Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.

Közzétéve: http://www.allbest.ru/

Az Orosz Föderáció Egészségügyi Minisztériumának Volgograd Állami Orvostudományi Egyetemének Pjatigorszki fiókja

Absztrakt a témábannál nél:

"Elektrodinamika"

Teljesített:

A 211-es csoport tanulója

Monina Marina

1. Az elektrodinamika története

2. Elektrosztatika

3. DC törvények

1. Az elektrodinamika története

Az elektrodinamika egy speciális anyagtípus - az elektromosan töltött testek és részecskék közötti kölcsönhatásba lépő elektromágneses tér - tulajdonságainak és viselkedési mintáinak tudománya.

Az elektrodinamikában négyféle kölcsönhatás létezik:

Gravitációs

Elektromágneses

Gyenge (elemi részecskék közötti kölcsönhatás)

Az elektromágneses kölcsönhatás a legfontosabb dolog a Földön.

Az elektrodinamika az ókori Görögországból származik. Lefordítva az elektron szó borostyánsárgát jelent. A borostyán mellett sok más test is vonzódik. A könnyű és nehéz tárgyakat egyaránt vonzzák az elektromos testek. 1729-ben Gray felfedezte a töltések távolsági átvitelét. Charles Dufrais kétféle töltetet fedez fel: üveget és gyantát. Az üveg pozitív töltésként, a gyanta pedig negatív töltésként jelenik meg. Ezt követően James Clerk Maxwell befejezte az elektrodinamika elméletének megalkotását, de az elektrodinamika alkalmazása csak a 19. század második felében kezdődött. Maxwell felhívta a figyelmet a klasszikus elektrodinamika hiányosságaira. A töltésmegmaradás törvényével való összeegyeztethetetlenség elegendő érv volt ahhoz, hogy kétségbe vonjuk igazságát, mivel a megmaradás törvényei nagyon általános jellegűek.

A Maxwell-féle módosított egyenletrendszer matematikai következményei az elektromágneses folyamatok energiamegmaradásáról szóló megállapítások, valamint az üres térben elektromágneses hullámok formájában létrejövő mező töltésektől és áramoktól független létezésének lehetőségére vonatkozó elméleti következtetés voltak. Ez az utolsó jóslat briliáns kísérleti megerősítést kapott Hertz és Popov híres kísérleteiben, amelyek megalapozták a modern rádiókommunikációt. A rendszerből számított elektromágneses hullámok terjedési sebessége megegyezett a fény vákuumban kísérletileg mért terjedési sebességével, ami az elektromágnesesség és az optika fizikája korábban gyakorlatilag független szakaszainak egy teljes elméletté való egyesülését jelentette. .

A legfontosabb lépés az elektromos és mágneses jelenségek tanának fejlesztésében az első egyenáramforrás - a galvánelem - feltalálása volt. A találmány története Luigi Galvani olasz orvos munkásságával kezdődik, amely a 18. század végére nyúlik vissza. Galvanit az elektromos kisülés élettani hatásai érdekelték. A 80-as évek óta. XVIII. században kísérletsorozatot végzett, hogy meghatározza az elektromos kisülés hatását a kimetszett béka izmaira. Egyszer felfedezte, hogy amikor egy elektromos gépben szikra villan fel, vagy amikor egy Leyden-edényt kisütöttek, a béka izmai összehúzódtak, ha fémszikével megérintették őket.

A megfigyelt hatás iránt érdeklődve Galvani úgy döntött, hogy megvizsgálja, vajon a légköri elektromosság ugyanolyan hatással lesz-e a békalábakra. Valóban, miután a békacomb idegének egyik végét egy vezetővel a tetőn elhelyezett szigetelt oszlophoz, az ideg másik végét pedig a földhöz csatlakoztatta, észrevette, hogy zivatar idején a béka izmai időről időre összehúzódnak. idő.

Galvani ezután a feldarabolt békákat a gerincvelőjükre akasztott rézkampókra akasztotta a kert vaskorlátja közelében. Felfedezte, hogy néha amikor a béka izmai hozzáértek a vaskerítéshez, izomösszehúzódás következett be. Ráadásul ezeket a jelenségeket tiszta időben figyelték meg. Következésképpen Galvani úgy döntött, ebben az esetben már nem a zivatar az oka a megfigyelt jelenségnek.

E következtetés megerősítésére Galvani hasonló kísérletet végzett a szobában. Fogott egy békát, melynek gerincidegét egy rézhoroghoz kötötték, és egy vaslemezre tette. Kiderült, hogy amikor a rézhorog hozzáért a vashoz, a béka izmai összehúzódtak.

Galvani úgy döntött, hogy felfedezte az „állati elektromosságot”, vagyis a béka testében termelődő elektromosságot. Ha a béka idegét egy rézhorog és egy vaslemez segítségével lezárjuk, akkor egy zárt áramkör jön létre, amelyen elektromos töltés (elektromos folyadék vagy anyag) fut át, ami izomösszehúzódást okoz.

A fizikusok és az orvosok egyaránt érdeklődni kezdtek Galvani felfedezése iránt. A fizikusok között volt Galvani honfitársa, Alessandro Volta is. Volta megismételte Galvani kísérleteit, majd úgy döntött, hogy megvizsgálja, hogyan viselkednek a béka izmai, ha nem („állati elektromosság”), de az ismert módszerek bármelyikével nyert elektromosságot átengedik rajtuk. Ugyanakkor felfedezte, hogy a béka izmai ugyanúgy összehúzódnak, mint Galvani kísérletében.

Volta ezt a fajta kutatást követően arra a következtetésre jutott, hogy a béka csak egy „eszköz”, amely regisztrálja az elektromos áram áramlását, és nem létezik különleges „állati elektromosság”.

Volt azt javasolta, hogy az elektromosság oka két különböző fém érintkezése.

Meg kell jegyezni, hogy Galvani már észrevette a béka izmainak görcsös összehúzódási erejének függőségét a fémek típusától, amelyek az áramkört alkotják, amelyen keresztül áramlik. Galvani azonban nem fordított komoly figyelmet erre. Volta éppen ellenkezőleg, egy új elmélet felépítésének lehetőségét látta benne.

Nem értett egyet az „állati elektromosság” elméletével, Volta előterjesztette a „fémes elektromosság” elméletét. Ezen elmélet szerint a galván elektromosság oka a különböző fémek érintkezése.

Volta szerint minden fém tartalmaz elektromos folyadékot – egy olyan folyadékot, amely, ha a fém nincs feltöltve, nyugalomban van, és nem jelenik meg. De ha két különböző fémet kombinál, akkor a bennük lévő elektromosság egyensúlya megszakad, és az elektromos folyadék mozogni kezd. Ebben az esetben az elektromos folyadék bizonyos mennyiségben egyik fémről a másikra mozog, majd az egyensúly újra helyreáll. De ennek következtében a fémek felvillanyozódnak: az egyik pozitív, a másik negatív.

Volta kísérletileg megerősítette ezeket a megfontolásokat. Meg tudta mutatni, hogy amikor két fém egyszerűen érintkezik, az egyik pozitív, a másik negatív töltést kap. Így Volta felfedezte az úgynevezett kontaktpotenciál különbséget. Volta a következő kísérletet hajtotta végre. A golyó helyett egy közönséges elektroszkóphoz rögzített rézkorongra ugyanazt a korongot helyezte, amely más fémből készült, és fogantyúval rendelkezik. Felhordáskor a lemezek több helyen érintkeztek.

Ennek eredményeként kontaktpotenciál-különbség jelent meg a lemezek között (Volta terminológiája szerint „feszültségkülönbség” keletkezett a lemezek között).

A különböző fémek érintkezésekor fellépő „feszültségkülönbség” észlelése érdekében, amely általában kicsi, a Volta megemelte a felső korongot, majd az elektroszkóp lapjai észrevehetően szétváltak. Ezt az okozta, hogy a lemezek által alkotott kondenzátor kapacitása lecsökkent, a köztük lévő potenciálkülönbség pedig ugyanennyivel nőtt.

De a különböző fémek közötti érintkezési potenciál különbségek felfedezése még nem tudta megmagyarázni Galvani békákkal végzett kísérleteit. További feltételezésekre volt szükség.

De Galvani tapasztalatai szerint nem csak a fémeket kombinálták. A lánc békaizmokat is tartalmazott, amelyek szintén tartalmaztak folyadékot.

Azt javasolta, hogy minden vezetőt két osztályba kell osztani: az első típusú vezetők - fémek és néhány más szilárd anyag, valamint a második típusú vezetők - folyadékok. Volta ugyanakkor úgy döntött, hogy potenciálkülönbség csak az első típusú vezetők érintkezésekor keletkezik.

Ez a feltevés magyarázta Galvani kísérletét. Két különböző fém érintkezése következtében megbomlik az elektromosság egyensúlya bennük. Ez az egyensúly helyreáll, ha a fémek a béka testén keresztül egyesülnek. Így az elektromos egyensúly folyamatosan megbomlik és állandóan helyreáll, ami azt jelenti, hogy az elektromosság folyamatosan mozog.

Galvani tapasztalatának ez a magyarázata helytelen, de ez adta Voltának az ötletet, hogy hozzon létre egy egyenáramú forrást - egy galvanikus akkumulátort. És 1800-ban a Volta megépítette az első galvanikus akkumulátort - a Voltaic Pole-t.

A Voltaic-oszlop több tucat, egymásra rakott, kerek ezüst- és cinklemezből állt. A tányérpárok közé sós vízbe áztatott kartonbögrék kerültek. Egy ilyen eszköz folyamatos elektromos áram forrásaként szolgált.

Érdekes, hogy Volta a közvetlen emberi érzeteket használta érvként a folyamatos elektromos áram létezése mellett. Azt írta, hogy ha a külső lemezeket az emberi testen keresztül lezárják, akkor először, mint a Leyden tégely esetében, sokk és bizsergő érzés tapasztalható. Utána folyamatos égető érzés jelentkezik, „ami nemhogy nem csillapodik, hanem egyre erősebbé válik, hamar elviselhetetlenné válik, amíg ki nem nyílik a lánc”.

A Voltaic-oszlop, az első egyenáram-forrás feltalálása nagy jelentőséggel bírt az elektromosság és mágnesesség tanának fejlődése szempontjából. Ami ennek a Volta-eszköznek a működését illeti, az téves volt. Ezt néhány tudós hamarosan észrevette.

Volta elmélete szerint ugyanis kiderült, hogy a galvánelem működése során nem történik változás. Az elektromos áram átfolyik egy vezetéken, felmelegíti, tölthet Leyden tégelyt stb., de maga a galvánelem változatlan marad. Egy ilyen eszköz nem más, mint egy örökmozgó, amely anélkül, hogy megváltozna, változást idéz elő a környező testekben, beleértve a mechanikai munkát is.

A 18. század végére. A tudósok körében már széles körben elterjedt vélemény az örökmozgó létezésének lehetetlenségéről. Ezért sokan elutasították a Volta által feltalált galvánelem hatáselméletét.

Volta elméletével ellentétben a galvánelem kémiai elméletét javasolták. Nem sokkal feltalálása után észrevették, hogy fémek és folyadékok részvételével zajló kémiai reakciók egy galvánelemben mennek végbe. A galvanikus elem hatásának helyes kémiai elmélete váltotta fel Volta elméletét.

A Voltaic-oszlop felfedezése után a különböző országok tudósai elkezdték tanulmányozni az elektromos áram hatásait. Ezzel egyidejűleg magát a galvánelemet is továbbfejlesztették. A Volta már az „oszloppal” együtt egy kényelmesebb galvánelemes csésze akkumulátort kezdett használni. Az elektromos áram hatásainak tanulmányozására egyre több elemből kezdtek építeni akkumulátorokat.

A legnagyobb akkumulátor a 19. század legelején. Vaszilij Vlagyimirovics Petrov orosz fizikus építette Szentpéterváron. Akkumulátora 4200 cink- és rézkörből állt. A bögréket vízszintesen helyezték el a dobozban, és ammóniával átitatott papír távtartókkal választották el egymástól.

Az elektromos áram kémiai hatásaival kapcsolatos vizsgálatának első lépései. Már abban az évben, amikor Volta feltalálta a galvánelemet, felfedezték az elektromos áram vízlebontó tulajdonságát. Ezt követően egyes sók oldatait elektromos áram hatására elbontották. 1807-ben Davy angol kémikus maró alkáli olvadékok elektrolízisével új elemeket fedezett fel: káliumot és nátriumot.

Az áram kémiai hatásának tanulmányozása és a galvánelemekben végbemenő kémiai folyamatok feltárása késztette a tudósokat arra, hogy kidolgozzák az elektromos áram elektrolitokon való áthaladásának elméletét.

Az áram kémiai hatásainak tanulmányozása után a tudósok annak termikus és optikai hatásai felé fordultak. E vizsgálatok legérdekesebb eredménye a 19. század legelején volt. volt az elektromos ív felfedezése Petrov által.

A Petrov felfedezése feledésbe merült. Sok, különösen külföldi tudós nem tudott róla, mivel Petrov könyve oroszul íródott. Ezért amikor Davy 1812-ben újra felfedezte az elektromos ívet, őt tekintették a felfedezés szerzőjének.

A legfontosabb esemény, amely hamarosan új elképzelésekhez vezetett az elektromos és mágneses jelenségekről, az elektromos áram mágneses hatásának felfedezése volt.

2. Elektrosztatika

Az elektrosztatika az elektrodinamika része, amely az álló elektromos töltéseket vizsgálja.

Elektromos töltés

Azok a részecskék, amelyek az univerzális gravitációs erőkhöz hasonlóan a távolság növekedésével csökkenő, de a gravitációs erőket sokszorosan meghaladó erőkkel lépnek kölcsönhatásba egymással, akkor ezek a részecskék elektromos töltéssel rendelkeznek. Vannak részecskék elektromos töltés nélkül, de elektromos töltés nem létezik részecske nélkül. A töltött részecskék közötti kölcsönhatást elektromágnesesnek nevezzük. Az elektromos töltés jelenléte a részecskéken bizonyos erőkölcsönhatások létezését jelenti közöttük. Szabad állapotban csak elektronok és protonok létezhetnek korlátlan ideig. Ha egy elemi részecskének van töltése, akkor az értéke szigorúan meghatározott.

Töltött testek

Az elektromágneses erők óriási szerepet játszanak a természetben, mivel minden test tartalmaz elektromosan töltött részecskéket. Az elektromágneses erők testek közötti fellépése nem észlelhető, mert a testek normál állapotukban elektromosan semlegesek. A pozitív és negatív töltésű részecskék elektromos erők által kapcsolódnak egymáshoz, és semleges rendszereket alkotnak.

Egy makroszkopikus test elektromosan feltöltött, ha túl sok elemi részecskét tartalmaz, bármilyen töltésjellel.

A test villamosítása érdekében el kell választani a negatív töltés egy részét a hozzá tartozó pozitív töltéstől. Ezt súrlódással lehet megtenni.

Az elektromos töltés megmaradásának törvénye

Amikor a testeket villamosítják, az elektromos töltés megmaradásának törvénye teljesül. Ez a törvény zárt rendszerre érvényes. Az elektromos töltés megmaradásának törvényének érvényességét megerősítik az elemi részecskék nagyszámú átalakulásának megfigyelései.

Coulomb törvénye

Az elektrosztatika alaptörvénye Charles Coulomb francia fizikus 1785-ben kísérletileg megállapított törvénye. XVIII.

Felfedezésének története azonban korábban kezdődik. Ez a történet a fizika fejlődésének egyik útját mutatja be – az analógia használatának módját. Már Epinus sejtette, hogy az elektromos töltések közötti kölcsönhatás ereje fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével. És ez a feltételezés a gravitációs erők és az elektromos erők közötti analógia alapján merült fel. De az analógia nem bizonyíték. Az analógiából levont következtetés mindig ellenőrzést igényel. Ha csak az analógiára hagyatkozunk, az téves eredményekhez vezethet. Epinus nem ellenőrizte ennek a hasonlatnak az érvényességét, ezért kijelentése csak spekulatív volt.

A Coulomb-törvény vonatkozik a pontdíjakra. A ponttöltések a testek méretei, amelyek sokszor kisebbek, mint a köztük lévő távolság. A vákuumban két állópontos töltésű test közötti kölcsönhatási erők egyenesen arányosak a töltésmodulok szorzatával, és fordítottan arányosak a köztük lévő távolság négyzetével.

A torziós mérlegek segítségével helyhez kötött töltött testeket lehetett egymással kialakítani. Coulomb talált egy egyszerű módot arra, hogy az egyik golyó töltését 2, 4 vagy több alkalommal módosítsa úgy, hogy ugyanazzal a töltetlen labdával összekapcsolja. Ebben az esetben a töltés egyenlően oszlik el a golyók között, ami egy bizonyos arányban csökkentette a vizsgált töltést.

Egy coulomb egy töltés, amely egy másodperc alatt egy amper áramerősséggel halad át egy vezető keresztmetszetén.

Elektromos mező

A Coulomb-törvény felfedezése után a nagy hatótávolságú cselekvés elmélete teljesen felváltja a rövid hatótávolságú cselekvés elméletét. És csak a XIX. Faraday feleleveníti a rövid távú cselekvés elméletét. Általános felismerése azonban a 19. század második felében, Maxwell elméletének kísérleti bizonyítása után kezdődik.

Faraday elképzelése szerint az elektromos töltések nem hatnak közvetlenül egymásra. Mindegyik elektromos mezőt hoz létre a környező térben. Az egyik töltés mezeje egy másik töltésre hat, és fordítva. Ahogy távolodsz a töltéstől, a mező gyengül.

A rövid hatótávolságú kölcsönhatás elméletének sikere a mozgó töltött részecskék elektronikus kölcsönhatásának tanulmányozása után jött létre. Először az időben változó mezők létezését igazolták, majd csak ezt követően vontak le következtetést az álló töltések elektromos mezőjének valóságáról. Faraday elképzelései alapján Maxwell elméletileg be tudta bizonyítani, hogy az elektromágneses kölcsönhatásoknak véges sebességgel kell terjedniük a térben. Ez azt jelenti, hogy ha az egyik töltést kissé elmozdítja, a másik töltésre ható erő megváltozik, de nem ugyanabban a pillanatban, hanem csak egy idő után.

Egy bizonyos folyamat megléte a kölcsönható testek közötti térben, amelyet véges idő oszt fel, az a fő dolog, ami megkülönbözteti a rövid távú cselekvés elméletét a távoli cselekvés elméletétől. Az elektromos tér fő tulajdonsága, hogy bizonyos erővel elektromos töltésekre hat. Az álló töltések elektromos terét elektrosztatikusnak nevezzük. Idővel nem változik. Elektrosztatikus mező csak elektromos töltés hatására jön létre. A töltéseket körülvevő térben létezik, és elválaszthatatlanul kapcsolódik hozzájuk.

A rövid hatótávolságú kölcsönhatás elmélete szerint a töltött részecskék közötti kölcsönhatás elektromos téren keresztül megy végbe.

Az elektromos tér az anyag egy speciális formája, amely a róla alkotott elképzeléseinktől függetlenül létezik. Az elektromos tér valóságának bizonyítéka az elektromágneses kölcsönhatások terjedésének véges sebessége.

Elektromos térerősség

Az elektromos mezőt a töltésre ható erők érzékelik. Ha felváltva helyezi el a kis töltött testeket a mező ugyanazon pontján, és megméri az erőket, akkor azt tapasztalja, hogy a mező töltésére ható erő egyenesen arányos ezzel a töltéssel. A mező adott pontjában elhelyezett töltésre ható erő e töltéshez viszonyított aránya a mező minden pontjára nem függ a töltéstől, és a mező jellemzőjének tekinthető. Ezt a jellemzőt elektromos térerősségnek nevezzük. Az erőhöz hasonlóan a térerősség vektormennyiség. A térerősség egyenlő annak az erőnek a hányadosával, amellyel a tér egy ponttöltésre hat.

Elektromos erővonalak

Az elektromos mező az emberi szem számára láthatatlan. Ennek ellenére láthatóvá tehető a mező térbeli eloszlása. Folytonos egyenesek, amelyek érintői minden ponton, amelyen áthaladnak, egybeesnek a feszültségvektorokkal. Ezeket a vonalakat elektromos erővonalaknak vagy feszítővonalaknak nevezik. Az olyan elektromos teret, amelynek erőssége a tér minden pontjában azonos, homogénnek nevezzük.

3. DC törvények

Elektromosság

Amikor a töltött részecskék egy vezetőben mozognak, egyik helyről a másikra kerülnek. Ha a töltött részecskék véletlenszerű hőmozgáson mennek keresztül, mint a szabad elektronok egy fémben, akkor nem történik töltésátvitel. Az elektromos töltés csak akkor mozog a vezető keresztmetszetén, ha a véletlenszerű mozgáson kívül az elektronok is részt vesznek a rendezett mozgásban. Ebben az esetben azt mondják, hogy elektromos áram jön létre a vezetőben.

Az elektromos áram a töltött részecskék rendezett mozgása. Az elektromos áram a szabad elektronok vagy ionok rendezett mozgásából származik. Az elektromos áramnak van egy bizonyos iránya. Az áram irányát a pozitív töltésű részecskék mozgási irányának tekintjük. Ha az áramot negatív töltésű részecskék mozgása hozza létre, akkor az áram irányát ellentétesnek tekintjük a részecskék mozgási irányával.

Az elektromos áram az azt kísérő hatások vagy jelenségek miatt létezik:

a) a vezető, amelyen keresztül áramlik, felmelegszik

b) az elektromos áram megváltoztathatja a vezető kémiai összetételét

c) az áram a szomszédos áramokra és mágnesezett testekre gyakorolt ​​erőhatást mutatja

Az áram mágneses hatása, ellentétben a kémiai és termikus hatásokkal, a fő.

Ha egy áramkörben elektromos áram jön létre, az azt jelenti, hogy a vezető keresztmetszetén folyamatosan elektromos töltés kerül át. Az egységnyi idő alatt átvitt töltés az áram fő mennyiségi jellemzője, az áramerősség.

Az áramerősség megegyezik a vezető keresztmetszetén átadott töltés arányával egy időintervallumban ehhez az időintervallumhoz. Ha az áramerősség idővel nem változik, akkor az áramerősséget állandónak nevezzük. Az áramerősség skaláris mennyiség. Lehet negatív és pozitív is. Az áram erőssége függ az egyes részecskék által hordozott töltéstől, a részecskék koncentrációjától, iránymozgásuk sebességétől és a vezető keresztmetszeti területétől. Az áramerősséget amperben fejezzük ki. Ez az egység az áramok mágneses kölcsönhatása alapján jön létre. Az áramerősséget amperméterrel mérjük. Az elektronok rendezett mozgásának sebessége nagyon kicsi (kb. 0,1 mm/s). Az áramerősség az elektromos áram fő mennyiségi jellemzője.

Egy anyagban állandó elektromos áram létezéséhez és előfordulásához szabad töltött részecskék jelenléte szükséges. A töltött részecskék rendezett mozgásának létrehozásához és fenntartásához olyan erőre van szükség, amely egy bizonyos irányban hat rájuk. Jellemzően a vezető belsejében lévő elektromos tér okozza és tartja fenn a töltött részecskék rendezett mozgását. Ha egy vezető belsejében elektromos tér van, akkor potenciálkülönbség van a vezető végei között. Ha a potenciálkülönbség idővel nem változik, a vezetőben állandó elektromos áram jön létre.

Ohm törvénye egy áramköri szakaszra

Minden egyes vezető esetében az áramerősség bizonyos mértékben függ a vezető végein alkalmazott potenciálkülönbségtől. Ezt a függést a vezető áram-feszültség karakterisztikája fejezi ki.

Meghatározása a vezetőben lévő áram különböző feszültségértékeken történő mérésével történik. A legegyszerűbb forma a fémvezetők és elektrolitoldatok áram-feszültség karakterisztikája. A fémek áram-feszültség karakterisztikáját először Georg Ohm német tudós állapította meg.

Ohm törvénye szerint az áramkör egy szakaszán az áramerősség egyenesen arányos a rákapcsolt feszültséggel és fordítottan arányos a vezető ellenállásával.

A vezető fő elektromos jellemzője az ellenállás. Ettől az értéktől függ az áramerősség a vezetőben adott feszültség mellett. A vezető ellenállása a vezető ellenállásának mértéke a benne lévő elektromos áram létrejöttével szemben. Az ellenállás a vezető anyagától és geometriai méreteitől függ. Az ellenállás numerikusan egyenlő egy méter élű kocka alakú vezető ellenállásával, ha az áramot a normál mentén a kocka két ellentétes oldalára irányítjuk. A vezető ellenállásának mértékegységét Ohm törvénye alapján ohmnak nevezzük. Az ellenállás mértékegysége Ohm * m Az Ohm törvénye lehetővé teszi a vezető ellenállásának meghatározását.

Árammérés

A vezetőben lévő áram méréséhez egy ampermérőt sorba kell kötni ezzel a vezetővel. Ha ampermérőt csatlakoztat a konnektorhoz, rövidzárlat lép fel.

Az áramkör ellenállással rendelkező szakaszán a feszültség mérésére egy voltmérőt kell párhuzamosan csatlakoztatni. A voltmérő feszültsége megegyezik az áramköri szakasz feszültségével.

A töltött részecskék rendezett mozgásával egy vezetőben az elektromos tér működik, ezt általában áram munkájának nevezik. Az áram által az áramkör egy szakaszán végzett munka egyenlő az áram, a feszültség és az idő szorzatával, amely alatt a munkát elvégezték.

Bármely elektromos eszközt úgy terveztek, hogy időegységenként meghatározott mennyiségű energiát fogyasztson. Ezért az áram munkája mellett az áramerősség fogalma nagyon fontos.

Az áramerősség egyenlő az aktuális munka időbeli és ehhez az időintervallumhoz viszonyított arányával.

A töltött részecskék elektromos tere nem képes állandó áramot fenntartani az áramkörben. Az elektromosan töltött részecskékre ható erőket, az elektrosztatikus eredetű erők kivételével, külső erőknek nevezzük.

Amikor egy áramkör zárva van, az áramkör minden vezetőjében elektromos tér jön létre. Az áramforráson belül a töltések külső erők hatására mozognak a Coulomb-erők ellenében, az áramkör többi részében pedig elektromos tér hajtja őket.

A külső erők hatását egy fontos fizikai mennyiség jellemzi, az úgynevezett elektromotoros erő. Az elektromotoros erő egy zárt hurokban a külső erők által a töltés hurok mentén történő mozgatásakor végzett munka és a töltés aránya. A galvánelem elektromotoros ereje az a munka, amelyet külső erők végeznek, amikor egyetlen pozitív töltést mozgatnak az elem belsejében az egyik pólusról a másikra. A külső erők munkája nem fejezhető ki potenciálkülönbséggel, mivel a külső erők nem potenciálisak, és munkájuk a pálya alakjától függ. Egyenáram nem létezhet zárt áramkörben, hacsak nem hatnak benne külső erők.

Joule-Lenz törvény

A Joule-Lenz törvény egy olyan törvény, amely meghatározza azt a hőmennyiséget, amelyet egy áramvezető vezető bocsát ki a környezetbe.

A Joule-Lenz-törvény a következőképpen fogalmazódik meg: az áramot hordozó vezető által felszabaduló hőmennyiség egyenlő az áramerősség, a vezető ellenállása és az áram vezetőn való áthaladása négyzetének szorzatával.

Ohm törvénye a teljes áramkörre

A forrásellenállást gyakran belső ellenállásnak nevezik, ellentétben az áramkör külső ellenállásával. A zárt áramkör Ohm-törvénye az áramkörben lévő áramot, az emf-t és az áramkör teljes ellenállását hozza összefüggésbe. Ez az összefüggés elméletileg megállapítható, ha az energia megmaradás törvényét és a Joule-Lenz törvényt használjuk. Az áramkör egy szakaszának áramának és ellenállásának szorzatát az adott szakaszon átívelő feszültségesésnek nevezzük. Így az EMF egyenlő a zárt áramkör belső és külső szakaszában bekövetkező feszültségesések összegével.

Az áramerősség egy komplett áramkörben megegyezik az áramkör emf és a teljes ellenállás arányával. Az áramerősség három mennyiségtől függ: EMF, az áramkör külső és belső szakaszának ellenállása. Az áramforrás belső ellenállásának nincs észrevehető hatása az áramerősségre, ha kicsi az áramkör külső részének ellenállásához képest.

Következtetés

elektrodinamikai vezető ellenállás

A fentieket figyelembe véve azt látjuk, hogy az elektrodinamika törvényei nagyrészt egymástól függenek, és egy új törvény felfedezéséhez szinte a kezdetektől minden törvényt figyelembe kell venni és ellenőrizni. Azt is megértjük, hogy a mi korunkban, mondhatni, nem élhetünk mindezen törvények nélkül. Mindenhol érvényesek. Minden embernek megvan a maga mágneses tere. De a tudósokon kívül senki sem gondol arra, hogy ha mindez nem történt volna meg, az emberek megálltak volna a fejlődés első szakaszaiban.

A munkához kitűzött cél, a fizika egyik fő ágának - az elektrodinamikának - tekinteni, teljesültnek mondható, és mindenki, aki elolvassa, képes lesz megérteni a fizika jelentőségét, lényegét általában, és az egyes törvények ill. minden felfedezés külön.

Közzétéve az Allbest.ru oldalon

...

Hasonló dokumentumok

Elemi elektromos töltés. Az elektromos töltés megmaradásának törvénye. Elektromos térerősség. Ponttöltés térerőssége. Feszültségvonalak; Egy töltésrendszer kölcsönhatási energiája. Térerő keringés.

bemutató, hozzáadva 2013.10.23


Elektromos töltés. Töltött testek kölcsönhatása. Coulomb törvénye. A töltés megmaradásának törvénye. Elektromos mező. Elektromos térerősség. Ponttöltés elektromos tere. A mezők szuperpozíciójának elve. Elektromágneses indukció. Mágneses fluxus.

képzési kézikönyv, hozzáadva: 2009.02.06


Az elektromos töltés fogalma, mértékegysége. Az algebrai töltésösszeg megmaradásának törvénye zárt rendszerben. A töltések újraelosztása a testek között azok villamosítása során. A töltéskölcsönhatás jellemzői. Az elektromos tér alapvető tulajdonságai.

bemutató, hozzáadva 2015.02.07


Az elektrodinamika alapfogalmai és speciális szakaszai. Az elektromos áram létezésének feltételei, munkájának és teljesítményének kiszámítása. Ohm törvénye az egyen- és váltóáramra. Fémek, elektrolitok, gázok és vákuumdióda áram-feszültség jellemzői.

bemutató, hozzáadva 2013.11.30


Az elektromos áramkör és az elektromos áram fogalma. Mi az elektromos vezetőképesség és ellenállás, az elektromos töltés mértékegységének meghatározása. Áramkör alapelemei, párhuzamos és soros kapcsolások. Áram és feszültség mérésére szolgáló műszerek.

bemutató, hozzáadva 2011.03.22


Elektromágneses mező. Maxwell-féle differenciálegyenlet-rendszer. Az elektromos tér potenciál eloszlása. Potenciális és elektromos térerősség-komponensek eloszlása ​​és grafikonok ábrázolása az egyes távolságokra. Coulomb törvénye.

tanfolyami munka, hozzáadva 2016.05.12


Az elektromos töltés megmaradásának törvénye. Elektromos töltések kölcsönhatása vákuumban, Coulomb-törvény. Elektrosztatikus mezők hozzáadása, szuperpozíció elve. Dipólus elektrosztatikus tere, dipólusok kölcsönhatása. Elektrosztatikus térerősség.

bemutató, hozzáadva 2016.02.13


Elektromos térerősség vonalak az egységes elektromos tér és ponttöltés érdekében. Feszültségvektor áramlás. Gauss törvénye integrál formában, alkalmazása geometriai szimmetriájú testek által létrehozott mezőkre.

bemutató, hozzáadva 2013.03.19


Az elektromos töltés és megmaradásának törvénye a fizikában, az elektromos térerősség meghatározása. Vezetők és dielektrikumok viselkedése elektromos térben. A mágneses tér tulajdonságai, töltés mozgása benne. Az atom magmodellje és a vele kapcsolatos reakciók.

teszt, hozzáadva 2009.12.14


Az elektromos térerők munkája töltés mozgatásakor. Az elektromos térerősség vektor cirkulációja. Ponttöltés és töltésrendszer térpotenciálja. Az elektromos térerősség és a potenciál kapcsolata. Egyenpotenciálfelületek.

1. definíció

Az elektrodinamika a fizika hatalmas és fontos területe, amely az elektromágneses tér klasszikus, nem kvantum tulajdonságait és az e tér segítségével egymással kölcsönhatásba lépő pozitív töltésű mágneses töltések mozgását vizsgálja.

1. ábra Röviden az elektrodinamikáról. Szerző24 - diákmunkák online cseréje

Úgy tűnik, hogy az elektrodinamika a problémák különféle megfogalmazásai és intelligens megoldásai, közelítő módszerek és speciális esetek széles skálája, amelyeket általános kezdeti törvények és egyenletek egyesítenek egy egésszé. Ez utóbbiak, amelyek a klasszikus elektrodinamika fő részét alkotják, részletesen bemutatásra kerülnek Maxwell képleteiben. Jelenleg a tudósok továbbra is tanulmányozzák e terület fizika alapelveit, felépítésének vázát, kapcsolatait más tudományos területekkel.

A Coulomb-törvényt az elektrodinamikában a következőképpen jelöljük: $F= \frac (kq1q2) (r2)$, ahol $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$. Az elektromos térerősség egyenletét a következőképpen írjuk fel: $E= \frac (F)(q)$, és a mágneses tér indukciós vektorának fluxusa $∆Ф=В∆S \cos (a)$.

Az elektrodinamikában elsősorban a szabad töltéseket és töltésrendszereket vizsgálják, amelyek hozzájárulnak a folyamatos energiaspektrum aktiválásához. Az elektromágneses kölcsönhatás klasszikus leírásának kedvez, hogy már az alacsony energiájú határon is hatásos, amikor a részecskék és fotonok energiapotenciálja kicsi az elektron nyugalmi energiájához képest.

Ilyen helyzetekben gyakran nem történik meg a töltött részecskék megsemmisülése, mivel instabil mozgásuk állapota csak fokozatosan változik nagyszámú kis energiájú foton cseréje következtében.

1. megjegyzés

Azonban a közegben lévő részecskék nagy energiáinál is, a fluktuációk jelentős szerepe ellenére, az elektrodinamika sikeresen alkalmazható statisztikailag átlagos, makroszkopikus jellemzők és folyamatok átfogó leírására.

Az elektrodinamika alapegyenletei

Az elektromágneses tér viselkedését és a töltött testekkel való közvetlen kölcsönhatását leíró fő képletek a Maxwell-egyenletek, amelyek meghatározzák a szabad elektromágneses tér valószínű hatásait közegben és vákuumban, valamint a mező általános generálását a források által.

A fizika ezen rendelkezései közül kiemelhető:

• Gauss-tétel az elektromos térre - az elektrosztatikus tér pozitív töltések általi létrehozásának meghatározására szolgál;
• zárt térvonalak hipotézise - elősegíti a folyamatok kölcsönhatását magában a mágneses mezőben;
• Faraday indukciós törvénye – meghatározza az elektromos és mágneses mezők generálását a környezet változó tulajdonságai alapján.

Általánosságban elmondható, hogy az Ampere-Maxwell tétel egy egyedülálló elképzelés a vonalak mágneses térben való keringéséről, az eltolási áramok fokozatos hozzáadásával, amelyet maga Maxwell vezetett be, és amely pontosan meghatározza a mágneses tér átalakulását töltések mozgatásával és váltakozó hatásával. az elektromos mező.

Töltés és erő az elektrodinamikában

Az elektrodinamikában az elektromágneses tér erő és töltés kölcsönhatása az elektromos töltés $q$, az energia $E$ és a mágneses $B$ mezők alábbi együttes definíciójából adódik, amelyek alapvető fizikai törvényként a teljességen alapulnak. kísérleti adatok halmaza. A Lorentz-erő képletét (egy bizonyos sebességgel mozgó ponttöltés idealizálásán belül) a $v$ sebesség helyettesítésével írjuk fel.

A vezetők gyakran hatalmas mennyiségű töltést tartalmaznak, ezért ezek a töltések meglehetősen jól kompenzáltak: a pozitív és negatív töltések száma mindig egyenlő. Következésképpen a vezetőre állandóan ható teljes elektromos erő is nulla. A vezetőben lévő egyes töltésekre ható mágneses erők végső soron nem kompenzálódnak, mert áram jelenlétében a töltések mozgási sebessége mindig eltérő. A mágneses térben áramló vezető hatásának egyenlete a következőképpen írható fel: $G = |v ⃗ |s \cos(a) $

Ha nem folyadékot, hanem a töltött részecskék teljes és stabil áramlását vizsgáljuk áramként, akkor a területen lineárisan áthaladó teljes energiapotenciál $1s$-ig az áramerősség lesz egyenlő: $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $, ahol $ρ$ a töltéssűrűség (egységnyi térfogatra a teljes áramlásban).

Jegyzet 2

Ha a mágneses és elektromos tér szisztematikusan változik pontról pontra egy adott helyen, akkor a részáramlások kifejezéseiben és képleteiben, mint a folyadék esetében, a $E ⃗ $ és $B ⃗$ átlagértékei a webhelyet kell megadni.

Az elektrodinamika speciális helyzete a fizikában

Az elektrodinamika jelentős pozícióját a modern tudományban megerősítheti A. Einstein híres munkája, amelyben a speciális relativitáselmélet elveit és alapjait részletesen felvázolták. A kiváló tudós tudományos munkáját „A mozgó testek elektrodinamikájáról” nevezik, és rengeteg fontos egyenletet és definíciót tartalmaz.

A fizika külön területeként az elektrodinamika a következő részekből áll:

• az álló, de elektromosan töltött fizikai testek és részecskék területének doktrínája;
• az elektromos áram tulajdonságainak tana;
• a mágneses tér és az elektromágneses indukció kölcsönhatásának tana;
• az elektromágneses hullámok és rezgések tanulmányozása.

A fenti szakaszokat D. Maxwell tétele egyesíti eggyé, aki nemcsak megalkotta és bemutatta az elektromágneses tér koherens elméletét, hanem leírta minden tulajdonságát, bizonyítva valós létezését. Ennek a tudósnak a munkája megmutatta a tudományos világnak, hogy az akkoriban ismert elektromos és mágneses mezők csak egyetlen elektromágneses tér megnyilvánulása, amely különböző referenciarendszerekben működik.

A fizika jelentős részét az elektrodinamika és az elektromágneses jelenségek tanulmányozása szenteli. Ez a terület nagyrészt igényt tart egy külön tudomány státuszára, hiszen nemcsak feltárja az elektromágneses kölcsönhatások összes mintáját, hanem matematikai képletek segítségével részletesen is leírja azokat. Az elektrodinamikai mélyreható és hosszú távú kutatások új utakat nyitottak az elektromágneses jelenségek gyakorlati felhasználására, az egész emberiség javára.

Elektrodinamika- a fizika olyan ága, amely a legáltalánosabb esetben vizsgálja az elektromágneses teret (vagyis az időtől függő változó tereket vesszük figyelembe) és annak kölcsönhatását az elektromos töltéssel rendelkező testekkel (elektromágneses kölcsönhatás). Az elektrodinamika tárgykörébe tartozik az elektromos és mágneses jelenségek, az elektromágneses sugárzás (különböző körülmények között, szabadon és az anyaggal való kölcsönhatás különböző esetekben), az elektromos áram (általában változó) és az elektromágneses térrel (elektromos áram) való kölcsönhatása. akkor tekinthető, ha ez olyan, mint mozgó töltött részecskék gyűjteménye). A töltött testek közötti bármilyen elektromos és mágneses kölcsönhatást a modern fizika elektromágneses téren keresztül történő kölcsönhatásnak tekinti, ezért az elektrodinamika is tárgya.

Leggyakrabban az elektrodinamika kifejezés alapértelmezés szerint klasszikus (kvantumhatásokat nem befolyásoló) elektrodinamikát jelent; Az elektromágneses tér és a töltött részecskékkel való kölcsönhatása modern kvantumelméletének jelölésére általában a kvantumelektrodinamika stabil kifejezést használják.

Az elektrodinamika szakaszai

Az elektrosztatika alapfogalmai és törvényei

Elektrosztatika- az elektromosság tanulmányozásának egy része, amely az álló elektromos töltések kölcsönhatását vizsgálja.

A hasonló töltésű testek között elektrosztatikus (vagy Coulomb) taszítás, az ellentétes töltésű testek között elektrosztatikus vonzás lép fel. A hasonló töltések taszításának jelensége az elektroszkóp – az elektromos töltések kimutatására szolgáló eszköz – létrehozásának alapja.

Coulomb törvénye: a vákuumban két állóponti töltés közötti kölcsönhatás ereje egyenesen arányos a töltésmodulusok szorzatával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével:

A k arányossági együttható ebben a törvényben egyenlő:

SI-ben a k együtthatót a következőképpen írjuk fel

ahol ε0 = 8,85·10-12 F/m (elektromos állandó).

Elektromos térerősség

Ponttöltések azok a töltések, amelyek távolsága sokkal nagyobb, mint a méretük.

Az elektromos töltések elektromos mező segítségével lépnek kölcsönhatásba egymással. Az elektromos tér minőségi leírására egy erőkarakterisztikát használnak, amelyet elektromos térerősségnek neveznek. Az elektromos térerősség egyenlő a mező egy pontjában elhelyezett próbatöltésre ható erő és a térerősség nagyságával. ez a díj:

A feszültségvektor iránya egybeesik a pozitív teszttöltésre ható erő irányával. [E] = B/m. A Coulomb-törvényből és a térerősség definíciójából az következik, hogy egy ponttöltés térereje egyenlő

ahol q a mezőt létrehozó töltés; r a távolság a töltés helyétől a mező létrehozásának helyéig. Ha az elektromos teret nem egy, hanem több töltés hozza létre, akkor a keletkező tér erősségének meghatározásához az elektromos terek szuperpozíciójának elvét alkalmazzuk: a kapott tér erőssége egyenlő a tér vektorösszegével. az egyes forrástöltések által létrehozott erősségek külön-külön:

DIV_ADBLOCK233">

Nézzük meg a pozitív töltés Coulomb-erők általi mozgatását egyenletes elektromos térben. A mező mozgassa a q töltést 1-ből 2-be:

https://pandia.ru/text/78/189/images/image005_142.jpg" width="175" height="31 id=">

Ebből következik, hogy:

DIV_ADBLOCK234">

Az Ohm-törvény egy áramkör szakaszára a következő formában van:

Az R arányossági együttható, amelyet elektromos ellenállásnak neveznek, az [R] = Ohm vezető jellemzője. A vezető ellenállása függ a geometriától és az anyag tulajdonságaitól.

ahol l a vezető hossza, ρ az ellenállás, S a keresztmetszeti terület. ρ az anyag és állapotának jellemzője. [ρ] = Ohm m.

A vezetékek sorba köthetők. Egy ilyen kapcsolat ellenállása az ellenállások összegeként található:

Párhuzamos kapcsolásnál az ellenállás reciproka egyenlő az inverz ellenállások összegével:

Ahhoz, hogy az áramkörben hosszú ideig áramolhasson, az áramkörnek áramforrásokat kell tartalmaznia. Az áramforrásokat mennyiségileg az elektromotoros erejükkel (EMF) jellemezzük. Ez a külső erők által az elektromos töltések zárt körben történő átvitelekor végzett munka és az átvitt töltés aránya:

Ha egy R terhelési ellenállást csatlakoztatunk az áramforrás kapcsaihoz, akkor a kapott zárt áramkörben áram folyik, amelynek erőssége a következő képlettel számítható ki:

Ezt az összefüggést a teljes áramkör Ohm-törvényének nevezzük.

A vezetőkön átfolyó elektromos áram felmelegíti őket, és a következő munkát végzi:

ahol t az idő, I az áramerősség, U a potenciálkülönbség, q az áthaladott töltés.

A magnetosztatika alapfogalmai és törvényei

A mágneses tér jellemzője a B mágneses indukció. Mivel ez egy vektor, ennek a vektornak az irányát és a nagyságát is meg kell határozni. A mágneses indukciós vektor iránya a mágneses tér mágnestűre gyakorolt ​​orientáló hatásával függ össze. A mágneses indukciós vektor irányának a mágnestű S déli pólusától a mágneses térben szabadon kialakult N északi pólusáig tartó irányt vesszük.

Az áramot hordozó egyenes vezető mágneses indukciós vektorának iránya a kardánszabály segítségével határozható meg: ha a kardán transzlációs mozgásának iránya egybeesik a vezetőben folyó áram irányával, akkor a kardán forgásiránya fogantyúja egybeesik a mágneses indukciós vektor irányával.

A mágneses indukciós vektor nagysága a mágneses térből az áramot szállító szakaszra ható maximális erő és az áramerősség és a szakasz hosszának szorzata:

A mágneses indukció mértékegységét teslának (1 Tesla) nevezik.

A Φ mágneses fluxus egy S területű kontúrfelületen át egy olyan mennyiség, amely egyenlő a mágneses indukciós vektor nagyságának a felület területével, valamint a B mágneses indukciós vektor és a mágneses indukciós vektor normálértéke közötti szög koszinuszának szorzatával. n felület:

A mágneses fluxus mértékegysége a weber (1 Wb).

A mágneses térben elhelyezett áramvezető vezetőre Amper-erő hat.

Ampere törvénye:

Az I erősségű és l hosszúságú vezetőszakaszra, amely egyenletes mágneses térben van B indukcióval, olyan erő hat, amelynek modulusa megegyezik a mágneses indukciós vektor modulusának az áramerősség szorzatával, a vezető mágneses térben elhelyezkedő szakaszának hosszával, valamint a B vektor iránya és az árammal bezárt vezető közötti szög szinuszával:

Az Amper erő irányát a bal oldali szabály segítségével határozzuk meg:

ha a bal kéz úgy van elhelyezve, hogy a mágneses indukciós vektor vezetőre merőleges komponense a tenyérbe kerül, és négy kinyújtott ujj jelzi az áram irányát, akkor a 90◦-kal meghajlított hüvelykujj jelzi az Ampererő irányát.

A mágneses térben mozgó elektromos töltést befolyásolja Lorentz erő. A Lorentz-erőmodulus egyenlő a töltési modulus és a mágneses indukciós vektor modulusának, valamint a mágneses indukciós vektor és a mozgó töltés sebességvektora közötti szög szinuszának szorzatával:

DIV_ADBLOCK237">

ahol L a teret létrehozó vezető induktivitása; I az ezen a vezetőn átfolyó áram.

Elektromágneses rezgések és hullámok

Az oszcilláló áramkör egy olyan elektromos áramkör, amely egy C kapacitású kondenzátorból és egy L induktivitású tekercsből áll sorba kapcsolva (lásd az ábrát).

MEGHATÁROZÁS

Elektromágneses mező- ez egy olyan típusú anyag, amely töltött testek kölcsönhatásában nyilvánul meg.

Elektrodinamika próbabábukhoz

Az elektromágneses mezőt gyakran elektromos és mágneses mezőkre osztják. Az elektromágneses terek tulajdonságait és kölcsönhatásuk elveit a fizika egy speciális ága, az elektrodinamika vizsgálja. Magában az elektrodinamikában a következő szakaszokat különböztetjük meg:

1. elektrosztatika;
2. magnetosztatika;
3. a kontinuum elektrodinamikája;
4. relativisztikus elektrodinamika.

Az elektrodinamika az optika (mint tudományág) és a rádióhullámok fizikája tanulmányozásának és fejlesztésének alapja. Ez a tudományág a rádiótechnika és az elektrotechnika alapja.

A klasszikus elektrodinamika az elektromágneses terek tulajdonságainak és kölcsönhatásuk elveinek leírásában a Maxwell-féle egyenletrendszert használja (integrális vagy differenciális formában), kiegészítve azt anyagegyenletrendszerrel, perem- és kezdeti feltételekkel. Maxwell szerint a mágneses mező kialakulásának két mechanizmusa van. Ez a vezetési áramok (mozgó elektromos töltés) és az időben változó elektromos mező (eltolódási áramok jelenléte).

Maxwell-egyenletek

A klasszikus elektrodinamika alaptörvényei (Maxwell egyenletrendszere) a kísérleti adatok általánosításának eredményei, és az álló közeg elektrodinamikájának kvintesszenciájává váltak. A Maxwell-egyenletek szerkezeti és anyagi egyenletekre oszlanak. A szerkezeti egyenletek két formában vannak felírva: integrál és differenciál formában. Írjuk fel a Maxwell-egyenleteket differenciál alakban (SI rendszer):

hol van az elektromos térerősség vektora; - a mágneses indukció vektora.

ahol a mágneses térerősség vektor; - dielektromos eltolási vektor; - áramsűrűség vektor.

hol van az elektromos töltéseloszlás sűrűsége.

A Maxwell-féle szerkezeti egyenletek differenciális formában jellemzik az elektromágneses teret a tér minden pontjában. Ha a töltések és az áramok folyamatosan oszlanak el a térben, akkor a Maxwell-egyenletek integrál- és differenciálformái ekvivalensek. Ha azonban vannak szakadási felületek, akkor a Maxwell-egyenletek integrált formája általánosabb. (A Maxwell-egyenletek megírásának integrál formája az „Elektrodinamika” részben található). A Maxwell-egyenletek integrál- és differenciálformáinak matematikai ekvivalenciájának elérése érdekében a differenciáljelölést peremfeltételekkel egészítjük ki.

A Maxwell-egyenletekből az következik, hogy a váltakozó mágneses tér váltakozó elektromos mezőt hoz létre és fordítva, vagyis ezek a mezők elválaszthatatlanok és egyetlen elektromágneses teret alkotnak. Az elektromos tér forrása lehet elektromos töltés vagy időben változó mágneses tér. A mágneses mezőket mozgó elektromos töltések (áramok) vagy váltakozó elektromos mezők gerjesztik. A Maxwell-egyenletek nem szimmetrikusak az elektromos és mágneses mezőkre nézve. Ez azért történik, mert elektromos töltések léteznek, de mágneses töltések nem.

Anyagegyenletek

A Maxwell-féle szerkezeti egyenletrendszer olyan anyagegyenletekkel egészül ki, amelyek a vektorok kapcsolatát tükrözik az anyag elektromos és mágneses tulajdonságait jellemző paraméterekkel.

ahol a relatív dielektromos állandó, a relatív mágneses permeabilitás, a fajlagos elektromos vezetőképesség, az elektromos állandó, a mágneses állandó. A közeget ebben az esetben izotrópnak, nem ferromágnesesnek, nem ferroelektromosnak tekintjük.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

Gyakorlat	Írja fel a Maxwell-féle szerkezeti egyenletrendszert stacionárius mezőkre!
Megoldás	Ha stacioner mezőkről beszélünk, akkor azt értjük, hogy: . Ekkor a Maxwell-féle egyenletrendszer a következő alakot ölti: Az elektromos tér forrásai ebben az esetben csak elektromos töltések. A mágneses tér forrásai a vezetési áramok. Esetünkben az elektromos és a mágneses tér független egymástól. Ez lehetővé teszi egy állandó elektromos tér és egy külön mágneses tér külön vizsgálatát.

2. PÉLDA

Gyakorlat	Írja fel az elmozdulási áramsűrűség függvényt a szolenoid tengelyétől () mért távolság függvényében, ha a szolenoid mágneses tere a törvény szerint változik: . R a mágnesszelep sugara. A mágnesszelep közvetlen. Tekintsük azt az esetet, amikor Rajzolj egy grafikont).
Megoldás	A probléma megoldásának alapjaként a Maxwell-féle egyenletrendszerből származó egyenletet használjuk integrál formában: Határozzuk meg az előfeszítési áramot a következőképpen: Keressük meg a parciális deriváltot a megadott B(t) függéssel:

AZ ELEKTRODINAMIKA ALAPJAI. ELEKTROSZTATIKA

AZ ELEKTRODINAMIKA ALAPJAI

Elektrodinamika- az elektromágneses tér tulajdonságainak tudománya.

Elektromágneses mező- töltött részecskék mozgása és kölcsönhatása határozza meg.

Az elektromos/mágneses mező megnyilvánulása- ez az elektromos/mágneses erők hatása:
1) súrlódási és rugalmas erők a makrokozmoszban;
2) elektromos/mágneses erők hatása a mikrokozmoszban (atomszerkezet, atomok összekapcsolódása molekulákká,
elemi részecskék átalakulása)

Az elektromos/mágneses tér felfedezése- J. Maxwell.

ELEKTROSZTATIKA

Az elektrodinamika ága nyugalmi állapotban vizsgálja az elektromosan töltött testeket.

Elemi részecskék lehet email címe töltés, akkor ezeket töltöttnek nevezzük;
- kölcsönhatásba lépnek egymással olyan erőkkel, amelyek a részecskék távolságától függenek,
de sokszorosan meghaladják a kölcsönös gravitációs erőket (ezt a kölcsönhatást ún
elektromágneses).

Email díj- fizikai érték határozza meg az elektromos/mágneses kölcsönhatások intenzitását.
Az elektromos töltéseknek két jele van: pozitív és negatív.
A hasonló töltésű részecskék taszítják, a különböző töltésű részecskék pedig vonzzák.
A proton pozitív, az elektron negatív, a neutron elektromosan semleges.

Elemi töltés- minimális díj, amely nem osztható.
Hogyan magyarázhatjuk az elektromágneses erők jelenlétét a természetben?
- Minden test tartalmaz töltött részecskéket.
A szervezet normál állapotában el. semleges (mivel az atom semleges), és elektromos/mágneses. erők nem nyilvánulnak meg.

A test fel van töltve, ha bármilyen előjelű többletterheléssel rendelkezik:
negatív töltésű - ha elektronfelesleg van;
pozitív töltésű – ha elektronhiány van.

Testek villamosítása- ez az egyik módja a töltött testek megszerzésének, például érintkezés útján).
Ebben az esetben mindkét test töltődött, és a töltések ellentétes előjelűek, de egyenlő nagyságúak.

Az elektromos töltés megmaradásának törvénye.

Zárt rendszerben az összes részecske töltéseinek algebrai összege változatlan marad.
(... de nem a töltött részecskék száma, hiszen vannak elemi részecskék átalakulásai).

Zárt rendszer

Részecskerendszer, amelybe a töltött részecskék kívülről nem jutnak be és nem lépnek ki.

Coulomb törvénye

Az elektrosztatika alaptörvénye.

Két pontszerű, álló töltésű test kölcsönhatási ereje vákuumban egyenesen arányos
a töltésmodulok szorzata, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével.

Amikor a testeket ponttesteknek tekintjük? - ha a köztük lévő távolság sokszorosa a testek méretének.
Ha két testnek elektromos töltése van, akkor a Coulomb-törvény szerint kölcsönhatásba lépnek.

Az elektromos töltés mértékegysége
1 C egy töltés, amely 1 A áramerősséggel 1 másodperc alatt átmegy a vezető keresztmetszetén.
1 C nagyon nagy töltés.
Elemi töltés:

ELEKTROMOS MEZŐ

Anyagilag elektromos töltés van körülötte.
Az elektromos tér fő tulajdonsága: a bevitt elektromos töltésre gyakorolt ​​erőhatás.

Elektrosztatikus mező- az álló elektromos töltés tere nem változik az idő múlásával.

Elektromos térerősség.- mennyiségi jellemzői el. mezőket.
annak az erőnek az aránya, amellyel a tér a bevitt ponttöltésre hat, és ennek a töltésnek a nagyságára.
- nem a bevitt töltés nagyságától függ, hanem az elektromos teret jellemzi!

Feszültségvektor iránya
egybeesik a pozitív töltésre ható erővektor irányával, és ellentétes a negatív töltésre ható erő irányával.

Ponttöltés térerőssége:

ahol q0 az elektromos teret létrehozó töltés.
A mező bármely pontján az intenzitás mindig az ezt a pontot és a q0-t összekötő egyenes mentén irányul.

ELEKTROMOS KAPACITÁS

Két vezető elektromos töltés felhalmozódásának képességét jellemzi.
- nem függ q-tól és U-tól.
- függ a vezetők geometriai méreteitől, alakjától, egymáshoz viszonyított helyzetétől, a vezetők közötti közeg elektromos tulajdonságaitól.

SI mértékegységei: (F - farad)

KONDENZÁTOROK

Töltést tároló elektromos készülék
(két, dielektromos réteggel elválasztott vezető).

Ahol d sokkal kisebb, mint a vezető méretei.

Megnevezés az elektromos diagramokon:

A teljes elektromos mező a kondenzátor belsejében koncentrálódik.
A kondenzátor töltése az egyik kondenzátorlapon lévő töltés abszolút értéke.

A kondenzátorok típusai:
1. dielektrikum típusa szerint: levegő, csillám, kerámia, elektrolitikus
2. a lemezek alakja szerint: lapos, gömb alakú.
3. kapacitás szerint: állandó, változó (állítható).

Lapos kondenzátor elektromos kapacitása

ahol S a kondenzátor lemezének (bevonatának) területe
d - a lemezek közötti távolság
eo - elektromos állandó
e - a dielektrikum dielektromos állandója

Beleértve a kondenzátorokat egy elektromos áramkörbe

párhuzamos

egymás utáni

Ezután a teljes elektromos kapacitás (C):

ha párhuzamosan csatlakozik

.

sorosan kapcsolva

DC ACONS

Elektromosság- a töltött részecskék (szabad elektronok vagy ionok) rendezett mozgása.
Ebben az esetben az elektromosságot a vezető keresztmetszetén keresztül továbbítják. töltés (a töltött részecskék hőmozgása során a teljes átvitt elektromos töltés = 0, mivel a pozitív és negatív töltések kompenzálódnak).

E-mail iránymutatás jelenlegi- hagyományosan elfogadott a pozitív töltésű részecskék mozgási irányának figyelembevétele (+-tól -ig).

E-mail műveletek áram (vezetőben):

az áram hőhatása- a vezető melegítése (a szupravezetők kivételével);

az áram kémiai hatása - csak az elektrolitokban jelenik meg az elektrolitot alkotó anyagok az elektródákon.

az áram mágneses hatása(fő) - minden vezetőben megfigyelhető (a mágnestű elhajlása egy vezető közelében árammal és az áram erőhatása a szomszédos vezetőkre mágneses mezőn keresztül).

AZ OHM TÖRVÉNYE AZ ÁRAMKÖR-SZAKCIÓRA

ahol , R az áramköri szakasz ellenállása. (maga a vezető is az áramkör egy szakaszának tekinthető).

Minden vezetőnek megvan a maga sajátos áram-feszültség karakterisztikája.

ELLENÁLLÁS

A vezető alapvető elektromos jellemzői.
- Ohm törvénye szerint ez az érték egy adott vezetőre állandó.

1 Ohm egy olyan vezető ellenállása, amelynek végeinél potenciálkülönbség van
1 V-on és benne az áramerősség 1 A.

Az ellenállás csak a vezető tulajdonságaitól függ:

ahol S a vezető keresztmetszete, l a vezető hossza,
ro - a vezető anyag tulajdonságait jellemző ellenállás.

ELEKTROMOS ÁRAMKÖRÖK

Ezek forrásból, elektromos áram fogyasztóból, vezetékekből és kapcsolóból állnak.

VEZETŐK SOROZATOS CSATLAKOZTATÁSA

I - áramerősség az áramkörben
U - feszültség az áramköri szakasz végein

VEZETŐK PÁRHUZAMOS CSATLAKOZTATÁSA

I - áramerősség az áramkör el nem ágazó szakaszában
U - feszültség az áramköri szakasz végein
R - az áramköri szakasz teljes ellenállása

Emlékezzen a mérőműszerek csatlakoztatására:

Ampermérő - sorba van kötve azzal a vezetővel, amelyben az áramot mérik.

Voltmérő - párhuzamosan csatlakozik a vezetőhöz, amelyen a feszültséget mérik.

DC MŰKÖDÉS

Aktuális munka- ez az elektromos mező munkája az elektromos töltések vezető mentén történő átvitelére;

Az áram által az áramkör egy szakaszán végzett munka megegyezik az áram, a feszültség és az idő szorzatával, amely alatt a munkát elvégezték.

Az Ohm-törvény képletének felhasználásával az áramkör egy szakaszára az áramerősség kiszámítására szolgáló képlet több változatát is felírhatja:

Az energiamegmaradás törvénye szerint:

A munka megegyezik az áramkör egy szakaszának energiájának változásával, tehát a vezető által felszabaduló energia egyenlő az áram munkájával.

Az SI rendszerben:

JOULE-LENZ TÖRVÉNY

Amikor az áram áthalad egy vezetőn, a vezető felmelegszik, és hőcsere történik a környezettel, pl. a vezető hőt ad le az őt körülvevő testeknek.

Az áramot a környezetbe szállító vezető által felszabaduló hőmennyiség egyenlő az áramerősség, a vezető ellenállása és az áram vezetőn való áthaladási idejének négyzetének szorzatával.

Az energiamegmaradás törvénye szerint a vezető által felszabaduló hőmennyiség számszerűen megegyezik a vezetőn ugyanabban az idő alatt átfolyó áram által végzett munkával.

Az SI rendszerben:

[Q] = 1 J

DC POWER

Az áram által a t idő alatt végzett munka aránya ehhez az időintervallumhoz.

Az SI rendszerben:

A szupravezetés jelensége

Az alacsony hőmérsékletű szupravezetés felfedezése:
1911 - Kamerling holland tudós - Onnes
ultraalacsony hőmérsékleten (25 K alatt) számos fémnél és ötvözetnél megfigyelhető;
Ilyen hőmérsékleten ezeknek az anyagoknak az ellenállása eltűnően kicsivé válik.

1957-ben elméleti magyarázatot adtak a szupravezetés jelenségére:
Cooper (USA), Bogolyubov (Szovjetunió)

1957 Collins kísérlete: az áramforrás nélküli zárt körben 2,5 évig nem állt le az áram.

1986-ban felfedezték a magas hőmérsékletű szupravezetést (100 K-en) (a fémkerámiák esetében).

A szupravezetés elérésének nehézségei:
- az anyag erős hűtésének szükségessége

Alkalmazási terület:
- erős mágneses mező elérése;
- erős elektromágnesek szupravezető tekercseléssel a gyorsítókban és generátorokban.

Jelenleg az energiaszektorban van egy nagy probléma
- nagy villamosenergia-veszteség az átvitel soránőt vezetéken keresztül.

Lehetséges megoldás Problémák:
szupravezetés mellett a vezetők ellenállása megközelítőleg 0
és az energiaveszteség élesen csökken.

A legmagasabb szupravezető hőmérsékletű anyag
1988-ban az USA-ban –148°C-os hőmérsékleten a szupravezetés jelenségét kapták. A vezető tallium, kalcium, bárium és réz-oxidok keveréke volt - Tl2Ca2Ba2Cu3Ox.

Félvezető -

Olyan anyag, amelynek ellenállása széles tartományban változhat, és nagyon gyorsan csökken a hőmérséklet emelkedésével, ami azt jelenti, hogy az elektromos vezetőképesség (1/R) nő.
- megfigyelhető szilíciumban, germániumban, szelénben és egyes vegyületekben.

Vezetési mechanizmus félvezetőkben

A félvezető kristályoknak atomi kristályrácsuk van, ahol a külső elektronok kovalens kötésekkel kötődnek a szomszédos atomokhoz.
Alacsony hőmérsékleten a tiszta félvezetőknek nincs szabad elektronja, és szigetelőként viselkednek.

ELEKTROMOS ÁRAM VÁKUUMBAN

Mi az a vákuum?
- ez a gáz ritkulási foka, amelynél gyakorlatilag nincs molekulák ütközése;

Elektromos áram nem lehetséges, mert az ionizált molekulák lehetséges száma nem tud elektromos vezetőképességet biztosítani;
- lehetséges az elektromos áram létrehozása vákuumban, ha töltött részecskék forrását használja;
- a töltött részecskék forrásának hatása a termikus emisszió jelenségén alapulhat.

Termionikus emisszió

- ez a szilárd vagy folyékony testek elektronkibocsátása, amikor azokat a forró fém látható izzásának megfelelő hőmérsékletre hevítik.
A felhevített fémelektróda folyamatosan elektronokat bocsát ki, elektronfelhőt képezve maga körül.
Egyensúlyi állapotban az elektródát elhagyó elektronok száma megegyezik a hozzá visszatért elektronok számával (mivel az elektróda pozitív töltésű lesz, ha az elektronok elvesznek).
Minél magasabb a fém hőmérséklete, annál nagyobb az elektronfelhő sűrűsége.

Vákuum dióda

A vákuumban elektromos áram vákuumcsövekben lehetséges.
A vákuumcső olyan eszköz, amely a termikus emisszió jelenségét használja.

A vákuumdióda egy kételektródos (A - anód és K - katód) elektroncső.
Nagyon alacsony nyomás jön létre az üvegtartály belsejében

H - a katód belsejében elhelyezett izzószál, amely felmelegíti azt. A fűtött katód felülete elektronokat bocsát ki. Ha az anód az áramforrás + jeléhez, a katód pedig a -hoz csatlakozik, akkor az áramkör folyik
állandó termikus áram. A vákuumdióda egyirányú vezetőképességű.
Azok. áram az anódban lehetséges, ha az anódpotenciál nagyobb, mint a katódpotenciál. Ebben az esetben az elektronfelhőből származó elektronok az anódhoz vonzódnak, és vákuumban elektromos áramot hoznak létre.

A vákuumdióda áram-feszültség karakterisztikája.

Alacsony anódfeszültségnél a katód által kibocsátott elektronok nem mindegyike éri el az anódot, és az elektromos áram kicsi. Nagy feszültségeknél az áram eléri a telítettséget, azaz. maximális érték.
A váltakozó áram egyenirányításához vákuumdiódát használnak.

Áram a dióda egyenirányító bemenetén:

Egyenirányító kimeneti árama:

Elektronsugarak

Ez egy gyorsan repülő elektronok áramlása vákuumcsövekben és gázkisüléses eszközökben.

Az elektronsugarak tulajdonságai:

Eltérülések elektromos mezőkben;
- elhajlás mágneses mezőben a Lorentz-erő hatására;
- ha egy anyagot érő sugár lelassul, röntgensugárzás jelenik meg;
- egyes szilárd anyagok és folyadékok (luminofórok) fényét (lumineszcenciáját) okozza;
- melegítse fel az anyagot érintkezéssel.

Katódsugárcső (CRT)

A termikus emissziós jelenségeket és az elektronsugarak tulajdonságait használják.

A CRT egy elektronágyúból, vízszintes és függőleges terelőkből áll
elektródalemezek és képernyő.
Az elektronágyúban a fűtött katód által kibocsátott elektronok áthaladnak a vezérlőrács elektródán, és az anódok felgyorsítják őket. Az elektronágyú az elektronsugarat egy pontba fókuszálja, és megváltoztatja a képernyő fényerejét. Az eltérítő vízszintes és függőleges lemezek lehetővé teszik, hogy a képernyőn lévő elektronsugarat a képernyő bármely pontjára mozgassa. A cső képernyőjét foszforral vonják be, amely elektronokkal bombázva világítani kezd.

Kétféle cső létezik:

1) az elektronsugár elektrosztatikus szabályozásával (az elektromos nyaláb eltérítése csak az elektromos tér által);
2) elektromágneses vezérléssel (mágneses eltérítő tekercsek hozzáadva).

A CRT fő alkalmazásai:

Képcsövek televíziós berendezésekben;
számítógépes kijelzők;
elektronikus oszcilloszkópok a méréstechnikában.

ELEKTROMOS ÁRAM A GÁZOKBAN

Normál körülmények között a gáz dielektrikum, azaz. semleges atomokból és molekulákból áll, és nem tartalmaz szabad elektromos áramhordozókat.
A vezető gáz ionizált gáz. Az ionizált gáznak elektron-ion vezetőképessége van.

A levegő dielektrikum az elektromos vezetékekben, a légkondenzátorokban és az érintkezőkapcsolókban.

A levegő vezető szerepet tölt be, amikor villámlás, elektromos szikra keletkezik, vagy ha hegesztési ív keletkezik.

Gázionizáció

Ez a semleges atomok vagy molekulák lebontása pozitív ionokká és elektronokká az elektronok atomokból történő eltávolításával. Az ionizáció akkor következik be, amikor egy gázt felmelegítenek vagy sugárzásnak (UV, röntgen, radioaktív) tesznek ki, és az atomok és molekulák szétesésével magyarázható nagy sebességű ütközések során.

Gázkisülés

Ez elektromos áram ionizált gázokban.
A töltéshordozók pozitív ionok és elektronok. Gázkisülés figyelhető meg a gázkisüléses csövekben (lámpákban), amikor elektromos vagy mágneses térnek vannak kitéve.

Töltött részecskék rekombinációja

- a gáz megszűnik vezető szerepe, ha az ionizáció leáll, ez rekombináció (ellentétes töltésű részecskék újraegyesülése) eredményeként következik be.

Van önfenntartó és nem önfenntartó gázelvezetés.

Nem önfenntartó gázkibocsátás

Ha az ionizátor működését leállítják, a kisülés is leáll.

Amikor a kisülés eléri a telítettséget, a grafikon vízszintessé válik. Itt a gáz elektromos vezetőképességét csak az ionizátor hatása okozza.

Önfenntartó gázkibocsátás

Ebben az esetben a gázkisülés a külső ionizátor megszűnése után is folytatódik az ütési ionizációból származó ionok és elektronok miatt (= áramütés ionizációja); akkor következik be, amikor az elektródák közötti potenciálkülönbség megnő (elektronlavina következik be).
A nem önfenntartó gázkisülés átalakulhat önfenntartó gázkisüléssé, ha Ua = Uignition.

A gáz elektromos meghibásodása

A nem önfenntartó gázkibocsátás önfenntartóvá való átalakulásának folyamata.

Önfenntartó gázkisülés lép fel 4 fajta:

1. parázslás - alacsony nyomáson (több Hgmm-ig) - gáz-fénycsövekben és gázlézerekben figyelhető meg.
2. szikra - normál nyomáson és nagy elektromos térerősség mellett (villámlás - áramerősség akár több százezer amper).
3. korona - normál nyomáson nem egyenletes elektromos térben (a csúcson).
4. ív - nagy áramsűrűség, alacsony feszültség az elektródák között (a gáz hőmérséklete az ívcsatornában -5000-6000 Celsius fok); reflektorfényekben és vetítőfilmes berendezésekben megfigyelhető.

Ezeket a kibocsátásokat figyelik meg:

parázslás - fénycsövekben;
szikra - villámlásban;
korona - elektromos leválasztókban, energiaszivárgás során;
ív - hegesztés közben, higanylámpákban.

Vérplazma

Ez a negyedik állapota a nagy ionizációs fokú anyag aggregációjának a molekulák nagy sebességgel, magas hőmérsékleten történő ütközése miatt; a természetben található: ionoszféra - gyengén ionizált plazma, Nap - teljesen ionizált plazma; mesterséges plazma - gázkisüléses lámpákban.

A plazma lehet:

Alacsony hőmérséklet - 100 000 K alatti hőmérsékleten;
magas hőmérséklet - 100 000 K feletti hőmérsékleten.

A plazma alapvető tulajdonságai:

Magas elektromos vezetőképesség
- erős kölcsönhatás külső elektromos és mágneses mezőkkel.

Egy hőmérsékleten

Bármely anyag plazmaállapotban van.

Érdekes módon az Univerzum anyagának 99%-a plazma

TESZTKÉRDÉSEK A TESZTELÉSHEZ