Pour quel état l’électrodynamique joue-t-elle un rôle important ? Électrodynamique, formules

DÉFINITION

Les champs électromagnétiques et les interactions électromagnétiques sont étudiés par une branche de la physique appelée électrodynamique.

L'électrodynamique classique étudie et décrit les propriétés des champs électromagnétiques. Examine les lois selon lesquelles les champs électromagnétiques interagissent avec les corps chargés électriquement.

Concepts de base de l'électrodynamique

La base de l'électrodynamique d'un milieu stationnaire est constituée par les équations de Maxwell. L'électrodynamique fonctionne avec des concepts de base tels que le champ électromagnétique, la charge électrique, le potentiel électromagnétique et le vecteur de Poynting.

Un champ électromagnétique est un type particulier de matière qui se manifeste lorsqu’un corps chargé interagit avec un autre. Souvent, lorsqu'on considère un champ électromagnétique, on distingue ses composantes : champ électrique et champ magnétique. Un champ électrique crée une charge électrique ou un champ magnétique alternatif. Un champ magnétique apparaît lorsqu'une charge (corps chargé) se déplace et en présence d'un champ électrique variable dans le temps.

Le potentiel électromagnétique est une grandeur physique qui détermine la répartition du champ électromagnétique dans l'espace.

L'électrodynamique est divisée en : électrostatique ; magnétostatique; électrodynamique du continuum; électrodynamique relativiste.

Le vecteur Poynting (vecteur Umov-Poynting) est une grandeur physique qui est le vecteur de la densité de flux énergétique du champ électromagnétique. La grandeur de ce vecteur est égale à l’énergie transférée par unité de temps à travers une unité de surface perpendiculaire à la direction de propagation de l’énergie électromagnétique.

L'électrodynamique constitue la base de l'étude et du développement de l'optique (en tant que branche de la science) et de la physique des ondes radio. Cette branche de la science constitue le fondement de l’ingénierie radio et de l’ingénierie électrique.

L'électrodynamique classique, pour décrire les propriétés des champs électromagnétiques et les principes de leur interaction, utilise le système d'équations de Maxwell (sous forme intégrale ou différentielle), en le complétant par un système d'équations matérielles, de conditions aux limites et initiales.

Les équations structurelles de Maxwell

Le système d'équations de Maxwell a la même signification en électrodynamique que les lois de Newton en mécanique classique. Les équations de Maxwell ont été obtenues grâce à la généralisation de nombreuses données expérimentales. On distingue les équations structurelles de Maxwell, les écrivant sous forme intégrale ou différentielle, et les équations matérielles qui relient les vecteurs aux paramètres caractérisant les propriétés électriques et magnétiques de la matière.

Les équations structurelles de Maxwell sous forme intégrale (dans le système SI) :

où est le vecteur d’intensité du champ magnétique ; est le vecteur de densité de courant électrique ; - vecteur de déplacement électrique. L'équation (1) reflète la loi de création des champs magnétiques. Un champ magnétique se produit lorsqu'une charge se déplace (courant électrique) ou lorsqu'un champ électrique change. Cette équation est une généralisation de la loi de Biot-Savart-Laplace. L’équation (1) est appelée théorème de circulation du champ magnétique.

où est le vecteur d'induction du champ magnétique ; - vecteur d'intensité du champ électrique ; L est une boucle fermée à travers laquelle circule le vecteur d’intensité du champ électrique. Un autre nom pour l’équation (2) est la loi de l’induction électromagnétique. L'expression (2) signifie que le champ électrique vortex est généré en raison d'un champ magnétique alternatif.

où est la charge électrique ; - densité de charge. L'équation (3) est appelée théorème d'Ostrogradsky-Gauss. Les charges électriques sont des sources de champ électrique ; il existe des charges électriques gratuites.

L'équation (4) indique que le champ magnétique est un vortex. Les charges magnétiques n'existent pas dans la nature.

Les équations structurelles de Maxwell sous forme différentielle (système SI) :

où est le vecteur d’intensité du champ électrique ; - vecteur d'induction magnétique.

où est le vecteur d’intensité du champ magnétique ; - vecteur de déplacement diélectrique ; - vecteur densité de courant.

où est la densité de distribution de charge électrique.

Les équations structurelles de Maxwell sous forme différentielle déterminent le champ électromagnétique en tout point de l'espace. Si les charges et les courants sont distribués continuellement dans l'espace, alors les formes intégrale et différentielle des équations de Maxwell sont équivalentes. Cependant, s'il existe des surfaces de discontinuité, alors la forme intégrale d'écriture des équations de Maxwell est plus générale.

Pour obtenir l'équivalence mathématique des formes intégrale et différentielle des équations de Maxwell, la notation différentielle est complétée par des conditions aux limites.

Des équations de Maxwell, il s'ensuit qu'un champ magnétique alternatif génère un champ électrique alternatif et vice versa, c'est-à-dire que ces champs sont inséparables et forment un seul champ électromagnétique. Les sources du champ électrique peuvent être soit des charges électriques, soit un champ magnétique variable dans le temps. Les champs magnétiques sont excités par des charges électriques en mouvement (courants) ou des champs électriques alternatifs. Les équations de Maxwell ne sont pas symétriques par rapport aux champs électriques et magnétiques. Cela se produit parce que les charges électriques existent, mais pas les charges magnétiques.

Équations matérielles

Le système d'équations structurelles de Maxwell est complété par des équations matérielles qui reflètent la relation des vecteurs avec des paramètres caractérisant les propriétés électriques et magnétiques de la matière.

où est la constante diélectrique relative, est la perméabilité magnétique relative, est la conductivité électrique spécifique, est la constante électrique, est la constante magnétique. Le milieu dans ce cas est considéré comme isotrope, non ferromagnétique et non ferroélectrique.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

Exercice

Dérivez la forme différentielle de l'équation de continuité à partir du système d'équations de Maxwell.

Solution

Comme base pour résoudre le problème, nous utilisons l'équation : où est l'aire d'une surface arbitraire sur laquelle repose le contour fermé L. De (1.1) on a : Considérons un contour infinitésimal, alors Puisque la surface est fermée, l’expression (1.2) peut être réécrite comme suit : Écrivons une autre équation de Maxwell : Dérivons l'équation (1.5) par rapport au temps, nous avons : En tenant compte de l'expression (1.4), l'équation (1.5) peut être présentée comme : Nous avons obtenu l'équation de continuité (1.5) sous forme intégrale. Pour passer à la forme différentielle de l'équation de continuité, allons à la limite : Nous avons obtenu l'équation de continuité sous forme différentielle :

FONDAMENTAUX DE L'ÉLECTRODYNAMIQUE. ÉLECTROSTATIQUE

FONDAMENTAUX DE L'ÉLECTRODYNAMIQUE

Électrodynamique- la science des propriétés du champ électromagnétique.

Champ électromagnétique- déterminé par le mouvement et l'interaction des particules chargées.

Manifestation d'un champ électrique/magnétique- c'est l'action des forces électriques/magnétiques :
1) forces de friction et forces élastiques dans le macrocosme ;
2) l'action des forces électriques/magnétiques dans le microcosme (structure atomique, couplage des atomes en molécules,
transformation de particules élémentaires)

Découverte du champ électrique/magnétique-J. Maxwell.

ÉLECTROSTATIQUE

La branche de l'électrodynamique étudie les corps chargés électriquement au repos.

Particules élémentaires peut-être avoir un e-mail chargés, alors ils sont appelés chargés ;
- interagir entre elles avec des forces qui dépendent de la distance entre les particules,
mais dépassent plusieurs fois les forces de gravité mutuelle (cette interaction est appelée
électromagnétique).

E-mail charge- physique La valeur détermine l’intensité des interactions électriques/magnétiques.
Il existe 2 signes de charges électriques : positives et négatives.
Les particules ayant des charges similaires se repoussent et les particules ayant des charges différentes s'attirent.
Un proton a une charge positive, un électron une charge négative et un neutron est électriquement neutre.

Charge élémentaire- une redevance minimale non fractionnable.
Comment expliquer la présence de forces électromagnétiques dans la nature ?
- Tous les corps contiennent des particules chargées.
Dans l'état normal du corps, el. neutre (puisque l’atome est neutre) et électrique/magnétique. les pouvoirs ne se manifestent pas.

Le corps est chargé, s'il présente un excès de charges de tout signe :
chargé négativement - s'il y a un excès d'électrons ;
chargé positivement - s'il y a un manque d'électrons.

Électrification des carrosseries- c'est une des manières d'obtenir des corps chargés, par exemple par contact).
Dans ce cas, les deux corps sont chargés et les charges sont de signe opposé, mais de même ampleur.

Loi de conservation de la charge électrique.

Dans un système fermé, la somme algébrique des charges de toutes les particules reste inchangée.
(...mais pas le nombre de particules chargées, puisqu'il y a des transformations de particules élémentaires).

Systeme ferme

Un système de particules dans lequel les particules chargées n'entrent pas de l'extérieur et ne sortent pas.

La loi de coulomb

Loi fondamentale de l'électrostatique.

La force d'interaction entre deux corps chargés fixes dans le vide est directement proportionnelle
le produit des modules de charge et est inversement proportionnel au carré de la distance qui les sépare.

Quand les corps sont considérés comme des corps ponctuels? - si la distance qui les sépare est plusieurs fois supérieure à la taille des corps.
Si deux corps ont des charges électriques, alors ils interagissent selon la loi de Coulomb.

Unité de charge électrique
1 C est une charge traversant la section transversale d'un conducteur en 1 seconde à un courant de 1 A.
1 C est une charge très importante.
Charge élémentaire :

CHAMP ÉLECTRIQUE

Il y a une charge électrique autour, matériellement.
Propriété principale du champ électrique : l'action avec force sur la charge électrique qui y est introduite.

Champ électrostatique- le champ d'une charge électrique stationnaire ne change pas avec le temps.

Intensité du champ électrique.- caractéristiques quantitatives d'el. des champs.
est le rapport entre la force avec laquelle le champ agit sur la charge ponctuelle introduite et l'amplitude de cette charge.
- ne dépend pas de l'ampleur de la charge introduite, mais caractérise le champ électrique !

Direction du vecteur de tension
coïncide avec la direction du vecteur force agissant sur une charge positive et opposée à la direction de la force agissant sur une charge négative.

Intensité du champ de charge ponctuelle :

où q0 est la charge créant le champ électrique.
En tout point du champ, l’intensité est toujours dirigée le long de la droite reliant ce point à q0.

CAPACITÉ ÉLECTRIQUE

Caractérise la capacité de deux conducteurs à accumuler une charge électrique.
- ne dépend pas de q et de U.
- dépend des dimensions géométriques des conducteurs, de leur forme, de leur position relative, des propriétés électriques du milieu entre les conducteurs.

Unités SI : (F - farad)

CONDENSATEURS

Appareil électrique qui stocke la charge
(deux conducteurs séparés par une couche diélectrique).

Où d est beaucoup plus petit que les dimensions du conducteur.

Désignation sur les schémas électriques :

Tout le champ électrique est concentré à l’intérieur du condensateur.
La charge d'un condensateur est la valeur absolue de la charge sur l'une des plaques du condensateur.

Types de condensateurs :
1. par type de diélectrique : air, mica, céramique, électrolytique
2. selon la forme des plaques : plates, sphériques.
3. par capacité : constante, variable (réglable).

Capacité électrique d'un condensateur plat

où S est l'aire de la plaque (placage) du condensateur
d - distance entre les plaques
eo - constante électrique
e - constante diélectrique du diélectrique

Inclure des condensateurs dans un circuit électrique

parallèle

séquentiel

Alors la capacité électrique totale (C) :

lorsqu'il est connecté en parallèle

.

lorsqu'il est connecté en série

CONNEXIONS CC CA

Électricité- mouvement ordonné des particules chargées (électrons ou ions libres).
Dans ce cas, l’électricité est transférée à travers la section transversale du conducteur. charge (lors du mouvement thermique des particules chargées, la charge électrique totale transférée = 0, puisque les charges positives et négatives sont compensées).

Direction par e-mail actuel- il est classiquement admis de considérer le sens de déplacement des particules chargées positivement (de + à -).

Actions par e-mail courant (dans le conducteur) :

effet thermique du courant- échauffement du conducteur (sauf pour les supraconducteurs) ;

effet chimique du courant - n'apparaît que dans les électrolytes.Les substances qui composent l'électrolyte sont libérées sur les électrodes ;

effet magnétique du courant(principal) - observé dans tous les conducteurs (déviation de l'aiguille magnétique à proximité d'un conducteur avec courant et effet de force du courant sur les conducteurs voisins à travers un champ magnétique).

LOI D'OHM POUR UNE SECTION DE CIRCUIT

où , R est la résistance de la section du circuit. (le conducteur lui-même peut également être considéré comme une section du circuit).

Chaque conducteur possède sa propre caractéristique courant-tension spécifique.

RÉSISTANCE

Caractéristiques électriques de base d'un conducteur.
- selon la loi d'Ohm, cette valeur est constante pour un conducteur donné.

1 Ohm est la résistance d'un conducteur avec une différence de potentiel à ses extrémités
à 1 V et l'intensité du courant est de 1 A.

La résistance dépend uniquement des propriétés du conducteur :

où S est la section transversale du conducteur, l est la longueur du conducteur,
ro - résistivité caractérisant les propriétés de la substance conductrice.

CIRCUITS ÉLECTRIQUES

Ils se composent d'une source, d'un consommateur de courant électrique, de fils et d'un interrupteur.

CONNEXION EN SÉRIE DES CONDUCTEURS

I - intensité du courant dans le circuit
U - tension aux extrémités de la section du circuit

CONNEXION PARALLÈLE DES CONDUCTEURS

I - intensité du courant dans une section non ramifiée du circuit
U - tension aux extrémités de la section du circuit
R - résistance totale de la section du circuit

Rappelez-vous comment les instruments de mesure sont connectés :

Ampèremètre - connecté en série avec le conducteur dans lequel le courant est mesuré.

Voltmètre - connecté en parallèle au conducteur sur lequel la tension est mesurée.

FONCTIONNEMENT CC

Travail actuel- c'est le travail du champ électrique pour transférer des charges électriques le long du conducteur ;

Le travail effectué par le courant sur une section du circuit est égal au produit du courant, de la tension et du temps pendant lequel le travail a été effectué.

En utilisant la formule de la loi d'Ohm pour une section d'un circuit, vous pouvez écrire plusieurs versions de la formule de calcul du travail du courant :

D'après la loi de conservation de l'énergie :

Le travail est égal à la variation de l'énergie d'une section du circuit, donc l'énergie libérée par le conducteur est égale au travail du courant.

Dans le système SI :

LOI JOULE-LENZ

Lorsque le courant traverse un conducteur, celui-ci s'échauffe et un échange de chaleur se produit avec l'environnement, c'est-à-dire le conducteur dégage de la chaleur aux corps qui l'entourent.

La quantité de chaleur dégagée par un conducteur transportant du courant dans l'environnement est égale au produit du carré de l'intensité du courant, de la résistance du conducteur et du temps pendant lequel le courant traverse le conducteur.

Selon la loi de conservation de l'énergie, la quantité de chaleur dégagée par un conducteur est numériquement égale au travail effectué par le courant circulant dans le conducteur pendant ce même temps.

Dans le système SI :

[Q] = 1 J

COURANT CONTINU

Le rapport du travail effectué par le courant pendant le temps t à cet intervalle de temps.

Dans le système SI :

Le phénomène de supraconductivité

Découverte de la supraconductivité à basse température :
1911 - Le scientifique néerlandais Kamerling - Onnes
observé à des températures ultra-basses (inférieures à 25 K) dans de nombreux métaux et alliages ;
À de telles températures, la résistivité de ces substances devient extrêmement faible.

En 1957, une explication théorique du phénomène de supraconductivité fut donnée :
Cooper (États-Unis), Bogolyubov (URSS)

1957 L'expérience de Collins : le courant dans un circuit fermé sans source de courant ne s'est pas arrêté pendant 2,5 ans.

En 1986, la supraconductivité à haute température (à 100 K) a été découverte (pour les métallo-céramiques).

Difficulté à atteindre la supraconductivité :
- la nécessité d'un fort refroidissement de la substance

Champ d'application:
- obtenir des champs magnétiques puissants ;
- des électroaimants puissants à enroulement supraconducteur dans les accélérateurs et les générateurs.

Actuellement, dans le secteur de l'énergie, il existe un gros problème
- grandes pertes d'électricité pendant le transport elle par fil.

Solution possible Problèmes:
avec supraconductivité, la résistance des conducteurs est d'environ 0
et les pertes d'énergie sont fortement réduites.

Substance ayant la température supraconductrice la plus élevée
En 1988 aux USA, à une température de –148°C, le phénomène de supraconductivité a été obtenu. Le conducteur était un mélange d'oxydes de thallium, de calcium, de baryum et de cuivre - Tl2Ca2Ba2Cu3Ox.

Semi-conducteur -

Substance dont la résistivité peut varier dans une large plage et diminue très rapidement avec l'augmentation de la température, ce qui signifie que la conductivité électrique (1/R) augmente.
- observé dans le silicium, le germanium, le sélénium et certains composés.

Mécanisme de conduction dans les semi-conducteurs

Les cristaux semi-conducteurs ont un réseau cristallin atomique dans lequel les électrons externes sont liés aux atomes voisins par des liaisons covalentes.
À basse température, les semi-conducteurs purs n’ont pas d’électrons libres et se comportent comme un isolant.

COURANT ÉLECTRIQUE SOUS VIDE

Qu'est-ce qu'un vide ?
- c'est le degré de raréfaction d'un gaz auquel il n'y a pratiquement pas de collisions de molécules ;

Le courant électrique n'est pas possible car le nombre possible de molécules ionisées ne peut pas assurer la conductivité électrique ;
- il est possible de créer du courant électrique dans le vide si l'on utilise une source de particules chargées ;
- l'action d'une source de particules chargées peut s'appuyer sur le phénomène d'émission thermoionique.

Émission thermoionique

- il s'agit de l'émission d'électrons par des corps solides ou liquides lorsqu'ils sont chauffés à des températures correspondant à la lueur visible du métal chaud.
L’électrode métallique chauffée émet continuellement des électrons, formant un nuage d’électrons autour d’elle.
Dans un état d'équilibre, le nombre d'électrons qui ont quitté l'électrode est égal au nombre d'électrons qui y sont revenus (puisque l'électrode se charge positivement lorsque des électrons sont perdus).
Plus la température du métal est élevée, plus la densité du nuage électronique est élevée.

Diode à vide

Le courant électrique dans le vide est possible dans les tubes à vide.
Un tube à vide est un appareil qui utilise le phénomène d'émission thermoionique.

Une diode à vide est un tube électronique à deux électrodes (A - anode et K - cathode).
Une très faible pression est créée à l’intérieur du récipient en verre

H - filament placé à l'intérieur de la cathode pour la chauffer. La surface de la cathode chauffée émet des électrons. Si l'anode est connectée au + de la source de courant et la cathode est connectée au -, alors le circuit circule
courant thermoionique constant. La diode à vide a une conductivité unidirectionnelle.
Ceux. le courant dans l'anode est possible si le potentiel anodique est supérieur au potentiel cathodique. Dans ce cas, les électrons du nuage électronique sont attirés vers l’anode, créant un courant électrique dans le vide.

Caractéristique courant-tension d'une diode à vide.

À de faibles tensions anodiques, tous les électrons émis par la cathode n’atteignent pas l’anode et le courant électrique est faible. Aux hautes tensions, le courant atteint la saturation, c'est-à-dire valeur maximum.
Une diode à vide est utilisée pour redresser le courant alternatif.

Courant à l'entrée du redresseur à diodes :

Courant de sortie du redresseur :

Faisceaux d'électrons

Il s'agit d'un flux d'électrons volant rapidement dans des tubes à vide et des dispositifs à décharge gazeuse.

Propriétés des faisceaux d'électrons :

Dévie dans les champs électriques ;
- dévier dans les champs magnétiques sous l'influence de la force de Lorentz ;
- lorsqu'un faisceau frappant une substance est décéléré, un rayonnement X apparaît ;
- provoque la lueur (luminescence) de certains solides et liquides (luminophores) ;
- chauffer la substance par contact.

Tube à rayons cathodiques (CRT)

Les phénomènes d'émission thermoionique et les propriétés des faisceaux d'électrons sont utilisés.

Un CRT se compose d'un canon à électrons, de déflecteurs horizontaux et verticaux
plaques d'électrodes et écran.
Dans un canon à électrons, les électrons émis par une cathode chauffée traversent l'électrode de la grille de commande et sont accélérés par les anodes. Un canon à électrons concentre un faisceau d'électrons en un point et modifie la luminosité de la lumière sur l'écran. Les plaques de déviation horizontales et verticales vous permettent de déplacer le faisceau d'électrons sur l'écran vers n'importe quel point de l'écran. L'écran du tube est recouvert d'un phosphore qui commence à briller lorsqu'il est bombardé d'électrons.

Il existe deux types de tubes :

1) avec contrôle électrostatique du faisceau d'électrons (déviation du faisceau électrique uniquement par le champ électrique) ;
2) avec contrôle électromagnétique (des bobines de déflexion magnétique sont ajoutées).

Principales applications du CRT :

tubes cathodiques dans les équipements de télévision;
écrans d'ordinateurs;
oscilloscopes électroniques en technologie de mesure.

COURANT ÉLECTRIQUE DANS LES GAZ

Dans des conditions normales, le gaz est un diélectrique, c'est-à-dire il est constitué d'atomes et de molécules neutres et ne contient pas de porteurs libres de courant électrique.
Le gaz conducteur est un gaz ionisé. Le gaz ionisé a une conductivité électron-ion.

L'air est un diélectrique dans les lignes électriques, les condensateurs à air et les interrupteurs à contact.

L'air est conducteur lors de la foudre, d'une étincelle électrique ou d'un arc de soudage.

Ionisation du gaz

Il s’agit de la décomposition d’atomes ou de molécules neutres en ions et électrons positifs en supprimant les électrons des atomes. L'ionisation se produit lorsqu'un gaz est chauffé ou exposé à des rayonnements (UV, rayons X, radioactifs) et s'explique par la désintégration des atomes et des molécules lors de collisions à grande vitesse.

Décharge de gaz

C'est du courant électrique dans des gaz ionisés.
Les porteurs de charge sont des ions positifs et des électrons. Une décharge gazeuse est observée dans les tubes à décharge gazeuse (lampes) lorsqu'ils sont exposés à un champ électrique ou magnétique.

Recombinaison de particules chargées

- le gaz cesse d'être conducteur si l'ionisation s'arrête, cela se produit par recombinaison (réunion de particules de charges opposées).

Il existe une décharge de gaz auto-entretenue et non auto-entretenue.

Décharge de gaz non autonome

Si l’action de l’ioniseur est arrêtée, la décharge s’arrêtera également.

Lorsque la décharge atteint la saturation, le graphique devient horizontal. Ici, la conductivité électrique du gaz est provoquée uniquement par l’action de l’ioniseur.

Décharge de gaz autonome

Dans ce cas, la décharge gazeuse continue même après l'arrêt de l'ioniseur externe en raison des ions et des électrons résultant de l'ionisation par impact (= ionisation du choc électrique) ; se produit lorsque la différence de potentiel entre les électrodes augmente (une avalanche d'électrons se produit).
Une décharge gazeuse non auto-entretenue peut se transformer en une décharge gazeuse auto-entretenue lorsque Ua = Uallumage.

Panne électrique du gaz

Le processus de transition d'une décharge gazeuse non auto-entretenue en une décharge auto-entretenue.

Une décharge de gaz auto-entretenue se produit 4 types :

1. combustion lente - à basse pression (jusqu'à plusieurs mm Hg) - observée dans les tubes lumineux à gaz et les lasers à gaz.
2. étincelle - à pression normale et à intensité de champ électrique élevée (foudre - intensité du courant jusqu'à des centaines de milliers d'ampères).
3. couronne - à pression normale dans un champ électrique non uniforme (à la pointe).
4. arc - densité de courant élevée, basse tension entre les électrodes (température du gaz dans le canal de l'arc -5 000 à 6 000 degrés Celsius) ; observé dans les projecteurs et les équipements de projection de films.

Ces rejets sont observés :

couvant - dans des lampes fluorescentes;
étincelle - dans la foudre ;
couronne - dans les précipitateurs électriques, lors de fuites d'énergie ;
arc - pendant le soudage, dans des lampes à mercure.

Plasma

Il s'agit du quatrième état d'agrégation d'une substance avec un degré élevé d'ionisation dû à la collision de molécules à grande vitesse et à haute température ; trouvé dans la nature : ionosphère - plasma faiblement ionisé, Soleil - plasma entièrement ionisé ; plasma artificiel - dans les lampes à décharge.

Le plasma peut être :

Basse température - à des températures inférieures à 100 000 K ;
haute température - à des températures supérieures à 100 000K.

Propriétés de base du plasma :

Haute conductivité électrique
- forte interaction avec les champs électriques et magnétiques externes.

A une température

Toute substance est à l'état plasmatique.

Il est intéressant de noter que 99 % de la matière de l’Univers est constituée de plasma.

QUESTIONS DE TEST POUR LES TESTS

Plan:

Introduction

• 1 Concepts de base
• 2 Équations de base
• 3 Contenu de l'électrodynamique
• 4 Sections d'électrodynamique
• 5 Valeur de l'application
• 6 Histoire

Introduction

Électrodynamique- une branche de la physique qui étudie le champ électromagnétique dans le cas le plus général (c'est-à-dire que les champs variables en fonction du temps sont pris en compte) et son interaction avec les corps ayant une charge électrique (interaction électromagnétique). Le sujet de l'électrodynamique comprend la connexion entre les phénomènes électriques et magnétiques, le rayonnement électromagnétique (dans différentes conditions, à la fois libres et dans divers cas d'interaction avec la matière), le courant électrique (en général variable) et son interaction avec le champ électromagnétique (courant électrique peut être envisagé lorsqu'il s'agit d'un ensemble de particules chargées en mouvement). Toute interaction électrique et magnétique entre des corps chargés est considérée dans la physique moderne comme se produisant via un champ électromagnétique et fait donc également l'objet de l'électrodynamique.

Le plus souvent sous le terme électrodynamique par défaut, l'électrodynamique classique (n'affectant pas les effets quantiques) est comprise ; Pour désigner la théorie quantique moderne du champ électromagnétique et son interaction avec les particules chargées, le terme stable d'électrodynamique quantique est généralement utilisé.

1. Notions de base

Les concepts de base utilisés en électrodynamique comprennent :

• Le champ électromagnétique est le principal sujet d'étude de l'électrodynamique, un type de matière qui se manifeste lors de l'interaction avec des corps chargés. Historiquement divisé en deux domaines :
  • Champ électrique – créé par tout corps chargé ou champ magnétique alternatif, a un effet sur tout corps chargé.
  • Champ magnétique - créé par le déplacement de corps chargés, de corps chargés avec rotation et de champs électriques alternatifs, affecte les charges en mouvement et les corps chargés avec rotation.
• La charge électrique est une propriété des corps qui leur permet de créer des champs électromagnétiques et d'interagir avec ces champs.
• Le potentiel électromagnétique est une grandeur physique à 4 vecteurs qui détermine complètement la répartition du champ électromagnétique dans l'espace. Souligner:
  • Potentiel électrostatique - composante temporelle d'un 4 vecteurs
  • Le potentiel vectoriel est un vecteur tridimensionnel formé par les composants restants d'un vecteur 4.
• Le vecteur de Poynting est une grandeur physique vectorielle qui a la signification de la densité de flux énergétique d'un champ électromagnétique.

2. Équations de base

Les équations de base décrivant le comportement du champ électromagnétique et son interaction avec les corps chargés sont :

• Les équations de Maxwell, qui déterminent le comportement d'un champ électromagnétique libre dans le vide et dans un milieu, ainsi que la génération du champ par les sources. Parmi ces équations figurent :
  • Loi d'induction de Faraday, qui détermine la génération d'un champ électrique par un champ magnétique alternatif.
  • Le théorème de circulation du champ magnétique avec l'ajout de courants de déplacement introduit par Maxwell détermine la génération d'un champ magnétique par des charges en mouvement et un champ électrique alternatif
  • Théorème de Gauss pour le champ électrique, qui détermine la génération d'un champ électrostatique par des charges.
  • La loi de fermeture des lignes de champ magnétique.
• Expression de la force de Lorentz qui détermine la force agissant sur une charge située dans un champ électromagnétique.
• La loi Joule-Lenz, qui détermine la quantité de perte de chaleur dans un milieu conducteur à conductivité finie, en présence d'un champ électrique.

Les équations particulières particulièrement importantes sont :

• La loi de Coulomb, qui combine le théorème de Gauss pour le champ électrique et la force de Lorentz, et détermine l'interaction électrostatique de deux charges ponctuelles.
• Loi d'Ampère, qui détermine la force agissant sur un courant élémentaire placé dans un champ magnétique.
• Théorème de Poynting, qui exprime la loi de conservation de l'énergie en électrodynamique.

3. Contenu de l'électrodynamique

Le contenu principal de l'électrodynamique classique est la description des propriétés du champ électromagnétique et de son interaction avec les corps chargés (les corps chargés « génèrent » le champ électromagnétique, sont ses « sources », et le champ électromagnétique agit à son tour sur les corps chargés, créant forces électromagnétiques). Cette description, en plus de définir des objets et des grandeurs de base, tels que la charge électrique, le champ électrique, le champ magnétique, le potentiel électromagnétique, se réduit aux équations de Maxwell sous une forme ou une autre et à la formule de force de Lorentz, et aborde également certaines questions connexes ( liés à la physique mathématique, aux applications, aux grandeurs auxiliaires et aux formules auxiliaires importantes pour les applications, comme le vecteur densité de courant ou la loi empirique d'Ohm). Cette description inclut également les questions de conservation et de transfert d'énergie, de moment, de moment cinétique par un champ électromagnétique, y compris les formules de densité d'énergie, le vecteur de Poynting, etc.

Parfois, les effets électrodynamiques (par opposition à l'électrostatique) sont compris comme les différences significatives entre le cas général du comportement du champ électromagnétique (par exemple, la relation dynamique entre les changements de champs électriques et magnétiques) et le cas statique, qui rendent le cas particulier. cas statique beaucoup plus simple à décrire, à comprendre et à calculer.

4. Sections d'électrodynamique

• L’électrostatique décrit les propriétés d’un champ électrique statique (ne changeant pas avec le temps ou changeant suffisamment lentement pour que les « effets électrodynamiques » au sens décrit ci-dessus puissent être négligés) et son interaction avec des corps chargés électriquement (charges électriques).
• La magnétostatique étudie les courants continus et les champs magnétiques constants (les champs ne changent pas avec le temps ou changent si lentement que la vitesse de ces changements peut être négligée dans le calcul), ainsi que leur interaction.
• L'électrodynamique du continu examine le comportement des champs électromagnétiques dans des milieux continus.
• L'électrodynamique relativiste considère les champs électromagnétiques dans les milieux en mouvement.

5. Valeur de la candidature

L'électrodynamique est à la base de l'optique physique, la physique de la propagation des ondes radio, et imprègne également presque toute la physique, puisque presque toutes les branches de la physique doivent faire face aux champs et aux charges électriques, et souvent à leurs changements et mouvements rapides non triviaux. De plus, l'électrodynamique est une théorie physique exemplaire (tant dans ses versions classique que quantique), combinant une très grande précision des calculs et des prédictions avec l'influence des idées théoriques nées dans son domaine sur d'autres domaines de la physique théorique.

L'électrodynamique revêt une grande importance dans la technologie et constitue la base de : l'ingénierie radio, l'électrotechnique, diverses branches des communications et de la radio.

6. Histoire

La première preuve du lien entre les phénomènes électriques et magnétiques fut la découverte expérimentale par Oersted en 1819-1820 de la génération d'un champ magnétique par le courant électrique. Il a également exprimé l'idée d'une certaine interaction de processus électriques et magnétiques dans l'espace entourant le conducteur, mais sous une forme plutôt floue.

En 1831, Michael Faraday découvrit expérimentalement le phénomène et la loi de l'induction électromagnétique, qui devinrent la première preuve claire de la relation dynamique directe entre les champs électriques et magnétiques. Il a également développé (en relation avec les champs électriques et magnétiques) les fondamentaux de la notion de champ physique et quelques concepts théoriques de base permettant de décrire les champs physiques, et a également prédit l'existence d'ondes électromagnétiques en 1832.

En 1864, J. C. Maxwell publia pour la première fois le système complet d'équations de « l'électrodynamique classique » décrivant l'évolution du champ électromagnétique et son interaction avec les charges et les courants. Il a émis l’hypothèse théorique selon laquelle la lumière est une onde électromagnétique, c’est-à-dire objet de l’électrodynamique.

Électrodynamique… Dictionnaire d'orthographe-ouvrage de référence

Théorie classique (non quantique) du comportement du champ électromagnétique, qui réalise l'interaction entre l'électrique. charges (interaction électromagnétique). Lois classiques macroscopique E. sont formulés dans les équations de Maxwell, qui permettent... Encyclopédie physique

- (du mot électricité, et grec dinamis puissance). Partie de la physique qui traite de l'action des courants électriques. Dictionnaire de mots étrangers inclus dans la langue russe. Chudinov A.N., 1910. ÉLECTRODYNAMIQUE du mot électricité et grec. dynamisme, force... Dictionnaire des mots étrangers de la langue russe

Encyclopédie moderne

Électrodynamique- théorie classique des processus électromagnétiques non quantiques dans laquelle le rôle principal est joué par les interactions entre particules chargées dans divers milieux et sous vide. La formation de l'électrodynamique a été précédée par les travaux de C. Coulomb, J. Biot, F. Savart, ... ... Dictionnaire encyclopédique illustré

Théorie classique des processus électromagnétiques dans divers milieux et sous vide. Couvre un vaste ensemble de phénomènes dans lesquels le rôle principal est joué par les interactions entre particules chargées réalisées à travers un champ électromagnétique... Grand dictionnaire encyclopédique

L'ÉLECTRODYNAMIQUE, en physique, domaine qui étudie l'interaction entre les champs électriques et magnétiques et les corps chargés. Cette discipline a débuté au 19ème siècle. avec ses travaux théoriques James MAXWELL, elle devint plus tard membre de... ... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

ÉLECTRODYNAMIQUE, électrodynamique, bien d'autres. non, femme (voir électricité et dynamique) (physique). Département de physique, étudiant les propriétés du courant électrique, l'électricité en mouvement ; fourmi. électrostatique. Dictionnaire explicatif d'Ouchakov. D.N. Ouchakov. 1935 1940... Dictionnaire explicatif d'Ouchakov

ÉLECTRODYNAMIQUE, et, g. (spécialiste.). Théorie des processus électromagnétiques dans divers milieux et sous vide. Dictionnaire explicatif d'Ojegov. SI. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992… Dictionnaire explicatif d'Ojegov

Nom, nombre de synonymes : 2 dynamique (18) physique (55) Dictionnaire ASIS des synonymes. V.N. Trishin. 2013… Dictionnaire de synonymes

électrodynamique- - [A.S. Goldberg. Dictionnaire de l'énergie anglais-russe. 2006] Thèmes de l'ingénierie énergétique en général EN électrodynamique... Guide du traducteur technique

Livres

• Électrodynamique, A. E. Ivanov. Ce manuel se suffit à lui-même : il présente des conférences qui ont été données pendant plusieurs années par un professeur agrégé du centre pédagogique et scientifique spécialisé du MSTU. N.E. Bauman...
• Électrodynamique, Sergei Anatolyevich Ivanov. ...

Définition 1

L'électrodynamique est un domaine de la physique vaste et important qui étudie les propriétés classiques non quantiques du champ électromagnétique et le mouvement des charges magnétiques chargées positivement interagissant les unes avec les autres à l'aide de ce champ.

Figure 1. En bref sur l'électrodynamique. Author24 - échange en ligne de travaux d'étudiants

L'électrodynamique semble être un large éventail de formulations différentes de problèmes et de leurs solutions intelligentes, de méthodes approximatives et de cas particuliers, qui sont combinés en un tout par des lois et des équations initiales générales. Ces dernières, constituant l'essentiel de l'électrodynamique classique, sont présentées en détail dans les formules de Maxwell. Actuellement, les scientifiques continuent d'étudier les principes de ce domaine en physique, le squelette de sa construction et les relations avec d'autres domaines scientifiques.

La loi de Coulomb en électrodynamique est notée comme suit : $F= \frac (kq1q2) (r2)$, où $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$. L'équation de l'intensité du champ électrique s'écrit comme suit : $E= \frac (F)(q)$ et le flux du vecteur d'induction du champ magnétique $∆Ф=В∆S \cos (a)$.

En électrodynamique, les charges libres et les systèmes de charges, qui contribuent à l'activation d'un spectre énergétique continu, sont principalement étudiés. La description classique de l’interaction électromagnétique est favorisée par le fait qu’elle est déjà efficace dans la limite des basses énergies, lorsque le potentiel énergétique des particules et des photons est faible par rapport à l’énergie restante de l’électron.

Dans de telles situations, il n'y a souvent pas d'annihilation des particules chargées, puisqu'il n'y a qu'un changement progressif de leur état de mouvement instable suite à l'échange d'un grand nombre de photons de faible énergie.

Note 1

Cependant, même à des énergies élevées des particules dans le milieu, malgré le rôle important des fluctuations, l'électrodynamique peut être utilisée avec succès pour une description complète des caractéristiques et des processus macroscopiques statistiquement moyens.

Équations de base de l'électrodynamique

Les principales formules qui décrivent le comportement du champ électromagnétique et son interaction directe avec les corps chargés sont les équations de Maxwell, qui déterminent les actions probables d'un champ électromagnétique libre dans l'environnement et dans le vide, ainsi que la génération générale du champ par les sources.

Parmi ces dispositions en physique on peut souligner :

• Théorème de Gauss pour le champ électrique - destiné à déterminer la génération d'un champ électrostatique par des charges positives ;
• hypothèse de lignes de champ fermées - favorise l'interaction des processus au sein du champ magnétique lui-même ;
• Loi d'induction de Faraday - établit la génération de champs électriques et magnétiques par les propriétés variables de l'environnement.

En général, le théorème d'Ampère-Maxwell est une idée unique sur la circulation des lignes dans un champ magnétique avec l'ajout progressif de courants de déplacement introduits par Maxwell lui-même, qui détermine précisément la transformation du champ magnétique par les charges en mouvement et l'action alternative de le champ électrique.

Charge et force en électrodynamique

En électrodynamique, l'interaction de la force et de la charge du champ électromagnétique provient de la définition conjointe suivante de la charge électrique $q$, de l'énergie $E$ et des champs magnétiques $B$, qui sont établis comme une loi physique fondamentale basée sur l'ensemble ensemble de données expérimentales. La formule de la force de Lorentz (dans l'idéalisation d'une charge ponctuelle se déplaçant à une certaine vitesse) s'écrit avec le remplacement de la vitesse $v$.

Les conducteurs contiennent souvent une énorme quantité de charges, ces charges sont donc assez bien compensées : le nombre de charges positives et négatives est toujours égal. Par conséquent, la force électrique totale qui agit constamment sur le conducteur est également nulle. Les forces magnétiques agissant sur les charges individuelles dans un conducteur ne sont finalement pas compensées, car en présence de courant, les vitesses de déplacement des charges sont toujours différentes. L'équation de l'action d'un conducteur avec courant dans un champ magnétique peut s'écrire comme suit : $G = |v ⃗ |s \cos(a) $

Si nous étudions non pas un liquide, mais un flux complet et stable de particules chargées sous forme de courant, alors tout le potentiel énergétique traversant linéairement la zone pendant $1s$ sera l'intensité du courant égale à : $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $, où $ρ$ est la densité de charge (par unité de volume dans le flux total).

Note 2

Si le champ magnétique et électrique change systématiquement d'un point à l'autre sur un site précis, alors dans les expressions et formules d'écoulements partiels, comme dans le cas d'un liquide, les valeurs moyennes $E ⃗ $ et $B ⃗$ sur le site doit être saisi.

La place particulière de l'électrodynamique en physique

La position importante de l'électrodynamique dans la science moderne peut être confirmée par le célèbre ouvrage d'A. Einstein, dans lequel les principes et les fondements de la théorie restreinte de la relativité ont été exposés en détail. Le travail scientifique de ce scientifique exceptionnel s'intitule « Sur l'électrodynamique des corps en mouvement » et comprend un grand nombre d'équations et de définitions importantes.

En tant que domaine distinct de la physique, l'électrodynamique comprend les sections suivantes :

• la doctrine du champ des corps et particules physiques stationnaires mais chargés électriquement ;
• la doctrine des propriétés du courant électrique ;
• la doctrine de l'interaction du champ magnétique et de l'induction électromagnétique ;
• l'étude des ondes et des oscillations électromagnétiques.

Toutes les sections ci-dessus sont réunies en une seule par le théorème de D. Maxwell, qui a non seulement créé et présenté une théorie cohérente du champ électromagnétique, mais a également décrit toutes ses propriétés, prouvant ainsi son existence réelle. Les travaux de ce scientifique ont montré au monde scientifique que les champs électriques et magnétiques connus à cette époque ne sont que la manifestation d'un seul champ électromagnétique opérant dans différents systèmes de référence.

Une partie importante de la physique est consacrée à l’étude des phénomènes électrodynamiques et électromagnétiques. Ce domaine revendique en grande partie le statut de science à part entière, car il explore non seulement tous les modèles d'interactions électromagnétiques, mais les décrit également en détail à l'aide de formules mathématiques. Des recherches approfondies et à long terme en électrodynamique ont ouvert de nouvelles voies pour l'utilisation pratique des phénomènes électromagnétiques, pour le bénéfice de toute l'humanité.