо потратить некоторое время, так как мгновенно изменить скорость физического тела невозможно.
При неизменной интенсивности, которая приложена к телу, это время будет напрямую зависеть от массы $m$ тела. Чтобы ток в катушке смог достичь своего максимального значения, требуется время для установления индуктивности индуктивность $L$ катушки.
Скорость тела будет автоматически уменьшаться, если вещества в электрическом поле будут налетать на неподвижную стену. Стена принимает на себя весь удар, и его разрушительная сила тем сильнее, чем больше масса самого тела. На самом деле все электромеханические аналогии простираются достаточно далеко и имеют отношение не только к индуктивности и массы, но и других показателей, отказывающимися крайне полезными на практике.
Осознание единства и постоянства электрической и магнитной взаимосвязи стало первым подтвержденным примером теории объединения физических взаимодействий. На сегодняшний день доказано, что электродинамика и слабое взаимодействия при высоких энергиях объединяются в едином процессе.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Пятигорский филиал ГБОЛ ВПО ВолгГМУ Минздрава РФ
Реферат на тем у :
«Электродинамика»
Выполнила:
Студентка 211 группы
Монина Марина
1. История электродинамики
2. Электростатика
3. Законы постоянного тока
1. История электродинамики
Электродинамика - это наука о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи - электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрически заряженными телами и частицами.
В электродинамике существует четыре типа взаимодействия:
Гравитационное
Электромагнитное
Слабое (взаимодействие между элементарными частицами)
Электромагнитное взаимодействие самое главное на земле.
Электродинамика берёт своё начало в Древней Греции. В переводе слово электрон - янтарь. Кроме янтаря притягиваются также и многие другие тела. К наэлектризованным телам притягиваются как лёгкие, так и тяжёлые предметы. В 1729 году Грей обнаружил передачу зарядов на расстоянии. Шарль Дюфрэ обнаруживает два рода зарядов: стеклянное и смоляное. Стеклянное представляется как положительный, а смоляное - как отрицательный заряд. В дальнейшем Джеймс Клерк Максвелл завершает создание теории электродинамики, но использование электродинамики начинается только во второй половине XIX века. Максвелл обратил внимание на недостатки классической электродинамики. Несоответствие закону сохранения заряда было достаточным аргументом для того, чтобы усомниться в ее истинности, поскольку законы сохранения носят весьма общий характер.
Математическими следствиями из видоизмененной системы уравнений Максвелла было утверждение о сохранении энергии в электромагнитных процессах и теоретический вывод о возможности независимого от зарядов и токов существования поля в виде электромагнитных волн в пустом пространстве. Это последнее предсказание нашло блестящее экспериментальное подтверждение в знаменитых опытах Герца и Попова, положивших основу современной радиосвязи. Рассчитываемая из системы скорость распространения электромагнитных волн оказалась равной экспериментально измеренной скорости распространения света в вакууме, что означало объединение практически ранее независимых разделов физики электромагнетизма и оптики в одну законченную теорию.
Важнейшим шагом вперед в развитии учения об электрических и магнитных явлениях было изобретение первого источника постоянного тока - гальванического элемента. История этого изобретения начинается с работ итальянского врача Луиджи Гальвани, относящихся к концу XVIII в. Гальвани интересовался физиологическим действием электрического разряда. Начиная с 80-х гг. XVIII в., он предпринял ряд опытов для выяснения действия электрического разряда на мускулы препарированной лягушки. Однажды он обнаружил, что при проскакивании искры в электрической машине или при разряде лейденской банки№ мускулы лягушки сокращались, если к ним в это время прикасались металлическим скальпелем.
3аинтересовавшись наблюдаемым эффектом, Гальвани решил проверить, не будет ли оказывать такое же действие на лапки лягушки атмосферное электричество. Действительно, соединив один конец нерва лапки лягушки проводником с изолированным шестом, выставленным на крыше, а другой конец нерва с землей, он заметил, что во время грозы время от времени происходило сокращение мускулов лягушки.
Затем Гальвани подвесил препарированных лягушек за медные крюки, зацепленные за их спинной мозг, около железной решетки сада. Он обнаружил, что иногда, когда мышцы лягушки касались железной ограды, происходило сокращение мускулов. Причем эти явления наблюдались и в ясную погоду. Следовательно, решил Гальвани, в данном случае уже не гроза является причиной наблюдаемого явления.
Для подтверждения этого вывода Гальвани проделал подобный опыт в комнате. Он взял лягушку, у которой спинной нерв был соединен с медным крюком, и положил ее на железную дощечку. Оказалось, что когда медный крючок касался железа, то происходило сокращение мускулов лягушки.
Гальвани решил, что открыл «животное электричество», т. е. Электричество, которое вырабатывается в организме лягушки. При замыкании нерва лягушки посредством медного крюка и железной дощечки образуется замкнутая цепь, по которой пробегает электрический заряд (электрическая жидкость или материя), что и вызывает сокращение мускулов.
Открытием Гальвани заинтересовались и физики и врачи. Среди физиков был соотечественник Гальвани, Алессандро Вольта. Вольта повторил опыты Гальвани, а затем решил проверить, как будут себя вести мускулы лягушки, если через них пропустить не («животное электричество»), а электричество, полученное каким-либо из известных способов. При этом он обнаружил, что мускулы лягушки так же сокращались, как и в опыте Гальвани.
Проделав такого рода исследования, Вольта пришел к выводу, что лягушка является только «прибором», регистрирующим протекание электричества, что никакого особого «животного электричества» не существует.
Вольт предположил, что причиной электричества является контакт двух различных металлов.
Нужно отметить, что уже Гальвани заметил зависимость силы судорожного сжатия мускулов лягушки от рода металлов, образующих цепь, по которой протекает электричество. Однако Гальвани не обратил на это то серьезного внимания. Вольта же, наоборот, усмотрел в нем возможность построения новой теории.
Не согласившись с теорией «животного электричества», Вольта выдвинул теорию «металлического электричества». По этой теории причиной гальванического электричества является соприкосновение различных металлов.
В каждом металле, считал Вольта, содержится электрическая жидкость - флюид, которая, когда металл не заряжен, находится в покое и себя не проявляет. Но если соединить два различных металла, то равновесие электричества внутри них нарушится, электрическая жидкость придет в движение. При этом электрический флюид в некотором количестве перейдет из одного металла в другой, после чего равновесие вновь восстановится. Но в результате этого металлы наэлектризуются: один - положительно, другой - отрицательно.
Эти соображения Вольта подтвердил на опыте. Ему удалось показать, что действительно при простом соприкосновении двух металлов один из них приобретает положительный заряд, а другой отрицательный. Таким образом, Вольта открыл так называемую контактную разность потенциалов. Вольта проделывал следующий опыт. На медный диск, прикрепленный к обыкновенному электроскопу вместо шарика, он помещал такой же диск, изготовленный из другого металла и имеющий рукоятку. Диски при наложении в ряде мест приходили в соприкосновение.
В результате этого между дисками появлялась контактная разность потенциалов (по терминологии Вольта, между дисками возникала «разность напряжений»).
Для того чтобы обнаружить «разность напряжений», появляющуюся при соприкосновении различных металлов, которая, вообще говоря, мала, Вольта поднимал верхний диск и тогда листочки электроскопа заметно расходились. Это вызывалось тем, что емкость конденсатора, образованного дисками, уменьшалась, а разность потенциалов между ними во столько же раз увеличивалась.
Но открытие контактной разности потенциалов между различными металлами еще не могло объяснить опытов Гальвани с лягушками. Нужны были дополнительные предположения.
Но на опыте Гальвани соединялись не только металлы. В цепь включались и мышцы лягушки, содержащие и себе жидкость.
Он предположил, что все проводники следует разбить на два класса: проводники первого рода - металлы и некоторые другие твердые тела, и проводники второго рода - жидкости. При этом Вольта решил, что разность потенциалов возникает только при соприкосновении проводников первого рода.
Такое предположение объясняло опыт Гальвани. В результате соприкосновения двух различных металлов нарушается равновесие в них электричества. Это равновесие восстанавливается в результате того, что металлы соединяются через тело лягушки. Таким образом электрическое равновесие все время нарушается, и все время восстанавливается, значит, электричество все время движется.
Такое объяснение опыта Гальвани неверно, но оно натолкнуло Вольта на мысль о создании источника постоянного тока - гальванической батареи. И вот в 1800 г. Вольта построил первую гальваническую батарею - Вольтов столб.
Вольтов столб состоял из нескольких десятков круглых серебряных и цинковых пластин, положенных друг на друга. Между парами пластин были проложены картонные кружки, пропитанные соленой водой. Такой прибор служил источником непрерывного электрического тока.
Интересно, что в качестве довода о существовании непрерывного электрического тока Вольта привлекал непосредственные ощущения человека. Он писал, что если крайние пластины замкнуты через тело человека, то сначала, как и в случае с лейденской банкой, человек испытывает удар и покалывание. 3атем возникает ощущение непрерывного жжения, «которое не только не утихает, но делается все сильнее и сильнее, становясь скоро невыносимым, до тех пор, пока цепь не разомкнется».
Изобретение Вольтова столба, первого источника постоянного тока, имело огромное значение для развития учения об электричестве и магнетизме. Что же касается объяснения действия этого прибора Вольта, то оно, было ошибочным. Это вскоре заметили некоторые ученые.
Действительно, по теории Вольта получалось, что с гальваническим элементом во время его действия не происходит никаких изменений. Электрический ток течет по проволоке, нагревает ее, может зарядить лейденскую банку и т. д., но сам гальванический элемент при этом остается неизменным. Такой прибор является не чем иным, как вечным двигателем, который, не изменяясь, производит изменение в окружающих телах, в том числе и механическую работу.
К концу XVIII в. среди ученых уже широко распространилось мнение о невозможности существования вечного двигателя. Поэтому многие из них отвергли теорию действия гальванического элемента, придуманного Вольтой.
В противовес теории Вольта была предложена химическая теория гальванического элемента. Вскоре после его изобретения было замечено, что в гальваническом элементе происходят химические реакции, в которые вступают металлы и жидкости. Правильная химическая теория действия гальванического элемента вытеснила теорию Вольта.
После открытия Вольтова столба ученые разных стран начали исследовать действия электрического тока. При этом совершенствовался и сам гальванический элемент. Уже Вольта наряду со «столбом» стал употреблять более удобную чашечную батарею гальванических элементов. Для исследования действий электрического тока стали строить батареи со все большим и большим числом элементов.
Наиболее крупную батарею в самом начале XIX в. построил русский физик Василий Владимирович Петров в Петербурге. Его батарея состояла из 4200 цинковых и медных кружков. Кружки укладывались в ящик горизонтально и разделялись бумажными прокладками, пропитанными нашатырем.
Первые шаги в изучении электрического тока относились к его химическим действиям. Уже в том же году, в котором Вольта изобрел гальваническую батарею, было открыто свойство электрического тока разлагать воду. Вслед за этим было произведено разложение электрическим током растворов некоторых солей. В 1807 г. английский химик Дэви путем электролиза расплавов едких щелочей открыл новые элементы: калий и натрий.
Исследование химического действия тока и выяснение химических процессов, происходящих в гальванических элементах, привело ученых к разработке теории прохождения электрического тока через электролиты.
Вслед за изучением химического действия тока ученые обратились к его тепловым и оптическим действиям. Наиболее интересным результатом этих исследований в самом начале XIX в. было открытие электрической дуги Петровым.
Открытие, сделанное Петровым, было забыто. Многие, особенно иностранные, ученые о нем не знали, так как книга Петрова была написана на русском языке. Поэтому, когда Дэви в 1812 г. снова открыл электрическую дугу, его стали считать автором этого открытия.
Наиболее важным событием, приведшим вскоре к новым представлениям об электрических и магнитными явлениях, было открытие магнитного действия электрического тока.
2. Электростатика
Электростатика - часть электродинамики, которая изучает неподвижные электрические заряды.
Электрический заряд
Частицы взаимодействующие друг с другом с силами, которые убывают с увеличением расстояния так же, как и силы всемирного тяготения, но превышающие силы тяготения во много раз, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд. Бывают частицы без электрического заряда, но электрический заряд без частицы не существует. Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным. Наличие электрического заряда у частиц означает существование определённых силовых взаимодействий между ними. В свободном состоянии, могут, не ограничено долго существовать, только электроны и протоны. Если элементарная частица имеет заряд, то его значение строго определено.
Заряженные тела
Электромагнитные силы играют огромную роль в природе благодаря тому, что в состав всех тел входят электрически заряженные частицы. Действие электромагнитных сил между телами не обнаруживается, т.к. тела в обычном состоянии электрически нейтральны. Положительно и отрицательно заряженные частицы связанны друг с другом электрическими силами и образуют нейтральные системы.
Макроскопическое тело заряжено электрически в том случае, если оно содержит избыточное количество элементарных частиц с каким-либо одним знаком заряда.
Для того чтобы наэлектризовать тело, нужно отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним положительного. Это можно сделать с помощью трения.
Закон сохранения электрического заряда
При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда. Этот закон справедлив для замкнутой системы. Справедливость закона сохранения электрического заряда подтверждает наблюдение над огромным числом превращений элементарных частиц.
Закон Кулона
Основным законом электростатики является экспериментально установленный закон французского физика Шарля Кулона в 1785 г. XVIII
Однако история его открытия начинается раньше. Эта история показывает один из путей, по которому развивается физика, - путь применения аналогии. Эпинус уже догадывался о том, что сила взаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. И эта догадка возникла на основе некоторой аналогии между силами тяготения и электрическими силами. Но аналогия не является доказательством. Вывод из аналогии всегда требует проверки. Опираясь только на аналогию, можно прийти и к неверным результатам. Эпинус не проверил справедливость данной аналогии, и поэтому его высказывание имело только предположительный характер.
Закон Кулона применим для точечных зарядов. Точечные заряды - размеры тел, которых во много раз меньше чем расстояние между ними. Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел в вакууме прямо пропорционально произведению модулей зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.
С помощью крутильных весовІ удалось установить друг с другом неподвижные заряженные тела. Кулон нашёл простой способ изменения заряда одного из шариков в 2, 4 и более раз, соединяя его с таким же не заряженным шариком. Заряд при этом распределяется поровну между шариками, что и уменьшало исследуемый заряд в известном отношении.
Один Кулон - это заряд проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока один Ампер за одну секунду.
Электрическое поле
После открытия закона Кулона теория дальнодействия совсем вытесняет теорию близкодействия. И только в XIX в. Фарадей возрождает теорию близкодействия. Однако ее всеобщее признание начинается со второй половины XIX в., после экспериментального доказательства теории Максвелла.
Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создаёт в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает.
Успех к теории близкодействия пришёл после изучения электронных взаимодействий движущихся заряженных частиц. Сначала было доказано существование переменных во времени полей и только после этого был сделан вывод о реальности электрического поля неподвижных зарядов. Основываясь на идеях Фарадея, Максвелл сумел теоретически доказать, что электромагнитные взаимодействия должны распространяться в пространстве с конечной скоростью. Это означает, что если слегка передвинуть один заряд, то сила, действующая на другой заряд, изменится, но не в то же мгновение, а лишь спустя некоторое время.
Существование определённого процесса, в пространстве между взаимодействующие телами, которым делится конечное время, - вот главное, что отличает теорию близкодействия от теории действия на расстоянии. Главное свойство электрического поля - действия его на электрические заряды с некоторой силой. Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создаётся только электрическим зарядом. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно с ними связано.
Согласно теории близкодействия взаимодействие между заряженными частицами осуществляется посредством электрического поля.
Электрическое поле - это особая форма материи, существующая независимо от наших представлениях о нём. Доказательством реальности электрического поля - конечная скорость распространения электромагнитных взаимодействий.
Напряжённость электрического поля
Электрическое поле обнаруживается по силам, действующим на заряд. Если поочерёдно помещать в одну и ту же точку поля небольшие заряженные тела и измерять силы, то обнаружится, что сила, действующая на заряд со стороны поля, прямо пропорциональна этому заряду. Отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как характеристика поля. Эту характеристику называют напряжённостью электрического поля. Подобно силе, напряжённость поля - векторная величина. Напряжённость поля равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, к этому заряду.
Силовые линии электрического поля
Электрическое поле не видимо для человеческого глаза. Тем не менее распределение поля в пространстве можно сделать видимым. Непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают с векторами напряжённости. Эти линии называются силовыми линиями электрического поля или линиями напряжённости. Электрическое поле, напряжённость которого одинакова во всех точках пространства, называется однородным.
3. Законы постоянного тока
Электрический ток
При движении заряженных частиц в проводнике происходит перенос с одного места в другое. Если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как, свободные электроны в металле, то перенос заряда не происходит. Электрический заряд перемещается через поперечное сечение проводника только в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны участвуют в упорядоченном движении. В этом случае говорят, что в проводнике устанавливается электрический ток.
Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц. Электрический ток возникает при упорядоченном перемещении свободных электронов или ионов. Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.
Электрический ток существует по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают:
а) проводник, по которому течет ток, нагревается
б) электрический ток может изменять химический состав проводника
в) ток показывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела
Магнитное действие тока в отличие от химического и теплового является основным.
Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока.
Сила тока равна отношению заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным. Сила тока - скалярная величина. Она может быть как отрицательной и положительной. Сила тока зависит от заряда, переносимого каждой частицей, концентрации частиц, скорости их направленного движения и площади поперечного сечения проводника. Сила тока выражают в амперах. Это единицу устанавливают на основе магнитного взаимодействия токов. Силу тока измеряют амперметрами. Скорость упорядоченного перемещения электронов очень мала (около 0,1 мм/с). Сила тока - основная количественная характеристика электрического тока.
Для существования и возникновения постоянного электрического тока в веществе необходимо наличие свободных заряженных частиц. Для создания и поддержания упорядоченного движения, заряженных частиц, необходима сила, действующая на них в определённом направлении. Обычно именно электрическое поле внутри проводника служит причиной, вызывающей и поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц. Если внутри проводника имеется электрическое поле, то между концами проводника существует разность потенциалов. Когда разность потенциалов не меняется во времени, то в проводнике устанавливается постоянный электрический ток.
Закон Ома для участка цепи
Для каждого проводника существует определённая зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника. Эту зависимость выражает вольт-амперная характеристика проводника.
Её находят, измеряя силу тока в проводнике при различных значениях напряжения. Наиболее простой вид имеет вольт-амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые, вольт-амперную характеристику для металлов, установил немецкий учёный Георг Ом.
Согласно закону Ома для участка цепи сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Основная электрическая характеристика проводника - сопротивление. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении. Сопротивление проводника представляет собой меру противодействия проводника установлению в нём электрического тока. Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров. Удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника, имеющего форму куба с ребром один метр, если ток направлен вдоль нормали к двум противоположным граням куба. Единица сопротивления проводника, на основе закона Ома, называют ом. Единицей удельного сопротивления является Ом * м. Закон Ома позволяет нам определить сопротивление проводника.
Измерение силы тока
Для измерения силы тока в проводнике амперметр включают последовательно с этим проводником. Если подключить амперметр к розетке, то произойдёт короткое замыкание.
Для того чтобы измерить напряжение на участке цепи с сопротивлением, к нему параллельно подключают вольтметр. Напряжение на вольтметре совпадает с напряжением на участке цепи.
При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу, её принято называть работой тока. Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа.
Любой электрический прибор рассчитан на потребление определённой энергии в единицу времени. Поэтому наряду с работой тока очень важное значение имеет понятие мощность тока.
Мощность тока - равна отношению работы тока за время к этому интервалу времени.
Электрическое поле заряженных частиц не способно поддерживать постоянный ток в цепи. Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения называют сторонними силами.
При замыкании цепи создаётся электрическое поле во всех проводниках цепи. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил, а во всей остальной цепи их приводит в движение электрическое поле.
Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой. Электродвижущая сила в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду. Электродвижущая сила гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальные и их работа зависит от формы траектории. Постоянный ток не может существовать в замкнутой цепи, если в ней не действуют сторонние силы.
Закон Джоуля - Ленца
Закон Джоуля - Ленца - это закон, определяющий количество теплоты, которое выделяет проводник с током в окружающую среду.
Закон Джоуля - Ленца сформулирован следующим образом: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.
Закон Ома для полной цепи
Сопротивление источника часто называют внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивления цепи. Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи. Эта связь может быть установлена теоретически, если использовать закон сохранения энергии и закон Джоуля - Ленца. Произведение силы тока и сопротивления участка цепи называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжения на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи.
Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к её полному сопротивлению. Сила тока зависит от трёх величин: ЭДС, сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи.
Заключение
электродинамика проводник сопротивление
Рассмотрев всё выше сказанное, мы видим, что законы электродинамики в основном зависят друг от друга и для открытия нового закона приходиться рассматривать и проверять все законы чуть ли ни с самого начала. Мы так же понимаем, что без всех этих законов в наше время, можно так сказать, не прожить. Они применяются везде. У каждого человека есть своё магнитное поле. Но кроме учёных никто и не задумывается над тем, что если бы не было всего этого люди так бы и остановились на первых стадиях развития.
Цель, поставленная перед работой, рассмотреть один из основных разделов физики - электродинамики, можно сказать, выполнена, и каждый прочитавший её сможет понять всю важность и суть физики, в общем, и каждого закона или какого либо открытия в отдельности.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Напряженность электрического поля. Напряженность поля точечного заряда. Линии напряженности силовые линии. Энергия взаимодействия системы зарядов. Циркуляция напряженности поля.
презентация , добавлен 23.10.2013
Электрический заряд. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения заряда. Електрическое поле. Напряженность электрического поля. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Электромагнитная индукция. Магнитный поток.
учебное пособие , добавлен 06.02.2009
Понятие электрического заряда, единица его измерения. Закон сохранения алгебраической суммы заряда в замкнутой системе. Перераспределение зарядов между телами при их электризации. Особенности взаимодействия зарядов. Основные свойства электрического поля.
презентация , добавлен 07.02.2015
Основные понятия и специальные разделы электродинамики. Условия существования электрического тока, расчет его работы и мощности. Закон Ома для постоянного и переменного тока. Вольт-амперная характеристика металлов, электролитов, газов и вакуумного диода.
презентация , добавлен 30.11.2013
Понятие электрической цепи и электрического тока. Что такое электропроводность и сопротивление, определение единицы электрического заряда. Основные элементы цепи, параллельное и последовательное соединения. Приборы для измерения силы тока и напряжения.
презентация , добавлен 22.03.2011
Электромагнитное поле. Система дифференциальных уравнений Максвелла. Распределение потенциала электрического поля. Распределения потенциала и составляющих напряженности электрического поля и построение графиков для каждого расстояния. Закон Кулона.
курсовая работа , добавлен 12.05.2016
Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие электрических зарядов в вакууме, закон Кулона. Сложение электростатических полей, принцип суперпозиции. Электростатическое поле диполя, взаимодействие диполей. Напряженность электростатического поля.
презентация , добавлен 13.02.2016
Силовые линии напряженности электрического поля для однородного электрического поля и точечных зарядов. Поток вектора напряженности. Закон Гаусса в интегральной форме, его применение для полей, созданных телами, обладающими геометрической симметрией.
презентация , добавлен 19.03.2013
Электрический заряд и закон его сохранения в физике, определение напряженности электрического поля. Поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле. Свойства магнитного поля, движение заряда в нем. Ядерная модель атома и реакции с его участием.
контрольная работа , добавлен 14.12.2009
Работа сил электрического поля при перемещении заряда. Циркуляция вектора напряжённости электрического поля. Потенциал поля точечного заряда и системы зарядов. Связь между напряжённостью и потенциалом электрического поля. Эквипотенциальные поверхности.
Определение 1
Электродинамика – это огромная и важная область физики, в которой исследуются классические, неквантовые свойства электромагнитного поля и движения положительно заряженных магнитных зарядов, взаимодействующих друг с другом с помощью этого поля.
Рисунок 1. Коротко про электродинамику. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ
Электродинамика представляется широким комплексом разнообразных постановок задач и их грамотных решений, приближенных способов и частных случаев, которые объединены в одно целое общими начальными законами и уравнениями. Последние, составляя основную часть классической электродинамики, подробно представлены в формулах Максвелла. В настоящее время ученые продолжают изучать принципы указанной области в физике, скелет ее построения взаимоотношения с другими научными направлениями.
Закон Кулона в электродинамике обозначается таким образом: $F= \frac {kq1q2} {r2}$, где $k= \frac {9 \cdot 10 (H \cdot m)} {Кл}$. Уравнение напряженности электрического поля записывается так: $E= \frac {F}{q}$, а поток вектора индукции магнитного поля $∆Ф=В∆S \cos {a}$.
В электродинамике в первую очередь изучаются свободные заряды и системы зарядов, которые содействуют активизации непрерывного энергетического спектра. Классическому описанию электромагнитного взаимодействия благоприятствует то, что оно является эффективным уже в низкоэнергетическом пределе, когда энергетический потенциал частиц и фотонов мал по сравнению с энергией покоя электрона.
В таких ситуациях зачастую отсутствует аннигиляция заряженных частиц, так как присутствует только постепенное изменение состояния их нестабильного движения в итоге обмена большим количеством низкоэнергетических фотонов.
Замечание 1
Однако и при высоких энергиях частиц в среде, несмотря на существенную роль флуктуации, электродинамика может быть использована с успехом для комплексного описания среднестатистических, макроскопических характеристик и процессов.
Основные уравнения электродинамики
Основными формулами, которые описывают поведение электромагнитного поля и его прямое взаимодействие с заряженными телами, являются уравнения Максвелла, определяющие вероятные действия свободного электромагнитного поля в среде и вакууме, а также общую генерацию поля источниками.
Среди этих положений в физике возможно выделить:
- теорема Гаусса для электрического поля - предназначена для определения генерации электростатического поля положительными зарядами;
- гипотеза замкнутости силовых линий – содействует взаимодействию процессов внутри самого магнитного поля;
- закон индукции Фарадея – устанавливает генерацию электрического и магнитного поля переменными свойствами окружающей среды.
В целом, теорема Ампера - Максвелла - это уникальная идея о циркуляции линий в магнитном поле с постепенным добавлением токов смещения, введенных самим Максвеллом, точно определяет трансформацию магнитного поля движущимися зарядами и переменным действием электрического поля.
Заряд и сила в электродинамике
В электродинамике взаимодействие силы и заряда электромагнитного поля исходит из следующего совместного определения электрического заряда $q$, энергии $E$ и магнитного $B$ полей, которые утверждаются в качестве основополагающего физического закона, основанного на всей совокупности экспериментальных данных. Формулу для силы Лоренца (в пределах идеализации точечного заряда, движущегося с определенной скоростью), записывают с заменой скорости $v$.
В проводниках зачастую содержится огромное количество зарядов, следовательно, эти заряды достаточно хорошо скомпенсированы: число положительных и отрицательных зарядов всегда равны между собой. Следовательно, суммарная электрическая сила, которая постоянно действует на проводник, равна также нулю. Магнитные же силы, функционирующие на отдельных зарядов в проводнике, в итоге не компенсируются, ведь при наличии тока скорости движения зарядов всегда различны. Уравнение действия проводника с током в магнитном поле можно записать так: $G = |v ⃗ |s \cos{a} $
Если исследовать не жидкость, а полноценный и стабильный поток заряженных частиц в качестве тока, то весь энергетический потенциал, проходящий линейно через площадку за $1с$,- и будет являться силой тока, равной: $I = ρ| \vec {v} |s \cos{a} $, где $ρ$ - плотность заряда (в единице объема в общем потоке).
Замечание 2
Если магнитное и электрическое поле систематически меняется от точки к точке на конкретной площадке, то в выражениях и формулах для частичных потоков, как и в случае с жидкостью, в обязательном порядке проставляются средние показатели $E ⃗ $и $B ⃗$ на площадке.
Особое положение электродинамике в физике
Значимое положение электродинамики в современной науке возможно подтвердить посредством известного произведения А. Эйнштейна, в котором были детально изложены принципы и основы специальной теории относительности. Научный труд выдающегося ученого называется «К электродинамике подвижных тел», и включает в себя огромное количество важных уравнений и определений.
Как отдельная область физики электродинамика состоит из таких разделов:
- учение о поле неподвижных, но электрически заряженных физических тел и частиц;
- учение о свойствах электрического тока;
- учение о взаимодействии магнитного поля и электромагнитной индукции;
- учение об электромагнитных волнах и колебаниях.
Все вышеуказанные разделы в одно целое объединяет теорема Д. Максвелла, который не только создал и представил стройную теорию электромагнитного поля, но и описал все его свойства, доказав его реальное существование. Работа именно этого ученого показала научному миру, что известные на тот момент электрическое и магнитное поля являются всего лишь проявлением единого электромагнитного поля, функционирующего в различных системах отсчета.
Существенная часть физики посвящена изучению электродинамики и электромагнитных явлений . Эта область в значительной мере претендует на статус отдельной науки, так как она не только исследует все закономерности электромагнитных взаимодействий, но и детально описывает их посредством математических формул. Глубокие и многолетние исследования электродинамики открыли новые пути для использования электромагнитных явлений на практике, для блага всего человечества.
АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ – физическая величина, равная среднему за период значению мгновенной мощности переменного тока. Позволяет оценить среднюю скорость преобразования электромагнитной энергии в др. виды энергии. В цепи переменного однофазного тока А.м. рассчитывается по формуле: P=IUcosφ . Единица А.м. в СИ – Ватт (Вт).
АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ - физическая величина, равная отношению активной мощности, поглощаемой на участке цепи, к квадрату действующего значения силы переменного тока на этом участке. Позволяет оценить сопротивление электрической цепи или ее участка электрическому току, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в др. формы (преимущественно во внутреннюю). Единица А.с. в СИ - Ом.
АМПЕРА ЗАКОН - закон взаимодействия двух проводников с токами; параллельные проводники с токами одного направления притягиваются, а с токами противоположного направления - отталкиваются. А.з. называют также закон, определяющий силу, действующую в магнитном поле на малый отрезок проводника с током. Открыт в 1820г. А.М. Ампером .
АНИОНЫ - отрицательно заряженные ионы, движущиеся в электрическом поле к аноду.
АНОД - положительный полюс источника электрической энергии или электрод какого-либо прибора, присоединяемый к положительному полюсу источника тока. Потенциал А. при работе источника всегда выше потенциала катода.
БУРАВЧИКА ПРАВИЛО - правило для определения направления вектора магнитной индукции магнитного поля прямолинейного проводника с током: если Б. (правый винт) ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки буравчика показывает направление вектора магнитной индукции. (Ср.)
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ - источник электрического тока, в котором энергия электрохимической реакции преобразуется в электрическую энергию (элемент Вольта, батарейки, аккумуляторы).
ДЕЙСТВУЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ - среднее квадратичное за период значение силы переменного тока и напряжения. Д.з. силы синусоидального тока и напряжения в раз меньше их амплитудных значений. Физический смысл: Д.З. силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при прохождении которого через проводник выделяется то же количество теплоты за то же самое время.
Закон, описывающий тепловое действие электрического тока. Согласно Д. - Л.з. количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему постоянного тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока по проводнику: .
ДИАМАГНЕТИЗМ – явление возникновения в веществе (диамагнетике) намагниченности, направленной навстречу внешнему магнитному полю. Обусловлен индуцированием дополнительного магнитного момента в атомных электронных оболочках под действием внешнего поля и проявляется в том случае, когда атомы, молекулы или ионы не имеют результирующего собственного магнитного момента. Присущ всем веществам, но часто перекрывается более сильными эффектами (см. парамагнетизм и ).
ДИНАМИК – распространенное краткое название электродинамического громкоговорителя.
ДИПОЛЬ ЭЛЕКТИРИЧЕСКИЙ – система двух одинаковых по модулю и противоположных по знаку электрических зарядов, расстояние между которыми (плечо Д.) во много раз меньше, чем расстояние от центра Д. до рассматриваемых точек электрического поля. Во внешнем электрическом поле ориентируется вдоль силовых линий поля. Например, диполем можно считать молекулу воды.
ДИПОЛЬ МАГНИТНЫЙ – электрический ток, протекающий по замкнутому контуру (витку), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до рассматриваемых точек магнитного поля. Внешнее магнитное поле оказывает на Д.М. ориентирующее действие.
ДИОД - двух электродный прибор с односторонней электрической проводимостью. Применяется для выпрямления переменного тока , в качестве детектора, для преобразования частоты, ограничения тока и напряжения, переключения электрических цепей. Различают электровакуумные и полупроводниковые Д.
ДИЭЛЕКТРИКИ - вещества, практически не проводящие электрического тока. Обладают большим удельным сопротивлением по сравнению с проводниками. Могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Во внешнем электрическом поле Д. поляризуется, что приводит к ослаблению электрического поля в Д. (см. и диэлектрическая проницаемость. )
– безразмерная физическаявеличина, равная отношению модуля напряженности электрического поля в вакууме Е 0 к модулю напряженности электрического поля в однородном диэлектрике: .
ДОМЕНЫ - области в ферромагнитном (сегнетоэлектрическом) кристалле, в которых ниже определенной температуры (точки Кюри) существует самопроизвольная ().
ДУГА ЭЛЕКТРИЧЕКАЯ , дуговой разряд – один из видов самостоятельного разряда в газе, в котором разрядные явления сосредоточены в ярко светящемся плазменном шнуре. Возможна в любом газе при давлениях, близких к атмосферному и выше. Применяется в электрометаллургии, светотехнике и в электросварке.
ДЫРКА – в полупроводнике – не занятая электроном вакансия в валентной зоне, которая ведет себя как избыточный положительный заряд.
Физическая величина Х С , которой оценивают сопротивление, оказываемое переменному току проводником вследствие наличия у него электрической емкости . При синусоидальном токе с циклической частотой ω Е.с. равно . Единица в СИ – Ом .
ЕМКОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ - см. .
ЗАРЯД ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ - см. .
ЗАРЯДА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН - один из фундаментальных законов природы: алгебраическая сумма электрических зарядов любой электрически изолированной системы остается неизменной. В электрически изолированной системе З.с.з. допускает появление новых заряженных частиц (напр., при электролитической диссоциации, ионизации газов, рождении пар частица - античастица и др.), но суммарный электрический заряд появившихся частиц всегда должен быть равен нулю.
ИЗОЛЯТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ – элемент конструкции, выполненный из вещества с очень большим электрическим удельным сопротивлением (). В быту может быть синонимом термина диэлектрик.
ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ - физическая величина Х L , которой оценивают сопротивление, оказываемое переменному току проводником вследствие наличия у него индуктивности. При синусоидальном токе с угловой частотой ω: X L = ωL . Единица И.с. в СИ - Ом . Ср.емкостное сопротивление, активное сопротивление.
ИНДУКТИВНОСТЬ - физическая величина, которая характеризует магнитные свойства электрической цепи (проводника) и равна отношению потока магнитной индукции, пересекающего поверхность, ограниченную проводником, к силе тока в этом проводнике. Единица И. в СИ - генри . Ср. .
ИОНИЗАЦИЯ - отрыв от атома или молекулы газа одного или нескольких электронов. Происходит под действием электромагнитного излучения; ударов электронов, ионов или других атомов. Приводит к возникновению ионов.
ИОНЫ - электрически заряженные атомы или группы атомов, образующиеся при потере или присоединении электронов (или других заряженных частиц). Ионы с положительным электрическим зарядом называются катионами, с отрицательным - анионами.
ИСКРОВОЙ РАЗРЯД – вид самостоятельного нестационарного электрического разряд в газе, возникающий в электрическом поле при давлении, близком к атмосферному. Температура в И.р. достигает 10000К. В природе наблюдается в виде .
ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ – устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. Различают химические (напр., гальванический элемент) и физические (термоэлемент, фотоэлемент, индукционный генератор и т.д.) И.т.
КАТИОНЫ - положительно заряженные ионы, в электрическом поле движутся к .
КАТОД - 1) отрицательный полюс источника электрической энергии или электрод прибора, присоединяемый к отрицательному полюсу источника. Потенциал К. работающего источника всегда ниже потенциала анода. 2) Источник электронов в электровакуумных приборах.
КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ – элемент электрической цепи, конструктивно представляющий катушку из электропроводящего материала с изолированными витками. Обладает значительной индуктивностью при относительно малой емкости и малом активном сопротивлении. Один из основных элементов колебательного контура . Ср. конденсатор электрический.
КИНЕСКОП - приемная телевизионная электронно-лучевая трубка , преобразующая электрические сигналы в видимое изображение.
КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ - не предусмотренное нормальными условиями работы соединение двух точек электрической цепи, имеющих различные потенциалы, через очень малое сопротивление.
КРУТИЛЬНЫЕ ВЕСЫ - чувствительный физический прибор, для измерения малых сил. Изобретен Ш.Кулоном в 1784г. и применялся при установлении .
ЛЕВОЙ РУКИ ПРАВИЛО - правило, определяющее направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током (или движущуюся заряженную частицу). Оно гласит: если левую руку расположить так, чтобы вытянутые пальцы показывали направление тока (скорости частицы), а силовые линии магнитного поля () входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (положительную частицу; в случае отрицательной частицы направление силы противоположно).
ЛЕНЦА ПРАВИЛО (ЗАКОН) - правило, определяющее направление индукционных токов, возникающих при электромагнитной индукции. Л.п. - следствие закона сохранения энергии Согласно Л.п. индукционный ток всегда имеет такое направление, что его собственное магнитное поле всегда препятствует тому изменению внешнего магнитного поля, которое является причиной индукционного тока
ЛИНИИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ , силовые линии магнитного поля – воображаемые линии, с помощью которых можно графически изобразить распределение магнитного поля в пространстве. Проводятся так, что вектор магнитной индукции в данной точке пространства направлен по касательной к Л.м.и. в этой точке.
ЛИНИИ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ , силовые линии электрического поля – воображаемые линии, с помощью которых можно графически изобразить распределение электрического поля в пространстве. Проводятся так, что вектор напряженности электрического поля в данной точке пространства направлен по касательной к Л.н. в этой точке.
ЛОРЕНЦА СИЛА – сила, действующая на заряженную частицу с зарядом q, движущуюся в магнитном поле индукции B со скоростью v . Модуль равен F=qv Bsinα , где α – угол между векторами индукции магнитного поля и скорости частицы. Направление определяется .
МАГНЕТИЗМ – совокупность явлений, связанных со взаимодействием между электрическими токами, между электрическими токами и магнитами, между магнитами. Магнитное взаимодействие осуществляется посредством магнитного поля . Проявляется во всех физико-химических процессах, происходящих в веществе. Определяет основные астрофизические и геомагнитные явления (солнечные вспышки, магнитные бури, нарушения радиосвязи и т.д.).
МАГНЕТИКИ - вещества, способные намагничиваться в магнитном поле, т.е. создавать собственное магнитное поле . См. , парамагнетизм, , ферримагнетизм.
МАГНИТ - тело, обладающее , т.е. создающее магнитное поле . Свойства М. присущи некоторым минералам (напр., магнитный железняк), намагниченным магнитным материалам (постоянный магнит) и электромагнитам.
НАМАГНИЧЕННОСТЬ - векторная величина, числено равная отношению магнитного момента к объему вещества (магнетика). Единица в СИ - ампер на метр (А/м ). Ср. .
(падение напряжения) - скалярная величина, равная отношению работы, совершаемой суммарным полем сторонних и кулоновских сил при перемещении заряда на участке электрической цепи, к величине этого заряда: . Единица в СИ - вольт . Ср. , .
Векторная величина E, применяемая для описания силового действие электрического поля на электрически заряженные частицы и тела, равная отношению силы, действующей со стороны поля на точечный электрический заряд, помещенный в данную точку поля: , Единица в СИ - вольт на метр (В/м ). Ср. .
НОСИТЕЛИ ТОКА - электрически заряженные частицы в веществе, обусловливающие его электрическую проводимость. В металлах - это свободные электроны, в электролитах - ионы, в полупроводниках - электроны и дырки.
ОДНОРОДНОЕ ПОЛЕ – физическое поле, напряженность (магнитная индукция) которого одинакова во всех точках.
– обобщенное название закона, устанавливающего пропорциональность между силой тока в участке электрической цепи и разностью потенциалов на его концах. Установлен Г.Омом для металлических проводников. В простейшем случае формулируется следующим образом: сила постоянного тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению (). В этой формулировке справедлив также для электролитов, температура которых поддерживается постоянной. Для переменного тока О.з. может быть сформулирован для действующих или для амплитудных значений силы тока и напряжений. В этом случае под сопротивлением понимается полное сопротивление цепи переменному току . При наличии ЭДС для замкнутой цепи звучит так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи (сумме внешнего сопротивления и сопротивления источника тока).
ПАРАМАГНЕТИЗМ – явление возникновение в веществе (парамагнетике) намагниченности сонаправленной с внешним магнитным полем. Обусловлено ориентацией под действием внешнего магнитного поля собственных магнитных моментов атомов или молекул парамагнетика. Магнитная проницаемость µ>1. Ср. , .
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК - электрический ток, изменяющий периодически свое направление в цепи так, что среднее за период значение силы тока равно нулю. Простейший переменный ток - синусоидальный.
– векторная величина, равная по модулю отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника: . Направлена в сторону движения положительных зарядов (сонаправлен с вектором напряженности электрического поля). Единица в СИ: А/м 2 .
ПОЛУПРОВОДНИКИ - вещества, сопротивление (электропроводность) которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между сопротивлением (электропроводностью) металлов и диэлектриков. Сопротивление чистых П. уменьшается с ростом температуры и зависит, кроме того, от облучения, бомбардировки заряженными частицами, наличия примесей и т.д.).
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ - смещение электрических зарядов в диэлектрике под действием внешнего электрического поля. Возникает при сдвиге ионов относительно друг друга, деформации электронных оболочек или ориентации электрических диполей. Происходит, напр., при зарядке конденсатора.
ПОЛЯРИЗОВАННОСТЬ – векторная физическая величина, равная отношению электрического момента малого объема диэлектрика к этому объему. Ср. .
ПОСТОЯННЫЙ ТОК - электрический ток, сила и направление которого не меняются с течением времени. Ср.переменный ток.
ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ - скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии заряда, помещенного в данную точку поля, к величине этого заряда. Применяется для энергетического описания электростатического поля. Единица в СИ - вольт (В).
ПРАВОЙ РУКИ ПРАВИЛО - правило, определяющее 1) направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле: если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили , а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то четыре вытянутых пальца покажут направление индукционного тока; 2) направление линий магнитной индукции прямолинейного проводника с током: если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции. Ср. 1) , 2) .
ПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ - тела (вещества), способные хорошо проводить электрический ток благодаря наличию в них большого числа свободных подвижных заряженных частиц. Делятся на электронные (металлы и полупроводники), ионные (электролиты) и смешанные (плазма).
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО – явление возникновения при деформировании кристаллов и деформирование кристаллов под действием электрического поля (прямой и обратный эффекты). Применяется для воспроизведения звука, для получения ультразвука и т.д.
РАБОТА ВЫХОДА электрона - работа, необходимая для выхода электрона из проводника в вакуум. Зависит от рода вещества и состояния поверхности проводника.
Формула, выражающая зависимость периода незатухающих электромагнитных колебаний в контуре от его параметров - индуктивности катушки L и емкости конденсатораC : . Названа в честь У.Томсона (Кельвина).
ТРАНЗИСТОР - полупроводниковый прибор с тремя или более выводами. Используется для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.
ФАРАДЕЯ ЗАКОНЫ - основные законы . Первый Фарадея закон: масса вещества, выделившегося на электроде при прохождении электрического тока, прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит. Второй Ф.з.: отношение масс различных веществ, претерпевающих химические превращения на электродах при прохождении одинаковых электрических зарядов через электролит равно отношению химических эквивалентов. Установлены в 1833-34 г. М.Фарадеем.
ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ , Фарадея число – физическая постоянная, равна произведению элементарного электрического заряда на постоянную Авогадро. F=e . N A . Равна заряду, прохождение которого через электролит приводит к выделению на электроде 1 моля одновалентного вещества. F=(96484,56±0,27) Кл/моль . Названа в честь М.Фарадея.
ФЕРРОМАГНЕТИЗМ – явление наличия самопроизвольной намагниченности в магнитных кристаллических веществах (ферромагнетиках). Обусловлено наличием у электронов устойчивой параллельной ориентацией спиновых магнитных моментов, что и создает самопроизвольную намагниченность. Тепловое движение атомов кристалла разрушает параллельную ориентацию спинов, поэтому при температуре выше некоторой определенной (точка Кюри) Ф. переходит в парамагнетизм.
ФЕРРОМАГНЕТИКИ - вещества, которым присущ . Типичные представители Ф. - железо, кобальт, никель и их сплавы. Широко применяются в электротехнике, радиотехнике, электронике и приборостроении.
ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ - поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал. Силовые линии поля перпендикулярны к э. п.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА , вольтова дуга – электрический самостоятельный разряд в газе в виде ярко светящегося плазменного шнура. Впервые наблюдалась в 1802 г. В.В.Петровым.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ - скалярная физическая величина, применяемая для описания способности проводника удерживать эл. заряд. Для конденсатора равна отношению его заряда к разности потенциалов между обкладками. Единица в СИ - фарад (Ф ).
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ – точно или приблизительно повторяющиеся изменения напряжения и тока в эл. цепи. Простейшая система, в которой возникают эл. к. - .
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР - устройство для преобразования различных видов энергии (механической, химической, тепловой и др.) в электрическую. Ср. электрический двигатель.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ - эл. машина, совершающая механическую работу за счет эл. энергии. Ср. электрический генератор.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД - скалярная физическая величина, служащая для оценивания интенсивности электромагнитного взаимодействия заряженных частиц; источник электромагнитного поля . Различают положительные и отрицательные заряды. Для макроскопического тела э. з. равен алгебраической сумме зарядов всех частиц тела. В эл. изолированной системе выполняется заряда сохранения закон. См. элементарный электрический заряд.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД в газе – явление прохождения эл. тока в газе под действием эл. поля. Для возникновения эл. р. в газе необходимо появление носителей тока - свободных ионов и электронов. Различают несамостоятельный эл. р., когда проводимость обусловлена действием внешнего ионизатора, и самостоятельный эл. р., который продолжается после прекращения действия внешнего ионизатора. Переход несамостоятельного разряда в самостоятельный наз. эл. пробоем газа.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК - направленное упорядоченное движение заряженных частиц (электронов, ионов и др.). Условно за направление эл. тока принимается направление движения положительных зарядов.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР - электромагнитное устройство, преобразующее переменный эл. ток одного напряжения в переменный эл. ток другого напряжения без изменения частоты и практически без потери мощности. Простейший эл. т. состоит из железного сердечника (магнитопровода) и двух обмоток - первичной и вторичной. Отношение напряжения в обмотках равно отношению числа витков в них. Действие основано на электромагнитной индукции явлении.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ - одна из форм проявления электромагнитного поля . В отличие от магнитного поля действует как на неподвижные, так и на движущиеся эл. заряды. Создается эл. зарядами или меняющимся во времени магнитным полем. Описывается напряженностью и потенциалом электрического поля. Ср. магнитное поле.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ - см. сопротивление электрическое.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО - совокупность явлений, связанных с существованием, движением и взаимодействием эл. зарядов и полей.
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ - приборы и устройства, в которых используются закономерности протекания тока в вакууме. Применяются для генерации и усиления эл. колебаний, выпрямления переменного тока и т.д. Состоят из стеклянного или металлического баллона, в котором создан вакуум, и электродов различной формы, расположенных в баллоне. Примеры: электронные лампы, электронно-лучевые трубки, рентгеновские трубки, газоразрядные приборы и т.д.
ЭЛЕКТРОД – конструктивный элемент электрической цепи, соединяющий ее с электролитом, газом или вакуумом. Применяется при электролизе, в гальванических элементах и т.п.
ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА (ЭДС) – физическая величина, применяемая для источника энергии в электрической цепи, необходимого для поддержания в ней эл. тока. Равна отношению работы сил, разделяющих заряды в источнике, к величине заряда. Единица в СИ - вольт.
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА - физическая теория электромагнитных явлений, в которой основную роль играют взаимодействия между заряженными частицами, осуществляемые посредством эл.-маг. поля. Основа э. - Максвелла уравнения.
ЭЛЕКТРОЛИЗ - совокупность электрохимических процессов, происходящих в электролите при прохождении через него постоянного эл. тока. При этом положительно заряженные ионы (катионы) движутся к катоду, а отрицательно заряженные (анионы) - к аноду. Количественно описывается .
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ – явление распада молекул на ионы в результате взаимодействия с молекулами растворителя.
ЭЛЕКТРОЛИТЫ - жидкие или твердые растворы или расплавы, эл. ток в которых проходит за счет движения ионов. См. .
ЭЛЕКТРОМАГНИТ - искусственныймагнит, магнитное поле которого возникает и концентрируется в ферромагнитном сердечнике в результате прохождения эл. тока по охватывающей его обмотке.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ – явление возникновения электрического поля при изменении магнитного. При этом в замкнутом проводящем контуре возникает индукционный ток. См. , Ленца закон.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ - один из видов взаимодействия элементарных частиц, осуществляемое посредством эл.-маг. поля. Играет фундаментальную роль в явлениях макромира: строении в-ва, его агрегатное состояние, эл., оптические и др. свойства определяющиеся электромагнитными силами, действующими между атомными ядрами, электронами атомов или молекул. Ср. гравитационное взаимодействие, сильное взаимодействие, слабое взаимодействие.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – то же, что и .
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ - одно из физических полей посредством которого осуществляется электромагнитное взаимодействие. Описывается с помощью напряженности электрического поля и магнитной индукции. См. Максвелла уравнения.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ - колебания эл.-маг. поля, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью (см. скорость света) . В зависимости от длины волны в вакууме, источника излучения и способа возбуждения различают: низкочастотные колебания, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, гамма-лучи.
ЭЛЕКТРОН - стабильная элементарная частица, которой приписывают отрицательный элементарный электрический заряд , обладающая массой покоя m e =(9,109558±0,000054) . 10 -31 кг и спином, равным 1/2. Входит в состав всех атомов и молекул.
ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ - явление испускания электронов твердым телом или жидкостью. См.автоэлектронная эмиссия, термоэлектронная эмиссия, фотоэффект.
ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВАЯ ТРУБКА – электронно-вакуумный прибор, в котором электронный луч (пучек электронов) используется для преобразования электрических сигналов в световые. Применяется в осциллографах, телевизорах, радиолокации и т.п.
ЭЛЕКТРОННЫЙ ГАЗ - совокупность электронов проводимости в кристалле или плазме, т.е. электронов, способных участвовать в образовании электрического тока.
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ - способность вещества проводить электрический ток под действием электрического поля. Обусловлена носителями тока, в зависимости от вида которых различают электронную проводимость (металлы, полупроводники). ионную проводимость (электролиты) и смешанную электронно-ионную проводимость (плазма).
ЭЛЕКТРОСКОП - прибор для обнаружения и приближенной оценки степени электризации тел.
ЭЛЕКТРОСТАТИКА - раздел , изучающий взаимодействие и условия равновесия неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета электрических зарядов. Основной закон э. - .
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ - эл. поле зарядов, покоящихся относительно выбранной инерциальной системы отсчета. В э.п. действуют электростатические силы, которые являются потенциальными силами. Основные применяемые для описания э.п. - напряженность электрического поля и потенциал электрический.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ – физическая величина, равная отношению массы вещества, выделившейся на электроде при электролизе, к электрическому заряду, прошедшему через электролит. Единица Э=1/273,15 К -1 .э. в СИ - кг/Кл.
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД (e) - одна из основных физических постоянных, равная наименьшему по модулю из всех возможных положительных и отрицательных эл. зарядов. е=(1,6021917±0,0000070) . 10 -19 Кл . Большинство элементарных частиц имеет эл. заряд + е и - е или 0 . У некоторых резонансов заряд кратен е. Частицы с дробным зарядом в свободном состоянии не наблюдаются.
Загрузка...