어떤 상태에서 전기역학이 중요한 역할을 합니까? 전기역학, 공식

정의

전자기장과 전자기 상호 작용은 다음과 같은 물리학 분야에서 연구됩니다. 전기역학.

고전전기역학은 전자기장의 특성을 연구하고 설명합니다. 전자기장이 전하를 지닌 물체와 상호 작용하는 법칙을 조사합니다.

전기역학의 기본 개념

고정 매체의 전기역학의 기초는 Maxwell의 방정식입니다. 전기 역학은 전자기장, 전하, 전자기 전위, 포인팅 벡터와 같은 기본 개념으로 작동합니다.

전자기장은 하나의 충전된 몸체가 다른 몸체와 상호 작용할 때 나타나는 특별한 유형의 물질입니다. 종종 전자기장을 고려할 때 그 구성 요소는 전기장과 자기장으로 구분됩니다. 전기장은 전하 또는 교류 자기장을 생성합니다. 자기장은 전하(대전체)가 움직일 때 그리고 시간에 따라 변하는 전기장이 있을 때 발생합니다.

전자기 전위는 공간에서 전자기장의 분포를 결정하는 물리량입니다.

전기 역학은 다음과 같이 구분됩니다. 정전기; 정자기학; 연속체의 전기역학; 상대론적 전기역학.

포인팅 벡터(Umov-Poynting 벡터)는 전자기장의 에너지 플럭스 밀도의 벡터인 물리량이다. 이 벡터의 크기는 전자기 에너지의 전파 방향에 수직인 단위 표면적을 통해 단위 시간당 전달되는 에너지와 같습니다.

전기역학은 광학(과학의 한 분야) 연구 및 개발과 전파 물리학의 기초를 형성합니다. 이 과학 분야는 무선 공학 및 전기 공학의 기초입니다.

고전 전기역학은 전자기장의 특성과 상호 작용 원리를 설명할 때 Maxwell의 방정식 시스템(적분 또는 미분 형식)을 사용하고 이를 재료 방정식 시스템, 경계 및 초기 조건으로 보완합니다.

맥스웰의 구조방정식

맥스웰의 방정식 시스템은 고전 역학에서 뉴턴의 법칙과 마찬가지로 전기 역학에서도 동일한 의미를 갖습니다. 맥스웰 방정식은 수많은 실험 데이터를 일반화한 결과 얻어졌다. Maxwell의 구조 방정식은 적분 또는 미분 형태로 작성되며 물질의 전기적 및 자기적 특성을 특성화하는 매개변수와 벡터를 연결하는 물질 방정식으로 구별됩니다.

적분 형식의 Maxwell 구조 방정식(SI 시스템):

자기장 강도 벡터는 어디에 있습니까? 전류 밀도 벡터입니다. - 전기 변위 벡터. 식 (1)은 자기장 생성 법칙을 반영합니다. 자기장은 전하가 이동하거나(전류) 전기장이 변할 때 발생합니다. 이 방정식은 Biot-Savart-Laplace 법칙을 일반화한 것입니다. 방정식 (1)을 자기장 순환 정리라고합니다.

자기장 유도 벡터는 어디에 있습니까? - 전기장 강도 벡터; L은 전기장 강도 벡터가 순환하는 폐루프입니다. 방정식 (2)의 또 다른 이름은 전자기 유도 법칙입니다. 식 (2)는 교번 자기장으로 인해 와류 전기장이 발생함을 의미한다.

전하는 어디에 있습니까? - 전하 밀도. 방정식 (3)은 Ostrogradsky-Gauss 정리라고 불립니다. 전하는 전기장의 원천이므로 공짜 전하가 있다.

식 (4)는 자기장이 소용돌이임을 나타냅니다. 자기 전하는 자연적으로 존재하지 않습니다.

Maxwell의 미분 형태의 구조 방정식(SI 시스템):

전계 강도 벡터는 어디에 있습니까? - 자기 유도 벡터.

자기장 강도 벡터는 어디에 있습니까? - 유전 변위 벡터; - 전류 밀도 벡터.

전하 분포 밀도는 어디에 있습니까?

미분 형태의 Maxwell 구조 방정식은 공간의 모든 지점에서 전자기장을 결정합니다. 전하와 전류가 공간에 연속적으로 분포되면 Maxwell 방정식의 적분 및 미분 형식은 동일합니다. 그러나 불연속면이 있는 경우 Maxwell 방정식을 적분하는 형태가 더 일반적입니다.

Maxwell 방정식의 적분 형식과 미분 형식의 수학적 동등성을 달성하기 위해 미분 표기법에 경계 조건이 추가됩니다.

Maxwell의 방정식에 따르면 교류 자기장은 교류 전기장을 생성하고 그 반대도 마찬가지입니다. 즉, 이러한 필드는 분리할 수 없으며 단일 전자기장을 형성합니다. 전기장의 소스는 전하일 수도 있고 시간에 따라 변하는 자기장일 수도 있습니다. 자기장은 전하(전류)를 이동하거나 전기장을 교류함으로써 여기됩니다. 맥스웰 방정식은 전기장과 자기장에 대해 대칭이 아닙니다. 이는 전하는 존재하지만 자기 전하는 존재하지 않기 때문에 발생합니다.

재료 방정식

Maxwell의 구조 방정식 시스템은 물질의 전기적 및 자기적 특성을 특성화하는 매개변수와 벡터의 관계를 반영하는 물질 방정식으로 보완됩니다.

여기서 는 비유전율, 는 비유전율, 는 전기 전도도, 는 전기 상수, 은 자기 상수입니다. 이 경우 매체는 등방성, 비강자성, 비강유전성으로 간주됩니다.

문제 해결의 예

실시예 1

운동 Maxwell의 방정식 시스템에서 연속 방정식의 미분 형식을 유도합니다.
해결책 문제를 해결하기 위한 기초로 다음 방정식을 사용합니다.

닫힌 윤곽선 L이 놓이는 임의의 표면 영역은 어디에 있습니까?(1.1)에서 우리는 다음을 얻습니다.

무한한 윤곽을 고려하면

표면이 닫혀 있으므로 식 (1.2)는 다음과 같이 다시 작성할 수 있습니다.

또 다른 Maxwell 방정식을 작성해 보겠습니다.

시간에 관해 방정식 (1.5)를 미분하면 다음과 같습니다.

식 (1.4)을 고려하면 식 (1.5)는 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

우리는 적분 형태의 연속 방정식 (1.5)을 얻었습니다. 연속 방정식의 미분 형태로 이동하기 위해 극한까지 가보겠습니다.

우리는 미분 형식의 연속 방정식을 얻었습니다.

전기역학의 기초. 정전기학


전기역학의 기초

전기역학- 전자기장의 특성에 관한 과학.

전자기장- 하전 입자의 움직임과 상호 작용에 의해 결정됩니다.

전기장/자기장의 발현- 전기/자기력의 작용은 다음과 같습니다.
1) 대우주의 마찰력과 탄성력;
2) 소우주에서 전기/자기력의 작용(원자 구조, 원자가 분자로 결합,
소립자의 변형)

전기장/자기장의 발견- J. 맥스웰.


정전기학

전기역학 분야에서는 정지 상태의 전기적으로 충전된 물체를 연구합니다.

기본 입자이메일이 있을 수도 있어요 충전하면 충전이라고 합니다.
- 입자 사이의 거리에 따라 달라지는 힘으로 서로 상호 작용합니다.
그러나 상호 중력의 힘을 여러 배 초과합니다(이 상호 작용을
전자기).

이메일 요금- 물리적 값은 전기/자기 상호 작용의 강도를 결정합니다.
전하에는 양수와 음수의 두 가지 징후가 있습니다.
같은 전하를 가진 입자는 밀어내고, 다른 전하를 가진 입자는 끌어당깁니다.
양성자는 양전하를 띠고, 전자는 음전하를 띠며, 중성자는 전기적으로 중성을 띤다.

기본 요금- 분할할 수 없는 최소 요금입니다.
자연에 전자기력이 존재한다는 것을 어떻게 설명할 수 있을까?
- 모든 신체에는 하전 입자가 포함되어 있습니다.
신체의 정상적인 상태에서는 엘. 중성(원자가 중성이므로) 및 전기/자기. 능력이 발현되지 않습니다.

몸이 충전됐다, 어떤 표시에든 요금이 초과된 경우:
음전하 - 전자가 과잉인 경우;
양전하 - 전자가 부족한 경우.

신체의 전기화- 이는 접촉 등을 통해 하전체를 얻는 방법 중 하나입니다.
이 경우 두 몸체 모두 충전되며 전하는 부호가 반대이지만 크기는 동일합니다.


전하 보존의 법칙.

닫힌 시스템에서 모든 입자의 전하의 대수적 합은 변하지 않습니다.
(... 그러나 기본 입자의 변형이 있기 때문에 하전 입자의 수는 아닙니다).

폐쇄형 시스템

하전입자가 외부에서 들어오거나 나오지 않는 입자계.

쿨롱의 법칙

정전기의 기본 법칙.

진공에서 두 점의 고정된 대전체 사이의 상호 작용력은 정비례합니다.
충전 모듈의 곱이며 둘 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다.

언제 몸체는 점 몸체로 간주됩니다.? - 그들 사이의 거리가 신체 크기보다 몇 배 더 큰 경우.
두 물체에 전하가 있으면 쿨롱의 법칙에 따라 상호 작용합니다.



전하량 단위
1C는 1A의 전류에서 1초 동안 도체의 단면을 통과하는 전하입니다.
1C는 매우 큰 전하입니다.
원소 전하:

전기장

물질적으로 주변에 전하가 있습니다.
전기장의 주요 특성: 전기장에 도입된 전하에 힘이 작용하는 작용.

정전기장- 고정 전하의 장은 시간이 지나도 변하지 않습니다.

전기장 강도.- 엘의 정량적 특성. 필드.
는 이 전하의 크기에 대한 도입된 점 전하에 필드가 작용하는 힘의 비율입니다.
- 도입된 전하의 크기에 의존하지 않고 전기장의 특징을 나타냅니다!

장력 벡터 방향
양전하에 작용하는 힘 벡터의 방향과 일치하고 음전하에 작용하는 힘의 방향과 반대입니다.

포인트 전계 강도:


여기서 q0는 전기장을 생성하는 전하입니다.
필드의 어느 지점에서든 강도는 항상 이 지점과 q0를 연결하는 직선을 따라 향합니다.

전기 용량

두 도체가 전하를 축적하는 능력을 특성화합니다.
- q와 U에 의존하지 않습니다.
- 도체의 기하학적 치수, 모양, 상대 위치, 도체 사이의 매체의 전기적 특성에 따라 달라집니다.

SI 단위: (F - 패럿)

커패시터

전하를 저장하는 전기 장치
(유전층으로 분리된 두 개의 도체)

여기서 d는 도체의 치수보다 훨씬 작습니다.

전기 다이어그램의 지정:


전체 전기장은 커패시터 내부에 집중됩니다.
커패시터의 전하는 커패시터 플레이트 중 하나의 전하의 절대값입니다.

커패시터 유형:
1. 유전체 종류별: 공기, 운모, 세라믹, 전해질
2. 판의 모양에 따라: 편평한, 구형.
3. 용량별: 상수, 가변(조정 가능).



플랫 커패시터의 전기 용량

여기서 S는 커패시터의 플레이트(도금) 면적입니다.
d - 플레이트 사이의 거리
eo - 전기 상수
e - 유전체의 유전 상수

전기 회로에 커패시터 포함

평행한

잇달아 일어나는

그러면 총 전기 용량(C)은 다음과 같습니다.

병렬로 연결했을 때

.

직렬로 연결했을 때

DC AC 연결

전기- 하전 입자(자유 전자 또는 이온)의 규칙적인 움직임.
이 경우 도체의 단면을 통해 전기가 전달됩니다. 전하(하전 입자의 열 이동 중에 양전하와 음전하가 보상되므로 전송된 총 전하 = 0).

이메일 방향 현재의-양으로 하전된 입자의 이동 방향(+에서 -로)을 고려하는 것이 일반적으로 허용됩니다.

이메일 작업 전류(도체):

전류의 열 효과- 도체 가열(초전도체는 제외)

전류의 화학적 효과 -전해질에서만 나타납니다.전해질을 구성하는 물질은 전극에서 방출됩니다.

전류의 자기 효과(주) - 모든 도체에서 관찰됩니다(전류가 있는 도체 근처의 자기 바늘의 편향 및 자기장을 통해 인접한 도체에 대한 전류의 힘 효과).

회로 섹션에 대한 옴의 법칙

여기서, R은 회로 부분의 저항입니다. (도체 자체도 회로의 일부로 간주될 수 있습니다.)

각 도체에는 고유한 전류-전압 특성이 있습니다.

저항

도체의 기본 전기적 특성.
- 옴의 법칙에 따르면 이 값은 주어진 도체에 대해 일정합니다.

1옴은 끝부분에 전위차가 있는 도체의 저항입니다.
1V에서 전류 강도는 1A입니다.

저항은 도체의 특성에만 의존합니다.

여기서 S는 도체의 단면적, l은 도체의 길이,
ro - 도체 물질의 특성을 나타내는 저항률.


전기 회로

이는 소스, 전류 소비자, 전선 및 스위치로 구성됩니다.

도체의 직렬 연결

I - 회로의 전류 강도
U - 회로 섹션 끝의 전압

도체의 병렬 연결

I - 회로의 분기되지 않은 부분의 전류 강도
U - 회로 섹션 끝의 전압
R - 회로 섹션의 총 저항

측정 장비가 어떻게 연결되어 있는지 기억하십시오.

전류계 - 전류가 측정되는 도체와 직렬로 연결됩니다.

전압계 - 전압이 측정되는 도체에 병렬로 연결됩니다.

DC 작동

현재하는 일- 이것은 도체를 따라 전하를 전달하는 전기장의 작용입니다.

회로의 한 부분에서 전류가 한 일은 전류, 전압, 일이 수행된 시간을 곱한 것과 같습니다.

회로 섹션에 대한 옴의 법칙 공식을 사용하여 전류 작업 계산을 위한 여러 버전의 공식을 작성할 수 있습니다.

에너지 보존 법칙에 따르면:

일은 회로의 한 부분의 에너지 변화와 같으므로 도체에서 방출되는 에너지는 전류의 일과 같습니다.

SI 시스템에서:

줄렌츠법

전류가 도체를 통과하면 도체가 가열되고 환경과 열 교환이 발생합니다. 도체는 주변 몸체에 열을 발산합니다.

전류를 환경으로 전달하는 도체에 의해 방출되는 열의 양은 전류 강도, 도체의 저항 및 전류가 도체를 통과하는 시간의 제곱의 곱과 같습니다.

에너지 보존의 법칙에 따르면 도체에서 방출되는 열의 양은 동시에 도체를 통해 흐르는 전류가 한 일과 수치적으로 동일합니다.

SI 시스템에서:

[Q] = 1J

DC 전원

이 시간 간격에 대한 시간 t 동안 전류가 수행한 작업의 비율입니다.

SI 시스템에서:

초전도 현상

저온 초전도성 발견:
1911년 - 네덜란드 과학자 Kamerling - Onnes
많은 금속 및 합금의 초저온(25K 미만)에서 관찰됩니다.
이러한 온도에서는 이러한 물질의 저항이 거의 작아집니다.

1957년에 초전도 현상에 대한 이론적 설명이 제시되었습니다.
쿠퍼(미국), 보골류보프(소련)

1957년 콜린스의 실험: 전류원이 없는 폐쇄 회로의 전류는 2.5년 동안 멈추지 않았습니다.

1986년에 (100K에서) 고온 초전도성이 발견되었습니다(금속-세라믹의 경우).


초전도 달성의 어려움:
- 물질의 강력한 냉각 필요성


적용 분야:
- 강한 자기장을 얻는다.
- 가속기와 발전기에 초전도 권선이 있는 강력한 전자석.

현재 에너지 분야에는 큰 문제
- 전송 중 큰 전력 손실그녀를 유선으로.


가능한 해결책문제:
초전도성의 경우 도체의 저항은 약 0입니다.
에너지 손실도 대폭 감소합니다.

초전도 온도가 가장 높은 물질
1988년 미국에서는 -148°C의 온도에서 초전도 현상이 나타났습니다. 도체는 탈륨, 칼슘, 바륨 및 산화구리(Tl2Ca2Ba2Cu3Ox)의 혼합물이었습니다.

반도체 -

저항률이 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있고 온도가 증가함에 따라 매우 빠르게 감소하는 물질. 즉, 전기 전도도(1/R)가 증가함을 의미합니다.
- 실리콘, 게르마늄, 셀레늄 및 일부 화합물에서 관찰됩니다.

전도 메커니즘반도체에서

반도체 결정은 외부 전자가 공유 결합에 의해 이웃 원자와 결합되는 원자 결정 격자를 가지고 있습니다.
저온에서 순수 반도체는 자유 전자가 없으며 절연체처럼 행동합니다.

진공 상태의 전류

진공이란 무엇입니까?
- 이것은 분자의 충돌이 거의 없는 가스의 희박화 정도입니다.

전류가 흐르지 않기 때문에 이온화된 분자의 가능한 수는 전기 전도성을 제공할 수 없습니다.
- 하전 입자 소스를 사용하면 진공 상태에서 전류를 생성할 수 있습니다.
- 하전 입자 소스의 작용은 열이온 방출 현상을 기반으로 할 수 있습니다.

열이온 방출

- 이것은 뜨거운 금속의 가시 광선에 해당하는 온도로 가열될 때 고체 또는 액체 몸체에 의한 전자 방출입니다.
가열된 금속 전극은 지속적으로 전자를 방출하여 주변에 전자 구름을 형성합니다.
평형 상태에서, 전극을 떠난 전자의 수는 전극으로 되돌아온 전자의 수와 같습니다(전자가 손실되면 전극이 양전하를 띠기 때문입니다).
금속의 온도가 높을수록 전자 구름의 밀도가 높아집니다.

진공 다이오드

진공관에서는 진공 중의 전류가 가능합니다.
진공관은 열이온 방출 현상을 이용한 장치입니다.

진공 다이오드는 2개의 전극(A - 양극 및 K - 음극) 전자관입니다.
유리용기 내부에는 매우 낮은 압력이 생성됩니다.

H - 가열하기 위해 음극 내부에 배치된 필라멘트입니다. 가열된 음극의 표면은 전자를 방출합니다. 양극을 전류원의 +에 연결하고 음극을 -에 연결하면 회로가 흐릅니다.
일정한 열이온 전류. 진공 다이오드는 단방향 전도성을 갖습니다.
저것들. 양극 전위가 음극 전위보다 높으면 양극의 전류가 가능합니다. 이 경우 전자 구름의 전자가 양극으로 끌려 진공 상태에서 전류가 생성됩니다.

진공 다이오드의 전류-전압 특성.

낮은 양극 전압에서는 음극에서 방출된 모든 전자가 양극에 도달하지 않으며 전류도 작습니다. 고전압에서는 전류가 포화 상태에 도달합니다. 최대값.
교류를 정류하기 위해 진공 다이오드가 사용됩니다.

다이오드 정류기 입력 전류:


정류기 출력 전류:

전자빔

이것은 진공관과 가스 방전 장치에서 빠르게 날아가는 전자의 흐름입니다.

전자빔의 특성:

전기장에서 편향됩니다.
- 로렌츠 힘의 영향으로 자기장이 편향됩니다.
- 물질에 닿는 빔이 감속되면 X선 방사선이 나타납니다.
- 일부 고체와 액체(발광단)의 빛(발광)을 유발합니다.
- 물질과 접촉하여 가열하십시오.

음극선관(CRT)

열이온 방출 현상과 전자빔의 특성이 사용됩니다.

CRT는 전자총, 수평 및 수직 편향 장치로 구성됩니다.
전극판과 스크린.
전자총에서는 가열된 음극에서 방출된 전자가 제어 그리드 전극을 통과하고 양극에 의해 가속됩니다. 전자총은 전자빔을 한 점에 집중시켜 화면의 빛의 밝기를 변경합니다. 수평 및 수직 판을 편향하면 화면의 전자 빔을 화면의 어느 지점으로든 이동할 수 있습니다. 튜브 스크린은 전자와 충돌할 때 빛나기 시작하는 형광체로 코팅되어 있습니다.

튜브에는 두 가지 유형이 있습니다.

1) 전자빔의 정전기적 제어(전기장에 의해서만 전기빔의 편향);
2) 전자기 제어(자기 편향 코일이 추가됨).

CRT의 주요 응용 분야:

텔레비전 장비의 브라운관;
컴퓨터 디스플레이;
측정 기술의 전자 오실로스코프.

가스의 전류

정상적인 조건에서 가스는 유전체입니다. 그것은 중성 원자와 분자로 구성되며 전류의 자유 운반체를 포함하지 않습니다.
전도체 가스는 이온화된 가스입니다. 이온화된 가스는 전자-이온 전도성을 가지고 있습니다.

공기는 전력선, 공기 축전기 및 접촉 스위치의 유전체입니다.

번개, 전기 스파크가 발생하거나 용접 아크가 발생할 때 공기는 전도체입니다.


가스 이온화

원자에서 전자를 제거하여 중성 원자나 분자를 양이온과 전자로 분해하는 것입니다. 이온화는 가스가 가열되거나 방사선(UV, X선, 방사성)에 노출될 때 발생하며 고속 충돌 중에 원자와 분자가 분해되는 것으로 설명됩니다.

가스 배출

이것은 이온화된 가스의 전류입니다.
전하 캐리어는 양이온과 전자입니다. 전기장 또는 자기장에 노출되면 가스 방전관(램프)에서 가스 방전이 관찰됩니다.

하전입자의 재결합


- 이온화가 중단되면 가스는 전도체 역할을 멈춥니다. 이는 재결합(반대로 전하를 띤 입자의 재결합)의 결과로 발생합니다.

자립적이고 비자립적인 가스 방전이 있습니다.

비자립형 가스 방전

이오나이저의 동작이 정지되면 방전도 정지됩니다.

방전이 포화 상태에 도달하면 그래프가 수평이 됩니다. 여기서 가스의 전기 전도성은 이온화 장치의 작용에 의해서만 발생합니다.

자립형 가스 방전

이 경우 충격 이온화(=감전의 이온화)에 따른 이온 및 전자로 인해 외부 이온화 장치가 종료된 후에도 가스 방전이 계속되며, 전극 사이의 전위차가 증가할 때 발생합니다(전자 눈사태 발생).
Ua = Uignition일 때 비자발적 가스 방전은 자체적 가스 방전으로 변환될 수 있습니다.

가스의 전기적 고장

비자립형 가스 방전을 자립형 가스 방전으로 전환하는 과정입니다.

자체적으로 가스 방전이 발생함 4가지 유형:

1. 그을림 - 낮은 압력(최대 수 mmHg)에서 - 가스등 튜브 및 가스 레이저에서 관찰됩니다.
2. 스파크 - 정상 압력 및 높은 전계 강도(번개 - 최대 수십만 암페어의 전류 강도).
3. 코로나 - 불균일한 전기장(끝 부분)의 정상 압력에서.
4. 아크 - 높은 전류 밀도, 전극 사이의 낮은 전압(아크 채널의 가스 온도 -5000-6000섭씨) 스포트라이트와 프로젝션 필름 장비에서 관찰됩니다.

다음과 같은 방전이 관찰됩니다.

연기 - 형광등에서;
불꽃 - 번개 속에서;
코로나 - 전기 집진기에서, 에너지 누출 중;
아크 - 용접 중, 수은 램프에서.


혈장

이는 고온에서 고속으로 분자가 충돌하여 이온화 정도가 높은 물질이 응집되는 네 번째 상태입니다. 자연에서 발견됨: 전리층 - 약 이온화 플라즈마, 태양 - 완전 이온화 플라즈마; 인공 플라즈마 - 가스 방전 램프.

플라즈마는 다음과 같습니다.

저온 - 100,000K 미만의 온도;
고온 - 100,000K 이상의 온도.

플라즈마의 기본 특성:

높은 전기 전도성
- 외부 전기장 및 자기장과 강한 상호 작용.

온도에서

모든 물질은 플라즈마 상태에 있습니다.

흥미롭게도 우주 물질의 99%는 플라즈마입니다.

테스트를 위한 테스트 질문



계획:

    소개
  • 1 기본 개념
  • 2 기본 방정식
  • 3 전기역학의 내용
  • 4 전기 역학 섹션
  • 5 적용 가치
  • 6 역사

소개

전기역학- 가장 일반적인 경우(즉, 시간에 따른 가변 필드가 고려되는) 전자기장과 전하를 갖는 물체와의 상호 작용(전자기 상호 작용)을 연구하는 물리학의 한 분야입니다. 전기 역학의 주제에는 전기 현상과 자기 현상 사이의 연결, 전자기 복사(다른 조건, 자유 및 다양한 물질과의 상호 작용), 전류(일반적으로 가변) 및 전자기장과의 상호 작용(전류)이 포함됩니다. 이는 움직이는 하전 입자의 집합과 같을 때 고려될 수 있습니다. 현대 물리학에서는 대전체 사이의 전기적, 자기적 상호작용을 전자기장을 통해 발생하는 것으로 간주하므로 전기역학의 주제이기도 합니다.

대부분의 경우 해당 기간에 따라 전기역학기본적으로 고전적(양자 효과에 영향을 주지 않음) 전기역학이 이해됩니다. 전자기장의 현대 양자 이론과 하전 입자와의 상호 작용을 나타 내기 위해 일반적으로 안정적인 용어 양자 전기 역학이 사용됩니다.


1. 기본 개념

전기 역학에 사용되는 기본 개념은 다음과 같습니다.

  • 전자기장은 대전체와 상호작용할 때 나타나는 물질의 일종인 전기역학 연구의 주요 주제입니다. 역사적으로 두 가지 분야로 나누어졌습니다.
    • 전기장 - 대전된 물체나 교류 자기장에 의해 생성되며 모든 대전된 물체에 영향을 미칩니다.
    • 자기장 - 대전체 이동, 스핀이 있는 대전체, 교류 전기장에 의해 생성되며 이동하는 전하와 스핀이 있는 대전체에 영향을 미칩니다.
  • 전하는 전자기장을 생성하고 이러한 장과 상호 작용할 수 있는 신체의 속성입니다.
  • 전자기 전위는 공간 내 전자기장의 분포를 완전히 결정하는 4-벡터 물리량입니다. 가장 밝은 부분:
    • 정전기 전위 - 4-벡터의 시간 구성요소
    • 벡터 전위는 4-벡터의 나머지 구성 요소로 형성된 3차원 벡터입니다.
  • 포인팅 벡터(Poynting Vector)는 전자기장의 에너지 플럭스 밀도(Energy Flux Density)라는 의미를 갖는 벡터 물리량이다.

2. 기본 방정식

전자기장의 거동과 대전체와의 상호작용을 설명하는 기본 방정식은 다음과 같습니다.

  • 진공 및 매질에서 자유 전자기장의 거동과 소스에 의한 전자기장의 생성을 결정하는 맥스웰 방정식. 이러한 방정식은 다음과 같습니다.
    • 교류 자기장에 의해 전기장이 생성되는 것을 결정하는 패러데이의 유도 법칙.
    • Maxwell이 도입한 변위 전류를 추가한 자기장 순환 정리는 이동하는 전하와 교류 전기장에 의한 자기장의 생성을 결정합니다.
    • 전하에 의한 정전기장의 생성을 결정하는 전기장에 대한 가우스의 정리.
    • 자기장선 폐쇄의 법칙.
  • 전자기장에 있는 전하에 작용하는 힘을 결정하는 로렌츠 힘의 표현입니다.
  • 유한 전도성을 갖는 전도 매체에 전기장이 있을 때 열 손실량을 결정하는 줄-렌츠 법칙.

특히 중요한 특정 방정식은 다음과 같습니다.

  • 전기장에 대한 가우스의 정리와 로렌츠 힘을 결합하고 두 점 전하의 정전기적 상호 작용을 결정하는 쿨롱의 법칙.
  • 자기장에 놓인 기본 전류에 작용하는 힘을 결정하는 앙페르의 법칙.
  • 전기역학에서 에너지 보존 법칙을 표현한 포인팅의 정리.

3. 전기역학의 내용

고전 전기 역학의 주요 내용은 전자기장의 특성과 대전체와의 상호 작용에 대한 설명입니다 (대전체는 전자기장을 "생성"하고 "소스"이며 전자기장은 차례로 대전체에 작용하여 생성 전자기력). 이 설명은 전하, 전기장, 자기장, 전자기 전위와 같은 기본 객체 및 양을 정의하는 것 외에도 어떤 형태로든 맥스웰 방정식과 로렌츠 힘 공식으로 축소되며 일부 관련 문제도 다루고 있습니다( 전류 밀도 벡터 또는 경험적 옴의 법칙과 같이 응용에 중요한 수리 물리학, 응용, 보조량 및 보조 공식과 관련됩니다. 이 설명에는 에너지 밀도, 포인팅 벡터 등에 대한 공식을 포함하여 전자기장에 의한 에너지, 운동량, 각운동량의 보존 및 전달 문제도 포함됩니다.

때때로 전기 역학 효과(정전기와 반대)는 전자기장의 일반적인 경우(예: 변화하는 전기장과 자기장의 동적 관계)와 정적 경우 사이의 중요한 차이로 이해됩니다. 정적 사례는 설명, 이해 및 계산이 훨씬 간단합니다.


4. 전기 역학 섹션

  • 정전기학은 정전기(시간에 따라 변하지 않거나 위에서 설명한 "전기역학적 효과"를 무시할 수 있을 정도로 천천히 변하는) 전기장의 특성과 전하를 띤 물체(전하)와의 상호 작용을 설명합니다.
  • 정자기학은 직류와 일정한 자기장(자장은 시간이 지나도 변하지 않거나 너무 느리게 변하여 계산에서 이러한 변화의 속도를 무시할 수 있음)과 이들의 상호 작용을 연구합니다.
  • 연속체 전기역학은 연속 매체에서 전자기장의 동작을 조사합니다.
  • 상대론적 전기역학은 움직이는 매체의 전자기장을 고려합니다.

5. 적용가치

전기역학은 물리광학, 전파 전파의 물리학의 기초가 되며 거의 모든 물리학에도 스며들어 있습니다. 왜냐하면 물리학의 거의 모든 분야가 전기장과 전하, 그리고 종종 이들의 사소하지 않은 급격한 변화와 움직임을 다루어야 하기 때문입니다. 또한 전기역학은 매우 높은 계산 및 예측 정확도와 해당 분야에서 탄생한 이론적 아이디어가 이론 물리학의 다른 영역에 미치는 영향을 결합한 예시적인 물리 이론(고전 및 양자 버전 모두)입니다.

전기 역학은 기술에서 매우 중요하며 무선 공학, 전기 공학, 다양한 통신 분야 및 무선 분야의 기초를 형성합니다.


6. 역사

전기 현상과 자기 현상 사이의 연관성에 대한 첫 번째 증거는 1819~1820년에 전류에 의해 자기장이 생성된다는 외르스테드의 실험적 발견이었습니다. 그는 또한 도체를 둘러싼 공간에서 전기 및 자기 과정의 상호 작용에 대한 아이디어를 표현했지만 다소 불분명한 형태로 표현했습니다.

1831년 마이클 패러데이(Michael Faraday)는 전자기 유도 현상과 법칙을 실험적으로 발견했는데, 이는 전기장과 자기장의 직접적인 동적 관계에 대한 최초의 명확한 증거가 되었습니다. 그는 또한 (전기장과 자기장과 관련하여) 물리장 개념의 기초와 물리장을 설명할 수 있는 몇 가지 기본 이론 개념을 개발했으며, 1832년에 전자기파의 존재도 예측했습니다.

1864년에 J. C. Maxwell은 전자기장의 진화와 전하 및 전류와의 상호 작용을 설명하는 "고전 전기 역학"의 완전한 방정식 시스템을 처음으로 발표했습니다. 그는 빛이 전자기파라는 이론적 기반의 가정을 세웠습니다. 전기 역학의 대상.

전기역학… 철자사전 참고서

전기 사이의 상호 작용을 수행하는 전자기장의 동작에 대한 고전 이론(비양자)입니다. 전하(전자기 상호작용). 고전법 거시적인 E.는 Maxwell의 방정식으로 공식화되어 다음을 허용합니다. 물리적 백과사전

- (전기라는 단어와 그리스어 디나미스 전력에서 유래). 전류의 작용을 다루는 물리학의 일부. 러시아어에 포함된 외국어 사전입니다. Chudinov A.N., 1910. 전기라는 단어와 그리스어의 전기 역학. 역동성, 힘... 러시아어 외국어 사전

현대 백과사전

전기역학- 다양한 매질과 진공 상태에서 하전 입자 사이의 상호 작용이 주요 역할을 하는 비양자 전자기 과정의 고전 이론입니다. 전기 역학의 형성은 C. Coulomb, J. Biot, F. Savart, ... ...의 연구에 선행되었습니다. 그림 백과사전

다양한 매체와 진공에서의 전자기 과정에 대한 고전 이론. 전자기장을 통해 수행되는 하전 입자 간의 상호 작용이 주요 역할을 하는 거대한 일련의 현상을 다룹니다. 큰 백과사전

전기역학(ELECTRODYNAMICS)은 물리학에서 전기장과 자기장, 하전체 사이의 상호 작용을 연구하는 분야입니다. 이 훈련은 19세기에 시작되었습니다. 그녀의 이론적 저서 James MAXWELL로 그녀는 나중에 ... ... 과학 기술 백과사전

전기 역학, 전기 역학, 기타 여러 가지. 아니, 여자야 (전기 및 역학 참조) (물리적). 전류, 움직이는 전기의 특성을 연구하는 물리학과; 개미. 정전기. Ushakov의 설명 사전. D.N. Ushakov. 1935년 1940년 … Ushakov의 설명 사전

전기역학, 그리고 g. (전문가.). 다양한 매체와 진공에서의 전자기 과정 이론. Ozhegov의 설명 사전. 시. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949년 1992년 … Ozhegov의 설명 사전

명사, 동의어 수: 2 역학(18) 물리학(55) ASIS 동의어 사전. V.N. 트리신. 2013년… 동의어 사전

전기역학- - [A.S. 골드버그. 영어-러시아어 에너지 사전. 2006] EN 전기역학 전반의 전력공학 주제 ... 기술 번역가 가이드

서적

  • 전기 역학, A. E. Ivanov. 이 교과서는 자급자족 가능합니다. MSTU 전문 교육 및 과학 센터의 부교수가 수년간 진행한 강의를 제공합니다. N. E. 바우만...
  • 전기역학, Sergei Anatolyevich Ivanov. ...

정의 1

전기역학(Electrodynamics)은 전자기장의 고전적, 비양자적 특성과 이 장을 사용하여 서로 상호 작용하는 양전하 자기 전하의 운동을 연구하는 거대하고 중요한 물리학 분야입니다.

그림 1. 전기역학에 대해 간략히 설명합니다. Author24 - 학생 작품의 온라인 교환

전기 역학은 일반적인 초기 법칙과 방정식에 의해 하나의 전체로 결합된 문제와 지능적인 솔루션, 대략적인 방법 및 특수 사례에 대한 다양한 공식화인 것으로 보입니다. 고전 전기역학의 주요 부분을 구성하는 후자는 Maxwell의 공식에 자세히 나와 있습니다. 현재 과학자들은 물리학에서 이 분야의 원리, 구성의 골격, 다른 과학 분야와의 관계를 계속 연구하고 있습니다.

전기역학에서 쿨롱의 법칙은 다음과 같이 표시됩니다: $F= \frac (kq1q2) (r2)$, 여기서 $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$. 전기장 강도 방정식은 다음과 같이 작성됩니다: $E= \frac (F)(q)$, 자기장 유도 벡터의 자속 $ΔФ=ВΔS \cos (a)$.

전기역학에서는 연속 에너지 스펙트럼의 활성화에 기여하는 자유 전하와 전하 시스템이 주로 연구됩니다. 전자기 상호작용에 대한 고전적인 설명은 입자와 광자의 에너지 포텐셜이 전자의 나머지 에너지에 비해 작은 낮은 에너지 한계에서 이미 효과적이라는 사실에 의해 선호됩니다.

이러한 상황에서는 많은 수의 저에너지 광자의 교환으로 인해 불안정한 운동 상태가 점진적으로 변화하기 때문에 전하 입자가 소멸되지 않는 경우가 많습니다.

참고 1

그러나 매질 내 입자의 높은 에너지에서도 변동의 중요한 역할에도 불구하고 전기역학은 통계적으로 평균적이고 거시적인 특성 및 프로세스를 포괄적으로 설명하는 데 성공적으로 사용될 수 있습니다.

전기역학의 기본 방정식

전자기장의 거동과 대전체와의 직접적인 상호 작용을 설명하는 주요 공식은 Maxwell의 방정식으로, 매질과 진공에서 자유 전자기장의 가능한 작용과 소스에 의한 필드의 일반적인 생성을 결정합니다.

물리학의 이러한 조항 중에서 다음을 강조할 수 있습니다.

  • 전기장에 대한 가우스의 정리 - 양전하에 의한 정전기장의 생성을 결정하기 위한 것입니다.
  • 폐쇄 자기장 가설 - 자기장 자체 내에서 프로세스의 상호 작용을 촉진합니다.
  • 패러데이의 유도 법칙 - 환경의 다양한 특성에 따라 전기장과 자기장이 생성된다는 사실을 확립합니다.

일반적으로 Ampere-Maxwell 정리는 Maxwell 자신이 도입한 변위 전류를 점진적으로 추가하여 자기장 내 선의 순환에 대한 독특한 아이디어로, 전하 이동과 교번 작용에 의한 자기장의 변환을 정확하게 결정합니다. 전기장.

전기역학에서의 전하와 힘

전기역학에서 전자기장의 힘과 전하의 상호작용은 전하 $q$, 에너지 $E$ 및 자기장 $B$의 다음과 같은 공동 정의에서 비롯되며, 이는 전체에 기초한 기본 물리 법칙으로 확립됩니다. 실험 데이터 세트. 로렌츠 힘(특정 속도로 이동하는 점 전하의 이상화 내에서)에 대한 공식은 속도 $v$를 대체하여 작성됩니다.

도체에는 종종 엄청난 양의 전하가 포함되어 있으므로 이러한 전하는 상당히 잘 보상됩니다. 양전하와 음전하의 수는 항상 서로 동일합니다. 결과적으로 도체에 지속적으로 작용하는 총 전기력도 0입니다. 전류가 존재하면 전하의 이동 속도가 항상 다르기 때문에 도체의 개별 전하에 작용하는 자기력은 궁극적으로 보상되지 않습니다. 자기장에서 전류가 흐르는 도체의 작용 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다. $G = |v ⃗ |s \cos(a) $

액체가 아니라 전류로서 완전하고 안정적인 하전 입자의 흐름을 연구하는 경우 $1s$에 대한 면적을 선형으로 통과하는 전체 에너지 포텐셜은 다음과 같은 전류 강도가 됩니다. $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $, 여기서 $ρ$는 전하 밀도(전체 흐름의 단위 부피당)입니다.

노트 2

자기장과 전기장이 특정 사이트의 지점에서 지점으로 체계적으로 변경되면 액체의 경우와 같이 부분 흐름에 대한 표현식 및 공식에서 $E ⃗ $ 및 $B ⃗$ 사이트를 입력해야 합니다.

물리학에서 전기역학의 특별한 위치

현대 과학에서 전기 역학의 중요한 위치는 특수 상대성 이론의 원리와 기초가 자세히 설명된 A. Einstein의 유명한 작품을 통해 확인할 수 있습니다. 뛰어난 과학자의 과학적 연구는 "움직이는 물체의 전기역학"이라고 불리며 수많은 중요한 방정식과 정의를 포함합니다.

별도의 물리학 분야인 전기역학은 다음 섹션으로 구성됩니다.

  • 고정되어 있지만 전기적으로 충전된 육체와 입자 분야의 교리;
  • 전류의 특성에 관한 교리;
  • 자기장과 전자기 유도의 상호 작용 교리;
  • 전자기파와 진동에 대한 연구.

위의 모든 섹션은 전자기장의 일관된 이론을 만들고 제시했을 뿐만 아니라 전자기장의 모든 속성을 설명하여 실제 존재를 증명한 D. Maxwell의 정리에 의해 하나로 통합됩니다. 이 특정 과학자의 연구는 당시 알려진 전기장과 자기장이 서로 다른 기준 시스템에서 작동하는 단일 전자기장의 표현일 뿐이라는 것을 과학계에 보여주었습니다.

물리학의 상당 부분은 전기 역학 및 전자기 현상 연구에 전념합니다. 이 분야는 전자기 상호 작용의 모든 패턴을 탐구할 뿐만 아니라 수학 공식을 통해 세부적으로 설명하기 때문에 별도의 과학으로 간주됩니다. 전기 역학에 대한 심층적이고 장기적인 연구는 모든 인류의 이익을 위해 실제로 전자기 현상을 사용할 수 있는 새로운 길을 열었습니다.