電気力学はどの状態に対して重要な役割を果たしますか? 電気力学、公式

意味

電磁場と電磁相互作用は、と呼ばれる物理学の分野で研究されています。 電気力学.

古典的な電気力学では、電磁場の特性を研究し、説明します。 電磁場が電荷を持った物体と相互作用する法則を調べます。

電気力学の基本概念

静止媒体の電気力学の基礎はマクスウェル方程式です。 電気力学は、電磁場、電荷、電磁ポテンシャル、ポインティング ベクトルなどの基本概念に基づいて動作します。

電磁場は、帯電した物体が他の物体と相互作用するときに現れる特別な種類の物質です。 電磁場を考えるとき、多くの場合、その構成要素である電場と磁場が区別されます。 電場は電荷または交流磁場を生成します。 磁場は、電荷 (荷電体) が移動するとき、および時間的に変化する電場の存在下で発生します。

電磁ポテンシャルは、空間内の電磁場の分布を決定する物理量です。

電気力学は次のように分類されます。 静磁気; 連続体の電気力学。 相対論的電気力学。

ポインティング ベクトル (Umov-Poynting Vector) は、電磁場のエネルギー束密度のベクトルである物理量です。 このベクトルの大きさは、電磁エネルギーの伝播方向に垂直な単位表面積を通じて単位時間当たりに伝達されるエネルギーに等しい。

電気力学は、光学 (科学の一分野として) と電波の物理学の研究と開発の基礎を形成します。 この科学分野は、無線工学と電気工学の基礎です。

古典電気力学では、電磁場の特性とその相互作用の原理を記述する際に、マクスウェルの方程式系 (積分形式または微分形式) を使用し、これを材料方程式系、境界条件、および初期条件で補足します。

マクスウェルの構造方程式

マクスウェル方程式系は、電気力学において古典力学におけるニュートンの法則と同じ意味を持ちます。 マクスウェル方程式は、多数の実験データを一般化した結果として得られました。 マクスウェルの構造方程式は、積分または微分形式で記述され、ベクトルと物質の電気的および磁気的特性を特徴付けるパラメーターを結び付ける材料方程式に区別されます。

積分形式のマクスウェルの構造方程式 (SI 系):

ここで、 は磁場強度ベクトルです。 は電流密度ベクトルです。 - 電気変位ベクトル。 式 (1) は磁場の生成の法則を反映しています。 磁場は、電荷が移動するとき（電流）、または電場が変化するときに発生します。 この方程式はビオ・サバール・ラプラスの法則を一般化したものです。 式(1)は磁場循環定理と呼ばれます。

ここで、 は磁場誘導ベクトルです。 - 電界強度ベクトル。 L は、電界強度ベクトルが循環する閉ループです。 方程式 (2) の別名は、電磁誘導の法則です。 式（２）は、交番磁場により渦電場が発生することを意味する。

電荷はどこにありますか。 - 電荷密度。 式 (3) はオストログラドスキー・ガウスの定理と呼ばれます。 電荷は電場の発生源であり、無料の電荷が存在します。

式 (4) は、磁場が渦であることを示しています。 磁荷は自然界には存在しません。

マクスウェルの微分形式の構造方程式 (SI システム):

ここで、 は電界強度ベクトルです。 - 磁気誘導のベクトル。

ここで、 は磁場強度ベクトルです。 - 誘電変位ベクトル; - 電流密度ベクトル。

ここで、 は電荷分布密度です。

マクスウェルの微分形式の構造方程式は、空間内の任意の点における電磁場を決定します。 電荷と電流が空間内に連続的に分布している場合、マクスウェル方程式の積分形式と微分形式は等価です。 ただし、不連続面がある場合は、積分形式でマクスウェル方程式を記述する方がより一般的です。

マクスウェル方程式の積分形式と微分形式の数学的等価性を実現するために、微分表記に境界条件が追加されます。

マクスウェルの方程式から、交流磁場は交流電場を生成し、その逆も同様であることがわかります。つまり、これらの場は分離できず、単一の電磁場を形成します。 電場の発生源は、電荷または時間変化する磁場のいずれかです。 磁場は、電荷 (電流) の移動または交流電場によって励起されます。 マクスウェルの方程式は、電場と磁場に関して対称ではありません。 これは、電荷は存在するが、磁荷は存在しないために起こります。

材料方程式

マクスウェルの構造方程式系には、物質の電気的および磁気的特性を特徴付けるパラメータとベクトルの関係を反映する材料方程式が追加されています。

ここで、 は比誘電率、 は比透磁率、 は比導電率、 は電気定数、 は磁気定数です。 この場合の媒体は、等方性、非強磁性、非強誘電性であると考えられます。

問題解決の例

例 1

エクササイズ マクスウェル方程式系から連続方程式の微分形式を導出します。
解決 問題を解決するための基礎として、次の方程式を使用します。

ここで、 は閉じた輪郭 L が置かれる任意の表面の面積です (1.1) から、次のようになります。

無限小の輪郭を考えてみましょう。

表面が閉じているため、式 (1.2) は次のように書き換えることができます。

別のマクスウェル方程式を書いてみましょう。

式 (1.5) を時間に関して微分すると、次のようになります。

式 (1.4) を考慮すると、式 (1.5) は次のように表すことができます。

積分形式で連続方程式 (1.5) が得られました。 連続方程式の微分形式に進むために、極限まで見てみましょう。

連続方程式を微分形式で取得しました。

電気力学の基礎。 静電気


電気力学の基礎

電気力学- 電磁場の特性の科学。

電磁場- 荷電粒子の動きと相互作用によって決定されます。

電場・磁場の発現- これは電気/磁気力の作用です:
1) 大宇宙における摩擦力と弾性力。
2) 小宇宙における電気/磁気力の作用 (原子構造、原子と分子の結合、
素粒子の変換）

電場・磁場の発見- J. マクスウェル。


静電気

電気力学の分野では、静止した状態で帯電した物体を研究します。

素粒子電子メールがあるかもしれない 電荷がある場合、それらは電荷と呼ばれます。
- 粒子間の距離に依存する力で相互作用します。
しかし、相互の重力の力の何倍も超えています（この相互作用は
電磁）。

Eメール 充電- 物理的な 値は電気/磁気相互作用の強度を決定します。
電荷には正と負の 2 つの符号があります。
同じ電荷を持った粒子は反発し、異なる電荷を持った粒子は引き合います。
陽子は正の電荷を持ち、電子は負の電荷を持ち、中性子は電気的に中性です。

初級料金- 分割できない最低料金。
自然界における電磁力の存在をどのように説明できますか?
- すべての物体には荷電粒子が含まれています。
体の通常の状態では、el。 中性（原子が中性であるため）、電気的/磁気的。 力が発揮されない。

本体が充電されている、何らかの兆候の超過料金がある場合:
マイナスに帯電 - 電子が過剰な場合。
正に帯電 - 電子が不足している場合。

身体の帯電- これは、例えば接触によって帯電した物体を入手する方法の 1 つです)。
この場合、両方の物体が帯電しており、その電荷の符号は反対ですが、大きさは等しいです。


電荷保存則。

閉じた系では、すべての粒子の電荷の代数和は変化しません。
(...ただし、素粒子の変換があるため、荷電粒子の数ではありません)。

クローズドシステム

荷電粒子が外部から侵入せず、外部からも出ない粒子系。

クーロンの法則

静電気の基本法則。

真空中の 2 点静止荷電体間の相互作用力は正比例します。
充電モジュールの積であり、モジュール間の距離の二乗に反比例します。

いつ ボディは点ボディとみなされます? - それらの間の距離が物体の大きさよりも何倍も大きい場合。
2 つの物体が電荷を持っている場合、それらはクーロンの法則に従って相互作用します。



電荷の単位
1 C は、1 A の電流で 1 秒間に導体の断面を通過する電荷です。
1 C は非常に大きな電荷です。
エレメントチャージ:

電界

物質的には、周囲に電荷が存在します。
電場の主な性質: 電場の中に導入された電荷に対する力の作用。

静電界- 定常電荷の場は時間とともに変化しません。

電界強度。- elの定量的特性。 田畑。
導入された点電荷に場が作用する力と、この電荷の大きさの比です。
- 導入された電荷の大きさには依存しませんが、電場を特徴づけます。

張力ベクトルの方向
正の電荷に作用する力ベクトルの方向と一致し、負の電荷に作用する力の方向とは反対です。

点電界強度:


ここで、q0 は電場を生成する電荷です。
フィールド内のどの点でも、強度は常にこの点と q0 を結ぶ直線に沿って方向付けられます。

電気容量

2 つの導体の電荷を蓄積する能力を特徴付けます。
- q と U には依存しません。
- 導体の幾何学的寸法、その形状、相対位置、導体間の媒体の電気的特性に依存します。

SI 単位: (F - ファラド)

コンデンサー

電荷を蓄える電気機器
(誘電体層によって分離された 2 つの導体)。

ここで、d は導体の寸法よりもはるかに小さいです。

電気図上の指定:


電界全体がコンデンサ内に集中します。
コンデンサの電荷は、コンデンサ プレートの 1 つの電荷の絶対値です。

コンデンサの種類:
1. 誘電体の種類別: 空気、マイカ、セラミック、電解
2. プレートの形状に応じて: 平ら、球形。
3. 容量別: 一定、可変 (調整可能)。



フラットコンデンサの電気容量

ここで、Sはコンデンサのプレート（メッキ）の面積です
d - プレート間の距離
eo - 電気定数
e - 誘電体の誘電率

電気回路にコンデンサを含める

平行

一連

次に、総電気容量 (C) は次のようになります。

並列接続時

.

直列に接続した場合

DC AC 接続

電気- 荷電粒子 (自由電子またはイオン) の規則正しい動き。
この場合、電気は導体の断面を通って伝達されます。 電荷 (荷電粒子の熱運動中、正と負の電荷が補償されるため、転送された総電荷 = 0)。

電子メールの方向性 現在- 正に帯電した粒子の移動方向 (+ から - へ) を考慮することが従来から受け入れられています。

電子メールのアクション 電流(導体中):

電流の熱影響- 導体の加熱（超電導体を除く）。

電流の化学的影響 -電解質中にのみ存在し、電解質を構成する物質が電極上に放出されます。

電流の磁気効果(メイン) - すべての導体で観察されます (電流による導体の近くの磁針の偏向と、磁場を介して隣接する導体に及ぼす電流の力の影響)。

回路セクションのオームの法則

ここで、R は回路部分の抵抗です。 (導体自体も回路の一部とみなすことができます)。

各導体は、独自の特定の電流-電圧特性を持っています。

抵抗

導体の基本的な電気的特性。
- オームの法則によれば、この値は特定の導体に対して一定です。

1 オームは、両端に電位差がある導体の抵抗です。
1 V での電流強度は 1 A です。

抵抗は導体の特性のみに依存します。

ここで、Sは導体の断面積、lは導体の長さ、
ro - 導体物質の特性を特徴付ける抵抗率。


電気回路

それらは、電源、電流の消費者、ワイヤ、およびスイッチで構成されます。

導体の直列接続

I - 回路内の電流強度
U - 回路セクションの両端の電圧

導体の並列接続

I - 回路の分岐されていないセクションの電流強度
U - 回路セクションの両端の電圧
R - 回路セクションの合計抵抗

測定器がどのように接続されているかを思い出してください。

電流計 - 電流が測定される導体と直列に接続されています。

電圧計 - 電圧が測定される導体に並列に接続されます。

直流動作

現在の仕事- これは、導体に沿って電荷を移動させる電場の働きです。

回路の一部で電流によって行われる仕事は、仕事が行われた間の電流、電圧、時間の積に等しくなります。

回路のセクションのオームの法則の公式を使用すると、電流の仕事を計算するための公式のいくつかのバージョンを作成できます。

エネルギー保存の法則によれば、次のようになります。

仕事は回路のセクションのエネルギーの変化に等しいため、導体によって放出されるエネルギーは電流の仕事に等しい。

SI システムでは次のようになります。

ジュール・レンツの法則

電流が導体を通過すると、導体は加熱され、環境との熱交換が発生します。 導体は周囲の物体に熱を放出します。

環境に電流を流す導体によって放出される熱の量は、電流の強さの二乗、導体の抵抗、および電流が導体を通過する時間の積に等しくなります。

エネルギー保存則によれば、導体から放出される熱の量は、同時に導体を流れる電流によって行われる仕事に数値的に等しくなります。

SI システムでは次のようになります。

[Q] = 1J

直流電源

この時間間隔に対する、時間 t 中に電流によって行われた仕事の比率。

SI システムでは次のようになります。

超電導現象

低温超伝導の発見：
1911年 - オランダの科学者カメルリング - オンネス
超低温 (25 K 以下) で多くの金属や合金で観察されます。
このような温度では、これらの物質の抵抗率は無視できるほど小さくなります。

1957 年に、超伝導現象の理論的説明が行われました。
クーパー (アメリカ)、ボゴリュボフ (ソ連)

1957年 コリンズの実験: 電流源のない閉回路の電流は 2.5 年間止まらなかった。

1986 年に、高温超伝導 (100 K) が発見されました (金属セラミックス)。


超電導実現の難しさ：
- 物質を強力に冷却する必要性


応用分野:
- 強力な磁場を得る。
- 加速器と発電機内の超電導巻線を備えた強力な電磁石。

現在、エネルギー分野では、 大問題
- 送電時の電力損失が大きい彼女を電信で。


考えられる解決策問題点:
超電導の場合、導体の抵抗はほぼ0になります。
そしてエネルギー損失が大幅に減少します。

超伝導温度が最も高い物質
1988 年に米国で -148°C の温度で超伝導現象が得られました。 導体はタリウム、カルシウム、バリウム、銅の酸化物の混合物、Tl2Ca2Ba2Cu3Oxでした。

半導体 -

抵抗率が広範囲で変化する物質で、温度が上昇すると非常に急速に減少します。これは、電気伝導率 (1/R) が増加することを意味します。
- シリコン、ゲルマニウム、セレン、および一部の化合物で観察されます。

伝導機構半導体で

半導体結晶には原子結晶格子があり、外部の電子が共有結合によって隣接する原子に結合しています。
低温では、純粋な半導体は自由電子を持たず、絶縁体のように動作します。

真空中の電流

真空とは何ですか?
- これは、分子の衝突が実質的に存在しないガスの希薄化の度合いです。

電流は不可能なので、 可能な数のイオン化分子が導電性を提供することはできません。
- 荷電粒子源を使用すれば、真空中で電流を作り出すことが可能です。
- 荷電粒子源の作用は、熱電子放出の現象に基づいている可能性があります。

熱電子放出

- これは、固体または液体の物体が、目に見える熱い金属の輝きに対応する温度まで加熱されたときの電子の放出です。
加熱された金属電極は継続的に電子を放出し、その周囲に電子雲を形成します。
平衡状態では、電極から出た電子の数は、電極に戻ってきた電子の数に等しくなります (電子が失われると電極は正に帯電するため)。
金属の温度が高くなると、電子雲の密度が高くなります。

真空ダイオード

真空管では真空中での電流が可能です。
真空管は熱電子放出現象を利用した装置です。

真空ダイオードは 2 つの電極 (A - アノードと K - カソード) の電子管です。
ガラス容器内には非常に低い圧力が発生します

H - 陰極を加熱するために陰極の内側に配置されたフィラメント。 加熱された陰極の表面は電子を放出します。 アノードを電流源の+に接続し、カソードを-に接続すると、回路は流れます。
一定の熱電子電流。 真空ダイオードは一方向の導電性を持っています。
それらの。 アノード電位がカソード電位よりも高い場合、アノードに電流が流れる可能性があります。 この場合、電子雲からの電子が陽極に引き寄せられ、真空中に電流が発生します。

真空ダイオードの電流-電圧特性。

アノード電圧が低いと、カソードから放出された電子がすべてアノードに到達するわけではなく、電流は小さくなります。 高電圧では、電流は飽和に達します。 最大値。
真空ダイオードは交流を整流するために使用されます。

ダイオード整流器の入力電流:


整流器出力電流:

電子線

これは、真空管やガス放電装置内を高速で飛行する電子の流れです。

電子線の性質:

電場では偏向します。
- ローレンツ力の影響下で磁場内で偏向します。
- 物質に当たるビームが減速されると、X 線放射が発生します。
- 一部の固体および液体 (発光団) の輝き (発光) を引き起こします。
- 物質に接触すると加熱されます。

陰極線管 (CRT)

熱電子放出現象と電子線の性質を利用します。

CRT は電子銃、水平偏向器、垂直偏向器で構成されています。
電極板とスクリーン。
電子銃では、加熱された陰極によって放出された電子は制御グリッド電極を通過し、陽極によって加速されます。 電子銃は電子ビームを点に集束させ、画面上の光の明るさを変化させます。 偏向水平プレートと垂直プレートを使用すると、画面上の電子ビームを画面上の任意の点に移動できます。 真空管スクリーンは、電子が衝突すると発光し始める蛍光体でコーティングされています。

チューブには次の 2 種類があります。

１）電子ビームの静電制御（電場のみによる電子ビームの偏向）。
2) 電磁制御付き (磁気偏向コイルが追加されます)。

CRT の主な用途:

テレビ機器の受像管。
コンピュータのディスプレイ。
測定技術における電子オシロスコープ。

気体中の電流

通常の状態では、ガスは誘電体です。 それは中性の原子と分子で構成されており、電流の自由キャリアを含みません。
導体ガスはイオン化ガスである。 イオン化したガスは電子イオン伝導性を持っています。

空気は、電力線、エアコンデンサ、接点スイッチの誘電体です。

雷が落ちたり、電気火花が発生したり、溶接アークが発生したりする場合、空気は導体となります。


ガスイオン化

これは、原子から電子を除去することにより、中性の原子または分子が陽イオンと電子に分解されることです。 イオン化は、ガスが加熱されるか放射線 (UV、X 線、放射性物質) にさらされると発生します。これは、高速での衝突中の原子や分子の崩壊によって説明されます。

ガスの排出

これはイオン化したガス中の電流です。
電荷担体は正イオンと電子です。 ガス放電管 (ランプ) が電場または磁場にさらされると、ガス放電が観察されます。

荷電粒子の再結合


- イオン化が停止すると、ガスは導体でなくなります。これは再結合 (逆に荷電した粒子の再結合) の結果として発生します。

ガスの放出には、自立的ガス放出と非自立的ガス放出があります。

非自立的なガス放出

イオナイザーの動作を停止すると放電も停止します。

放電が飽和に達すると、グラフは水平になります。 ここで、ガスの電気伝導度はイオナイザーの作用によってのみ生じます。

自立的なガス排出

この場合、インパクトイオン化（＝電気ショックによるイオン化）によるイオンや電子により、外部イオナイザーの停止後もガス放電が継続します。 電極間の電位差が増加すると発生します（電子なだれが発生します）。
Ua = U点火の場合、非自立的ガス放電は自立的ガス放電に変化する可能性があります。

ガスの電気的故障

非自立的なガス放電が自立的なガス放電に移行するプロセス。

自己持続的なガス放出が発生する 4種類：

1. くすぶり - 低圧 (最大数 mm Hg) - ガスライト管やガスレーザーで観察されます。
2. スパーク - 常圧および高電界強度で (雷 - 最大数十万アンペアの電流強度)。
3. コロナ - 常圧、不均一な電場 (先端)。
4. アーク - 高電流密度、電極間の低電圧（アーク チャネル内のガス温度 -5000 ～ 6000 ℃）。 スポットライトや映写フィルム装置で観察されます。

次のような放電が観察されます。

くすぶり - 蛍光灯の中で。
スパーク - 稲妻の中で。
コロナ - 電気集塵機内、エネルギー漏洩中。
アーク - 溶接中、水銀灯内。


プラズマ

高温、高速で分子が衝突し、イオン化度の高い物質が凝集する4番目の状態です。 自然界に見られるもの: 電離層 - 弱電離プラズマ、太陽 - 完全電離プラズマ。 人工プラズマ - ガス放電ランプ内。

プラズマには次のようなものがあります。

低温 - 100,000K 未満の温度。
高温 - 100,000Kを超える温度。

プラズマの基本的な性質:

高い導電性
- 外部の電場および磁場との強い相互作用。

ある温度で

あらゆる物質はプラズマ状態にあります。

興味深いことに、宇宙の物質の99％はプラズマです

テスト用のテスト問題



プラン：

    導入
  • 1 基本概念
  • 2 基本方程式
  • 3 電気力学の内容
  • 4 電気力学のセクション
  • 5 応用価値
  • 6 歴史

導入

電気力学- 最も一般的な場合の電磁場 (つまり、時間依存の可変場が考慮されます) と、電荷を持つ物体との電磁場との相互作用 (電磁相互作用) を研究する物理学の分野。 電気力学の主題には、電気現象と磁気現象、電磁放射（さまざまな条件、自由な場合と物質との相互作用のさまざまな場合の両方）、電流（一般的に言えば、可変）、および電磁場との相互作用（電流）の間の関係が含まれます。これが移動する荷電粒子の集合のような場合に考えることができます)。 現代物理学では、荷電物体間の電気的および磁気的相互作用は電磁場を通じて起こると考えられており、したがって電気力学の対象でもあります。

ほとんどの場合、この用語の下で 電気力学デフォルトでは、古典的な (量子効果に影響を与えない) 電気力学が理解されています。 電磁場と荷電粒子との相互作用に関する現代の量子理論を表すには、通常、安定した用語である量子電気力学が使用されます。


1. 基本的な考え方

電気力学で使用される基本概念には次のものがあります。

  • 電磁場は、荷電した物体と相互作用するときに現れる物質の一種である電気力学の研究の主な対象です。 歴史的には次の 2 つの分野に分かれています。
    • 電場 - 帯電した物体または交流磁場によって生成され、帯電した物体に影響を与えます。
    • 磁場 - 移動する荷電体、スピンを伴う荷電体、および交流電場によって生成され、移動する電荷およびスピンを伴う荷電体に影響を与えます。
  • 電荷は、物体が電磁場を生成したり、電磁場と相互作用したりできるようにする物体の特性です。
  • 電磁ポテンシャルは、空間内の電磁場の分布を完全に決定する 4 ベクトルの物理量です。 ハイライト:
    • 静電ポテンシャル - 4 ベクトルの時間成分
    • ベクトル ポテンシャルは、4 ベクトルの残りの成分によって形成される 3 次元ベクトルです。
  • ポインティングベクトルとは、電磁場のエネルギー束密度を意味するベクトル物理量である。

2. 基本方程式

電磁場の挙動と荷電物体との相互作用を記述する基本方程式は次のとおりです。

  • マクスウェル方程式。真空および媒体内の自由電磁場の挙動、および発生源による場の生成を決定します。 これらの方程式には次のようなものがあります。
    • ファラデーの誘導の法則。交流磁場による電場の生成を決定します。
    • マクスウェルによって導入された変位電流を加えた磁場循環定理は、電荷の移動と交流電場による磁場の生成を決定します。
    • 電場に関するガウスの定理。電荷による静電場の生成を決定します。
    • 磁力線の閉鎖の法則。
  • 電磁場内の電荷に作用する力を決定するローレンツ力の式。
  • ジュール・レンツの法則。有限の伝導率を持つ伝導媒体内に電界が存在する場合の、伝導媒体内での熱損失の量を決定します。

特に重要な式は次のとおりです。

  • クーロンの法則。電場のガウスの定理とローレンツ力を組み合わせたもので、2 つの点電荷の静電相互作用を決定します。
  • アンペールの法則。磁場に置かれた基本電流に作用する力を決定します。
  • ポインティングの定理。電気力学におけるエネルギー保存の法則を表します。

3. 電気力学の内容

古典的な電気力学の主な内容は、電磁場の特性と荷電体との相互作用の説明です (荷電体は電磁場を「生成」し、その「源」であり、電磁場は次に荷電体に作用して、電磁力）。 この説明は、電荷、電場、磁場、電磁ポテンシャルなどの基本的な物体と量を定義することに加えて、何らかの形でのマクスウェル方程式とローレンツ力の公式に還元され、いくつかの関連問題にも触れています (数理物理学、アプリケーション、電流密度ベクトルや経験的なオームの法則など、アプリケーションにとって重要な補助量および補助公式に関連します。 この説明には、エネルギー密度、ポインティング ベクトルなどの公式を含む、電磁場によるエネルギー、運動量、角運動量の保存と伝達の問題も含まれます。

場合によっては、電気力学的効果 (静電効果とは対照的に) は、電磁場の挙動の一般的な場合 (たとえば、変化する電界と磁界の間の動的関係) と静的な場合との間の重要な違いとして理解されることがあります。静的なケースは、説明、理解、計算がはるかに簡単です。


4. 電気力学のセクション

  • 静電気学は、静電（時間とともに変化しないか、または上記の意味での「電気力学的効果」が無視できるほどゆっくりと変化する）電場の特性と、その電荷を帯びた物体（電荷）との相互作用を説明します。
  • 静磁気学では、直流と一定の磁場 (磁場は時間の経過とともに変化しないか、または変化の速度が計算で無視できるほどゆっくりと変化します)、およびそれらの相互作用を研究します。
  • 連続電気力学では、連続媒体内の電磁場の挙動を調べます。
  • 相対論的電気力学では、移動する媒体内の電磁場を考慮します。

5. 応用価値

電気力学は物理光学、電波伝播の物理学の基礎を成しており、また、物理学のほぼすべての分野が電場と電荷、そして多くの場合それらの重要な急速な変化と動きを扱わなければならないため、ほぼすべての物理学に浸透しています。 さらに、電気力学は典型的な物理理論 (古典バージョンと量子バージョンの両方) であり、非常に高い精度の計算と予測を、その分野で生まれた理論的アイデアが理論物理学の他の分野に与える影響と組み合わせています。

電気力学は技術において非常に重要であり、無線工学、電気工学、通信および無線のさまざまな分野の基礎を形成します。


6. 歴史

電気現象と磁気現象の間の関係の最初の証明は、1819 年から 1820 年にかけて電流による磁場の生成に関するエルステッドの実験的発見でした。 彼はまた、導体の周囲の空間における電気的プロセスと磁気的プロセスの何らかの相互作用のアイデアを表現しましたが、その形式はかなり不明瞭でした。

1831 年、マイケル ファラデーは電磁誘導の現象と法則を実験的に発見しました。これは、電界と磁界の直接的な動的関係の最初の明確な証拠となりました。 彼はまた、（電場と磁場に関連して）物理場の概念の基礎と、物理場の記述を可能にするいくつかの基本的な理論概念を開発し、1832 年に電磁波の存在も予測しました。

1864 年、J. C. マクスウェルは、電磁場の進化と電荷および電流との相互作用を記述する「古典電気力学」の完全な方程式系を初めて発表しました。 彼は、光は電磁波であるという理論に基づいた仮定を立てました。 電気力学の対象。

電気力学... スペル辞書の参考書

電気間の相互作用を実行する電磁場の挙動に関する古典理論 (非量子)。 電荷（電磁相互作用）。 古典法則 巨視的 E. マクスウェルの方程式で定式化されるため、... 物理百科事典

- (電気という言葉とギリシャ語のディナミス電力から) 電流の作用を扱う物理学の一部。 ロシア語に含まれる外来語の辞典。 Chudinov A.N.、1910年。電気という言葉とギリシャ語からの電気力学。 ダイナミズム、力強さ… ロシア語外来語辞典

現代の百科事典

電気力学- 古典的な、非量子電磁過程の理論。主な役割は、さまざまな媒体や真空中の荷電粒子間の相互作用によって演じられます。 電気力学の形成は、C. Coulomb、J. Biot、F. Savart などの研究によって先行されました。 図解百科事典

さまざまな媒体および真空における電磁プロセスの古典的な理論。 電磁場を通じて行われる荷電粒子間の相互作用が主な役割を果たす一連の膨大な現象をカバーします。 大百科事典

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電気力学、および g. （スペシャリスト。）。 さまざまな媒体および真空における電磁プロセスの理論。 オジェゴフの解説辞典。 S.I. オジェゴフ、N.Yu。 シュベドワ。 1949 1992 … オジェゴフの解説辞典

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本

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定義 1

電気力学は、電磁場の古典的な非量子特性と、この場を使用して相互作用する正に帯電した磁荷の動きを研究する物理学の巨大かつ重要な分野です。

図 1. 電気力学について簡単に説明します。 Author24 - 学生の作品をオンラインで交換する

電気力学は、問題のさまざまな定式化とその知的な解決策、近似法と特殊なケースを、一般的な初期法則と方程式によって 1 つの全体に結合したものであるように見えます。 後者は古典電気力学の主要部分を構成しており、マクスウェルの公式で詳細に示されています。 現在、科学者たちは物理学におけるこの分野の原理、その構造の骨格、他の科学分野との関係について研究を続けています。

電気力学におけるクーロンの法則は次のように表されます: $F= \frac (kq1q2) (r2)$、ここで $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$。 電界強度方程式は $E= \frac (F)(q)$、磁界誘導ベクトルの磁束 $∆Ф=В∆S \cos (a)$ と表されます。

電気力学では、連続エネルギースペクトルの活性化に寄与する自由電荷と電荷系が主に研究されます。 電磁相互作用の古典的な説明は、粒子や光子のエネルギーポテンシャルが電子の静止エネルギーに比べて小さい低エネルギー限界においてすでに有効であるという事実によって支持されています。

このような状況では、多数の低エネルギー光子の交換の結果として荷電粒子の不安定な運動の状態が徐々に変化するだけであるため、荷電粒子の消滅は起こらないことがよくあります。

注1

しかし、媒質中の粒子のエネルギーが高い場合でも、変動の重要な役割にもかかわらず、電気力学は統計的に平均的な巨視的な特性とプロセスの包括的な記述にうまく使用できます。

電気力学の基本方程式

電磁場の挙動と荷電体との直接的な相互作用を記述する主な公式はマクスウェル方程式であり、媒体および真空における自由電磁場の起こり得る作用と、発生源による場の一般的な生成を決定します。

物理学におけるこれらの規定の中で、次の点を強調することができます。

  • 電場に関するガウスの定理 - 正電荷による静電場の生成を決定することを目的としています。
  • 閉じた磁力線の仮説 - 磁場自体内のプロセスの相互作用を促進します。
  • ファラデーの誘導の法則 - 環境の可変特性による電界と磁界の生成を確立します。

一般に、アンペール・マクスウェルの定理は、マクスウェル自身によって導入された変位電流を徐々に追加することで磁場内の線の循環に関するユニークなアイデアであり、電荷の移動と磁場の交互作用による磁場の変換を正確に決定します。電場。

電気力学における電荷と力

電気力学では、電磁場の力と電荷の相互作用は、電荷 $q$、エネルギー $E$、磁場 $B$ の次の共同定義から生じます。これらは、全体的な原理に基づく基本的な物理法則として確立されています。実験データのセット。 ローレンツ力の公式 (特定の速度で移動する点電荷の理想化の範囲内) は、速度 $v$ を置き換えて記述されます。

導体には膨大な量の電荷が含まれていることが多いため、これらの電荷は十分に補償されます。つまり、正電荷と負電荷の数は常に互いに等しくなります。 したがって、導体に常時作用する電気力の総和もゼロとなります。 電流が存在する場合、電荷の移動速度は常に異なるため、導体内の個々の電荷に作用する磁力は最終的には補償されません。 磁場中の電流による導体の作用の方程式は次のように書くことができます: $G = |v ⃗ |s \cos(a) $

液体ではなく、電流としての荷電粒子の完全で安定した流れを研究する場合、$1s$ の間その領域を直線的に通過するエネルギー ポテンシャル全体は、次の電流の強さに等しくなります。 $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $、ここで $ρ$ は電荷密度 (総流量の単位体積あたり) です。

注2

磁場と電場が特定の場所で点から点へと体系的に変化する場合、液体の場合と同様に、部分流れの式と式では、$E ⃗ $ と $B ⃗$ の平均値が決まります。サイトを入力する必要があります。

物理学における電気力学の特別な位置

現代科学における電気力学の重要な位置は、特殊相対性理論の原理と基礎が詳細に概説された A. アインシュタインの有名な著作を通じて確認できます。 この傑出した科学者の科学的研究は「移動体の電気力学について」と呼ばれており、膨大な数の重要な方程式と定義が含まれています。

物理学の別の分野として、電気力学は次のセクションで構成されます。

  • 静止しているが帯電した物理的物体と粒子の分野の教義。
  • 電流の性質に関する理論。
  • 磁場と電磁誘導の相互作用の理論。
  • 電磁波と振動の研究。

上記のすべてのセクションは、D. マクスウェルの定理によって 1 つにまとめられています。マクスウェルは、電磁場の一貫した理論を作成して提示しただけでなく、そのすべての特性を記述し、その実在を証明しました。 この特定の科学者の研究は、当時知られていた電場と磁場が、異なる基準系で動作する単一の電磁場の現れにすぎないことを科学界に示しました。

物理学の重要な部分は、電気力学と電磁現象の研究に当てられています。 この分野は、電磁相互作用のすべてのパターンを調査するだけでなく、それらを数式を通じて詳細に説明するため、主に独立した科学の地位を主張します。 電気力学の深く長期にわたる研究により、全人類の利益のために電磁現象を実際に利用するための新しい道が開かれました。