อิเล็กโทรไดนามิกส์มีบทบาทสำคัญต่อสถานะใด ไฟฟ้าพลศาสตร์ สูตร

คำนิยาม

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการศึกษาโดยสาขาฟิสิกส์ที่เรียกว่า ไฟฟ้ากระแส.

การศึกษาพลศาสตร์ไฟฟ้าคลาสสิกและอธิบายคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ตรวจสอบกฎที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า

แนวคิดพื้นฐานของพลศาสตร์ไฟฟ้า

พื้นฐานของพลศาสตร์ไฟฟ้าของตัวกลางที่อยู่นิ่งคือสมการของแมกซ์เวลล์ พลศาสตร์ไฟฟ้าทำงานโดยใช้แนวคิดพื้นฐาน เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ประจุไฟฟ้า ศักย์แม่เหล็กไฟฟ้า เวกเตอร์จุด

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสสารชนิดพิเศษที่แสดงออกเมื่อวัตถุที่มีประจุอันหนึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับอีกวัตถุหนึ่ง บ่อยครั้งเมื่อพิจารณาถึงสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ส่วนประกอบของมันจะมีความโดดเด่น: สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้าทำให้เกิดประจุไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กสลับ สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นเมื่อประจุ (วัตถุที่มีประจุ) เคลื่อนที่และมีสนามไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลา

ศักย์แม่เหล็กไฟฟ้าคือปริมาณทางกายภาพที่กำหนดการกระจายตัวของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในอวกาศ

พลศาสตร์ไฟฟ้าแบ่งออกเป็น: ไฟฟ้าสถิต; สนามแม่เหล็ก; พลศาสตร์ไฟฟ้าของความต่อเนื่อง ไฟฟ้าพลศาสตร์เชิงสัมพัทธภาพ

เวกเตอร์แบบพอยน์ติ้ง (Umov-Poynting vector) เป็นปริมาณทางกายภาพที่เป็นเวกเตอร์ของความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ขนาดของเวกเตอร์นี้เท่ากับพลังงานที่ถูกถ่ายโอนต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่ผิวหน่วยที่ตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า

ไฟฟ้าพลศาสตร์เป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาและพัฒนาทัศนศาสตร์ (เป็นสาขาวิทยาศาสตร์) และฟิสิกส์ของคลื่นวิทยุ สาขาวิชาวิทยาศาสตร์นี้เป็นรากฐานสำหรับวิศวกรรมวิทยุและวิศวกรรมไฟฟ้า

เมื่ออธิบายคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและหลักการปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิก จะใช้ระบบสมการของแมกซ์เวลล์ (ในรูปแบบอินทิกรัลหรือดิฟเฟอเรนเชียล) เสริมด้วยระบบสมการวัสดุ ขอบเขต และเงื่อนไขเริ่มต้น

สมการโครงสร้างของแมกซ์เวลล์

ระบบสมการของแมกซ์เวลล์มีความหมายเดียวกันกับกฎของนิวตันในกลศาสตร์คลาสสิก สมการของแมกซ์เวลล์ได้มาจากการสรุปข้อมูลการทดลองจำนวนมาก สมการโครงสร้างของแมกซ์เวลล์มีความโดดเด่น โดยเขียนในรูปแบบอินทิกรัลหรือดิฟเฟอเรนเชียล และสมการวัสดุที่เชื่อมโยงเวกเตอร์กับพารามิเตอร์ที่แสดงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กของสสาร

สมการโครงสร้างของแมกซ์เวลล์ในรูปแบบอินทิกรัล (ในระบบ SI):

เวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็กอยู่ที่ไหน คือเวกเตอร์ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า - เวกเตอร์การกระจัดไฟฟ้า สมการ (1) สะท้อนถึงกฎการสร้างสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นเมื่อประจุเคลื่อนที่ (กระแสไฟฟ้า) หรือเมื่อสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง สมการนี้เป็นลักษณะทั่วไปของกฎหมาย Biot-Savart-Laplace สมการ (1) เรียกว่าทฤษฎีบทการไหลเวียนของสนามแม่เหล็ก

เวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กอยู่ที่ไหน - เวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้า L เป็นวงปิดที่เวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าไหลเวียนผ่าน อีกชื่อหนึ่งของสมการ (2) คือกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า นิพจน์ (2) หมายความว่าสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนถูกสร้างขึ้นเนื่องจากสนามแม่เหล็กสลับ

ประจุไฟฟ้าอยู่ที่ไหน - ความหนาแน่นของประจุ สมการ (3) เรียกว่าทฤษฎีบทออสโตรกราดสกี-เกาส์ ประจุไฟฟ้าเป็นแหล่งของสนามไฟฟ้า มีค่าไฟฟ้าฟรี

สมการ (4) บ่งชี้ว่าสนามแม่เหล็กเป็นกระแสน้ำวน ประจุแม่เหล็กไม่มีอยู่ในธรรมชาติ

สมการโครงสร้างของแมกซ์เวลล์ในรูปแบบอนุพันธ์ (ระบบ SI):

เวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าอยู่ที่ไหน - เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

เวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็กอยู่ที่ไหน - เวกเตอร์การกระจัดของอิเล็กทริก - เวกเตอร์ความหนาแน่นกระแส

ความหนาแน่นของการกระจายประจุไฟฟ้าอยู่ที่ไหน

สมการโครงสร้างของแมกซ์เวลล์ในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียลจะกำหนดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่จุดใดก็ได้ในอวกาศ ถ้าประจุและกระแสมีการกระจายอย่างต่อเนื่องในอวกาศ รูปแบบอินทิกรัลและดิฟเฟอเรนเชียลของสมการของแมกซ์เวลล์จะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม หากมีพื้นผิวที่ไม่ต่อเนื่อง รูปแบบอินทิกรัลในการเขียนสมการของแมกซ์เวลล์ก็จะกว้างกว่า

เพื่อให้บรรลุความเท่าเทียมกันทางคณิตศาสตร์ของสมการอินทิกรัลและดิฟเฟอเรนเชียลของสมการของแมกซ์เวลล์ สัญกรณ์ดิฟเฟอเรนเชียลจึงถูกเสริมด้วยเงื่อนไขขอบเขต

จากสมการของแมกซ์เวลล์พบว่าสนามแม่เหล็กสลับสร้างสนามไฟฟ้ากระแสสลับ และในทางกลับกัน กล่าวคือ สนามเหล่านี้แยกออกไม่ได้และก่อตัวเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามเดียว แหล่งที่มาของสนามไฟฟ้าอาจเป็นได้ทั้งประจุไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา สนามแม่เหล็กถูกกระตุ้นโดยการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า (กระแส) หรือสนามไฟฟ้ากระแสสลับ สมการของแมกซ์เวลล์ไม่สมมาตรเมื่อเทียบกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะมีประจุไฟฟ้า แต่ไม่มีประจุแม่เหล็ก

สมการวัสดุ

ระบบสมการโครงสร้างของแมกซ์เวลล์เสริมด้วยสมการวัสดุที่สะท้อนความสัมพันธ์ของเวกเตอร์กับพารามิเตอร์ที่กำหนดคุณลักษณะทางไฟฟ้าและแม่เหล็กของสสาร

โดยที่ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์คือค่าความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ คือค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ ค่าคงที่ทางไฟฟ้า คือค่าคงที่แม่เหล็ก สื่อในกรณีนี้ถือเป็นไอโซโทรปิก ไม่ใช่เฟอร์โรแมกเนติก และไม่ใช่เฟอร์โรอิเล็กทริก

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย

หารูปแบบอนุพันธ์ของสมการความต่อเนื่องจากระบบสมการของแมกซ์เวลล์

สารละลาย

เราใช้สมการเป็นพื้นฐานในการแก้ปัญหา: พื้นที่ของพื้นผิวใด ๆ โดยพลการซึ่งโครงร่างปิด L อยู่ที่ไหน จาก (1.1) เรามี: พิจารณารูปร่างที่เล็กที่สุดแล้ว เนื่องจากพื้นผิวปิด จึงสามารถเขียนนิพจน์ (1.2) ใหม่ได้เป็น: ลองเขียนสมการแมกซ์เวลล์อีกสมการหนึ่ง: ให้เราแยกสมการ (1.5) เทียบกับเวลา เรามี: เมื่อคำนึงถึงนิพจน์ (1.4) สมการ (1.5) สามารถนำเสนอเป็น: เราได้รับสมการความต่อเนื่อง (1.5) ในรูปแบบอินทิกรัล เพื่อที่จะย้ายไปยังรูปแบบอนุพันธ์ของสมการความต่อเนื่อง มาดูขีดจำกัดกันดีกว่า: เราได้รับสมการความต่อเนื่องในรูปแบบอนุพันธ์:

พื้นฐานของอิเล็กโทรไดนามิกส์ ไฟฟ้าสถิต

พื้นฐานของอิเล็กโทรไดนามิกส์

ไฟฟ้ากระแส- ศาสตร์แห่งคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- พิจารณาจากการเคลื่อนที่และปฏิกิริยาของอนุภาคที่มีประจุ

การปรากฏตัวของสนามไฟฟ้า/สนามแม่เหล็ก- นี่คือการกระทำของแรงไฟฟ้า/แม่เหล็ก:
1) แรงเสียดทานและแรงยืดหยุ่นในจักรวาลมหภาค
2) การกระทำของแรงไฟฟ้า/แม่เหล็กในพิภพเล็ก ๆ (โครงสร้างอะตอม การมีเพศสัมพันธ์ของอะตอมเป็นโมเลกุล
การเปลี่ยนแปลงของอนุภาคมูลฐาน)

การค้นพบสนามไฟฟ้า/สนามแม่เหล็ก- เจ. แม็กซ์เวลล์.

ไฟฟ้าสถิต

สาขาไฟฟ้าพลศาสตร์ศึกษาวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าขณะอยู่นิ่ง

อนุภาคมูลฐานอาจมีอีเมล์ ประจุแล้วจึงเรียกว่าประจุ
- มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันด้วยแรงที่ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างอนุภาค
แต่เกินกว่าแรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกันหลายเท่า (เรียกว่าปฏิกิริยานี้
แม่เหล็กไฟฟ้า)

อีเมล ค่าใช้จ่าย- ทางกายภาพ ค่าจะกำหนดความเข้มของการโต้ตอบทางไฟฟ้า/แม่เหล็ก
ประจุไฟฟ้ามี 2 สัญญาณ คือ บวกและลบ
อนุภาคที่มีประจุเหมือนกันจะผลักกัน และอนุภาคที่มีประจุต่างกันจะดึงดูดกัน
โปรตอนมีประจุบวก อิเล็กตรอนมีประจุลบ และนิวตรอนมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า

ค่าใช้จ่ายเบื้องต้น- ค่าธรรมเนียมขั้นต่ำที่ไม่สามารถแบ่งได้
เราจะอธิบายการมีอยู่ของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติได้อย่างไร?
- วัตถุทั้งหมดมีอนุภาคที่มีประจุ
ในสภาวะปกติของร่างกายเอล. เป็นกลาง (เนื่องจากอะตอมเป็นกลาง) และไฟฟ้า/แม่เหล็ก อำนาจก็ไม่ปรากฏให้เห็น

ร่างกายถูกชาร์จถ้ามีประจุเกินป้ายใด ๆ
มีประจุลบ - หากมีอิเล็กตรอนมากเกินไป
มีประจุบวก - หากขาดอิเล็กตรอน

การใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกาย- นี่เป็นวิธีหนึ่งในการรับวัตถุที่มีประจุเช่นโดยการติดต่อ)
ในกรณีนี้ วัตถุทั้งสองมีประจุ และประจุอยู่ตรงข้ามกันในเครื่องหมาย แต่มีขนาดเท่ากัน

กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า

ในระบบปิด ผลรวมพีชคณิตของประจุของอนุภาคทั้งหมดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
(... แต่ไม่ใช่จำนวนอนุภาคที่มีประจุ เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคมูลฐาน)

ระบบปิด

ระบบอนุภาคที่อนุภาคมีประจุไม่เข้าไปจากภายนอกและไม่ออกไป

กฎของคูลอมบ์

กฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิต

แรงอันตรกิริยาระหว่างวัตถุที่มีประจุคงที่สองจุดในสุญญากาศนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรง
ผลคูณของโมดูลประจุและเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน

เมื่อไร เนื้อความถือเป็นเนื้อจุด? - หากระยะห่างระหว่างพวกเขามากกว่าขนาดของร่างกายหลายเท่า
หากวัตถุทั้งสองมีประจุไฟฟ้า วัตถุทั้งสองจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบกันตามกฎของคูลอมบ์

หน่วยประจุไฟฟ้า
1 C คือประจุที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำใน 1 วินาทีที่กระแส 1 A
1 C เป็นประจุที่มีขนาดใหญ่มาก
ประจุธาตุ:

สนามไฟฟ้า

มีประจุไฟฟ้าอยู่รอบๆ อย่างเป็นรูปธรรม
คุณสมบัติหลักของสนามไฟฟ้า: การกระทำที่มีแรงต่อประจุไฟฟ้าที่เข้าสู่สนามไฟฟ้า

สนามไฟฟ้าสถิต- สนามของประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่งไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา

ความแรงของสนามไฟฟ้า- ลักษณะเชิงปริมาณของเอล สาขา
คืออัตราส่วนของแรงที่สนามกระทำต่อประจุจุดที่แนะนำต่อขนาดของประจุนี้
- ไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของประจุที่แนะนำ แต่เป็นลักษณะของสนามไฟฟ้า!

ทิศทางเวกเตอร์แรงดึง
เกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของเวกเตอร์แรงที่กระทำต่อประจุบวก และตรงข้ามกับทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุลบ

ความแรงของสนามประจุแบบจุด:

โดยที่ q0 คือประจุที่สร้างสนามไฟฟ้า
ณ จุดใดก็ตามในสนาม ความเข้มจะมุ่งไปตามเส้นตรงที่เชื่อมจุดนี้กับ q0 เสมอ

ความจุไฟฟ้า

แสดงถึงความสามารถของตัวนำสองตัวในการสะสมประจุไฟฟ้า
- ไม่ขึ้นอยู่กับ q และ U
- ขึ้นอยู่กับขนาดทางเรขาคณิตของตัวนำ รูปร่าง ตำแหน่งสัมพัทธ์ คุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวกลางระหว่างตัวนำ

หน่วย SI: (F - ฟารัด)

ตัวเก็บประจุ

อุปกรณ์ไฟฟ้าที่เก็บประจุ
(ตัวนำสองตัวคั่นด้วยชั้นอิเล็กทริก)

โดยที่ d เล็กกว่าขนาดของตัวนำมาก

การกำหนดบนไดอะแกรมไฟฟ้า:

สนามไฟฟ้าทั้งหมดกระจุกตัวอยู่ภายในตัวเก็บประจุ
ประจุของตัวเก็บประจุคือค่าสัมบูรณ์ของประจุบนแผ่นตัวเก็บประจุแผ่นใดแผ่นหนึ่ง

ประเภทของตัวเก็บประจุ:
1. ตามประเภทของอิเล็กทริก: อากาศ, ไมกา, เซรามิก, อิเล็กโทรไลต์
2.ตามรูปร่างของแผ่น: แบน, ทรงกลม.
3. ตามความจุ: คงที่, ตัวแปร (ปรับได้)

ความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแบบแบน

โดยที่ S คือพื้นที่ของแผ่น (การชุบ) ของตัวเก็บประจุ
d - ระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก
eo - ค่าคงที่ทางไฟฟ้า
e - ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของอิเล็กทริก

รวมถึงตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้า

ขนาน

ตามลำดับ

ดังนั้นความจุไฟฟ้าทั้งหมด (C):

เมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน

.

เมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม

การเชื่อมต่อ DC AC

ไฟฟ้า- สั่งการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอนหรือไอออนอิสระ)
ในกรณีนี้ไฟฟ้าจะถูกถ่ายโอนผ่านหน้าตัดของตัวนำ ประจุ (ในระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคที่มีประจุ ประจุไฟฟ้าที่ถูกถ่ายโอนทั้งหมด = 0 เนื่องจากประจุบวกและลบได้รับการชดเชย)

ทิศทางอีเมล์ ปัจจุบัน- เป็นที่ยอมรับตามอัตภาพในการพิจารณาทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุบวก (จาก + ถึง -)

การดำเนินการทางอีเมล กระแสไฟ (ในตัวนำ):

ผลกระทบทางความร้อนของกระแส- การทำความร้อนตัวนำ (ยกเว้นตัวนำยิ่งยวด)

ผลกระทบทางเคมีของกระแส -ปรากฏเฉพาะในอิเล็กโทรไลต์เท่านั้น สารที่ประกอบเป็น อิเล็กโทรไลต์จะถูกปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรด

ผลของสนามแม่เหล็ก(หลัก) - สังเกตได้ในตัวนำทั้งหมด (การโก่งตัวของเข็มแม่เหล็กใกล้กับตัวนำที่มีกระแสและผลกระทบของแรงของกระแสบนตัวนำที่อยู่ติดกันผ่านสนามแม่เหล็ก)

กฎของโอห์มสำหรับส่วนวงจร

โดยที่ , R คือความต้านทานของส่วนวงจร (ตัวนำเองก็ถือได้ว่าเป็นส่วนหนึ่งของวงจรด้วย)

ตัวนำแต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน

ความต้านทาน

ลักษณะทางไฟฟ้าพื้นฐานของตัวนำ
- ตามกฎของโอห์ม ค่านี้เป็นค่าคงที่สำหรับตัวนำที่กำหนด

1 โอห์มคือความต้านทานของตัวนำที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ปลาย
ที่ 1 V และความแรงของกระแสในนั้นคือ 1 A

ความต้านทานขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวนำเท่านั้น:

โดยที่ S คือพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ l คือความยาวของตัวนำ
ro - ความต้านทานที่แสดงคุณสมบัติของสารตัวนำ

วงจรไฟฟ้า

ประกอบด้วยแหล่งกำเนิด ผู้ใช้กระแสไฟฟ้า สายไฟ และสวิตช์

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวนำ

ผม - ความแรงของกระแสในวงจร
U - แรงดันไฟฟ้าที่ปลายส่วนวงจร

การเชื่อมต่อแบบขนานของตัวนำ

I - ความแรงของกระแสในส่วนที่ไม่แยกส่วนของวงจร
U - แรงดันไฟฟ้าที่ปลายส่วนวงจร
R - ความต้านทานรวมของส่วนวงจร

จำไว้ว่าเครื่องมือวัดเชื่อมโยงกันอย่างไร:

แอมมิเตอร์ - เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวนำที่ใช้วัดกระแส

โวลต์มิเตอร์ - เชื่อมต่อขนานกับตัวนำที่ใช้วัดแรงดันไฟฟ้า

การดำเนินงานดีซี

งานปัจจุบัน- นี่คืองานของสนามไฟฟ้าในการถ่ายโอนประจุไฟฟ้าไปตามตัวนำ

งานที่ทำโดยกระแสไฟฟ้าบนส่วนของวงจรจะเท่ากับผลคูณของกระแส แรงดันไฟฟ้า และเวลาในระหว่างที่ทำงาน

เมื่อใช้สูตรกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร คุณสามารถเขียนสูตรหลายเวอร์ชันสำหรับคำนวณการทำงานของกระแสได้:

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน:

งานเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานของส่วนของวงจร ดังนั้นพลังงานที่ปล่อยออกมาจากตัวนำจึงเท่ากับงานของกระแสไฟฟ้า

ในระบบเอสไอ:

กฎหมายจูล-เลนซ์

เมื่อกระแสไหลผ่านตัวนำ ตัวนำจะร้อนขึ้นและเกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม เช่น ตัวนำจะปล่อยความร้อนไปยังวัตถุที่อยู่รอบๆ

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาโดยตัวนำที่นำกระแสไฟฟ้าเข้าสู่สิ่งแวดล้อมจะเท่ากับผลคูณของกำลังสองของความแรงของกระแส ความต้านทานของตัวนำ และเวลาที่กระแสไหลผ่านตัวนำ

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากตัวนำจะมีค่าเท่ากับงานที่ทำโดยกระแสที่ไหลผ่านตัวนำในเวลาเดียวกัน

ในระบบเอสไอ:

[Q] = 1 เจ

ดีซีพาวเวอร์

อัตราส่วนของงานที่ทำโดยกระแสไฟฟ้าในช่วงเวลา t ต่อช่วงเวลานี้

ในระบบเอสไอ:

ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด

การค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำ:
พ.ศ. 2454 - นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ Kamerling - Onnes
สังเกตได้ที่อุณหภูมิต่ำมาก (ต่ำกว่า 25 เคลวิน) ในโลหะและโลหะผสมหลายชนิด
ที่อุณหภูมิดังกล่าว ความต้านทานของสารเหล่านี้จะมีน้อยมาก

ในปี 1957 มีการให้คำอธิบายทางทฤษฎีเกี่ยวกับปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด:
คูเปอร์ (สหรัฐอเมริกา), โบโกลิโบฟ (สหภาพโซเวียต)

2500 การทดลองของคอลลินส์: กระแสในวงจรปิดโดยไม่มีแหล่งกำเนิดกระแสไม่หยุดเป็นเวลา 2.5 ปี

ในปี 1986 มีการค้นพบตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง (ที่ 100 K) (สำหรับโลหะเซรามิก)

ความยากในการบรรลุความเป็นตัวนำยิ่งยวด:
- ความจำเป็นในการระบายความร้อนอย่างแรงของสาร

พื้นที่ใช้งาน:
- การได้รับสนามแม่เหล็กแรงสูง
- แม่เหล็กไฟฟ้ากำลังสูงพร้อมขดลวดตัวนำยิ่งยวดในเครื่องเร่งความเร็วและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ปัจจุบันในภาคพลังงานก็มี ปัญหาใหญ่
- การสูญเสียไฟฟ้าจำนวนมากระหว่างการส่งเธอด้วยสาย

แนวทางแก้ไขที่เป็นไปได้ปัญหา:
ที่มีค่าการนำไฟฟ้ายิ่งยวดความต้านทานของตัวนำจะอยู่ที่ประมาณ 0
และการสูญเสียพลังงานลดลงอย่างมาก

สารที่มีอุณหภูมิตัวนำยิ่งยวดสูงสุด
ในปี 1988 ในสหรัฐอเมริกา ที่อุณหภูมิ –148°C เกิดปรากฏการณ์ตัวนำยิ่งยวด ตัวนำเป็นส่วนผสมของแทลเลียม แคลเซียม แบเรียม และคอปเปอร์ออกไซด์ - Tl2Ca2Ba2Cu3Ox

เซมิคอนดักเตอร์ -

สารที่มีความต้านทานสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้างและลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าค่าการนำไฟฟ้า (1/R) เพิ่มขึ้น
- พบได้ในซิลิคอน เจอร์เมเนียม ซีลีเนียม และสารประกอบบางชนิด

กลไกการนำในสารกึ่งตัวนำ

ผลึกเซมิคอนดักเตอร์มีตาข่ายคริสตัลอะตอมที่อิเล็กตรอนชั้นนอกถูกพันธะกับอะตอมข้างเคียงด้วยพันธะโควาเลนต์
ที่อุณหภูมิต่ำ เซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์จะไม่มีอิเล็กตรอนอิสระและมีพฤติกรรมเหมือนฉนวน

กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ

สุญญากาศคืออะไร?
- นี่คือระดับของการทำให้บริสุทธิ์ของก๊าซซึ่งไม่มีการชนกันของโมเลกุล

กระแสไฟฟ้าไม่สามารถทำได้เพราะว่า จำนวนโมเลกุลไอออไนซ์ที่เป็นไปได้ไม่สามารถให้การนำไฟฟ้าได้
- เป็นไปได้ที่จะสร้างกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศหากคุณใช้แหล่งกำเนิดของอนุภาคที่มีประจุ
- การกระทำของแหล่งกำเนิดของอนุภาคที่มีประจุอาจขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การปล่อยความร้อน

การปล่อยความร้อน

- นี่คือการปล่อยอิเล็กตรอนโดยวัตถุที่เป็นของแข็งหรือของเหลวเมื่อถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สอดคล้องกับการเรืองแสงของโลหะร้อนที่มองเห็นได้
อิเล็กโทรดโลหะที่ให้ความร้อนจะปล่อยอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่อง ก่อตัวเป็นเมฆอิเล็กตรอนรอบๆ ตัวมันเอง
ในสภาวะสมดุล จำนวนอิเล็กตรอนที่ออกจากอิเล็กโทรดจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่กลับมา (เนื่องจากอิเล็กโทรดจะมีประจุบวกเมื่อสูญเสียอิเล็กตรอน)
ยิ่งอุณหภูมิของโลหะสูง ความหนาแน่นของเมฆอิเล็กตรอนก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย

ไดโอดสุญญากาศ

กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศสามารถทำได้ในหลอดสุญญากาศ
หลอดสุญญากาศเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ปรากฏการณ์การปล่อยความร้อน

ไดโอดสุญญากาศคือหลอดอิเล็กตรอนสองขั้ว (A - แอโนดและ K - แคโทด)
ภายในภาชนะแก้วจะมีแรงดันต่ำมาก

H - ฟิลาเมนต์ที่อยู่ภายในแคโทดเพื่อให้ความร้อน พื้นผิวของแคโทดที่ได้รับความร้อนจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมา หากขั้วบวกเชื่อมต่อกับ + ของแหล่งกำเนิดปัจจุบัน และขั้วแคโทดเชื่อมต่อกับ - แสดงว่าวงจรจะไหล
กระแสความร้อนคงที่ ไดโอดสุญญากาศมีค่าการนำไฟฟ้าทางเดียว
เหล่านั้น. กระแสไฟฟ้าในขั้วบวกเป็นไปได้หากศักยภาพของขั้วบวกสูงกว่าศักยภาพของขั้วลบ ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจากเมฆอิเล็กตรอนถูกดึงดูดไปยังขั้วบวก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ

ลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดสุญญากาศ

ที่แรงดันแอโนดต่ำ อิเล็กตรอนบางตัวที่ปล่อยออกมาจากแคโทดอาจไม่ถึงขั้วแอโนด และกระแสไฟฟ้าก็มีน้อย ที่แรงดันไฟฟ้าสูง กระแสจะถึงความอิ่มตัว เช่น ค่าสูงสุด
ไดโอดสุญญากาศใช้เพื่อแก้ไขกระแสสลับ

กระแสที่อินพุตของวงจรเรียงกระแสไดโอด:

กระแสไฟขาออกของวงจรเรียงกระแส:

คานอิเล็กตรอน

นี่คือกระแสของอิเล็กตรอนที่บินอย่างรวดเร็วในหลอดสุญญากาศและอุปกรณ์ปล่อยก๊าซ

คุณสมบัติของลำอิเล็กตรอน:

เบี่ยงเบนไปในสนามไฟฟ้า
- เบี่ยงเบนไปในสนามแม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของแรงลอเรนซ์
- เมื่อลำแสงกระทบกับสารถูกชะลอความเร็ว รังสีเอกซ์จะปรากฏขึ้น
- ทำให้เกิดการเรืองแสง (เรืองแสง) ของของแข็งและของเหลวบางชนิด (luminophores)
- ให้ความร้อนกับสารโดยการสัมผัส

หลอดรังสีแคโทด (CRT)

มีการใช้ปรากฏการณ์การปล่อยความร้อนและคุณสมบัติของลำอิเล็กตรอน

CRT ประกอบด้วยปืนอิเล็กตรอน ตัวเบี่ยงแนวนอนและแนวตั้ง
แผ่นอิเล็กโทรดและหน้าจอ
ในปืนอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดที่ให้ความร้อนจะผ่านอิเล็กโทรดกริดควบคุม และถูกเร่งด้วยแอโนด ปืนอิเล็กตรอนจะโฟกัสลำอิเล็กตรอนไปที่จุดหนึ่งและเปลี่ยนความสว่างของแสงบนหน้าจอ การหักเหของแผ่นแนวนอนและแนวตั้งทำให้คุณสามารถเลื่อนลำอิเล็กตรอนบนหน้าจอไปยังจุดใดก็ได้บนหน้าจอ ตะแกรงหลอดเคลือบด้วยสารเรืองแสงที่เริ่มเรืองแสงเมื่อถูกโจมตีด้วยอิเล็กตรอน

หลอดมีสองประเภท:

1) ด้วยการควบคุมไฟฟ้าสถิตของลำแสงอิเล็กตรอน (การโก่งตัวของลำแสงไฟฟ้าโดยสนามไฟฟ้าเท่านั้น)
2) ด้วยการควบคุมแม่เหล็กไฟฟ้า (เพิ่มขดลวดโก่งแม่เหล็ก)

การใช้งานหลักของ CRT:

หลอดภาพในอุปกรณ์โทรทัศน์
จอแสดงผลคอมพิวเตอร์
ออสซิลโลสโคปอิเล็กทรอนิกส์ในเทคโนโลยีการวัด

กระแสไฟฟ้าในก๊าซ

ภายใต้สภาวะปกติ ก๊าซจะเป็นอิเล็กทริก เช่น ประกอบด้วยอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลางและไม่มีพาหะของกระแสไฟฟ้าอิสระ
ก๊าซตัวนำเป็นก๊าซไอออไนซ์ ก๊าซไอออไนซ์มีค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กตรอนไอออน

อากาศเป็นอิเล็กทริกในสายไฟ ตัวเก็บประจุอากาศ และสวิตช์หน้าสัมผัส

อากาศเป็นตัวนำเมื่อเกิดฟ้าผ่า เกิดประกายไฟ หรือเมื่อเกิดส่วนเชื่อม

แก๊สไอออไนเซชัน

เป็นการสลายอะตอมหรือโมเลกุลที่เป็นกลางให้เป็นไอออนบวกและอิเล็กตรอนโดยการเอาอิเล็กตรอนออกจากอะตอม ไอออนไนซ์เกิดขึ้นเมื่อก๊าซได้รับความร้อนหรือสัมผัสกับรังสี (UV, รังสีเอกซ์, กัมมันตภาพรังสี) และอธิบายได้จากการสลายตัวของอะตอมและโมเลกุลระหว่างการชนด้วยความเร็วสูง

การปล่อยก๊าซ

นี่คือกระแสไฟฟ้าในก๊าซไอออไนซ์
ตัวพาประจุคือไอออนบวกและอิเล็กตรอน การปล่อยก๊าซจะสังเกตได้ในท่อปล่อยก๊าซ (หลอดไฟ) เมื่อสัมผัสกับสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก

การรวมตัวกันใหม่ของอนุภาคที่มีประจุ

- ก๊าซสิ้นสุดการเป็นตัวนำหากไอออไนเซชันหยุด สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการรวมตัวกันใหม่ (การรวมตัวใหม่ของอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกัน)

มีการปล่อยก๊าซแบบพึ่งตนเองและไม่ยั่งยืน

การปล่อยก๊าซที่ไม่ยั่งยืน

หากการทำงานของเครื่องสร้างประจุไอออนหยุด การคายประจุจะหยุดลงด้วย

เมื่อการคายประจุถึงความอิ่มตัว กราฟจะกลายเป็นแนวนอน ในที่นี้ ค่าการนำไฟฟ้าของก๊าซมีสาเหตุมาจากการกระทำของไอออไนเซอร์เท่านั้น

การปล่อยก๊าซอย่างยั่งยืนด้วยตนเอง

ในกรณีนี้ การปล่อยก๊าซจะดำเนินต่อไปแม้หลังจากการสิ้นสุดของไอออไนเซอร์ภายนอกเนื่องจากไอออนและอิเล็กตรอนที่เป็นผลมาจากการกระแทกของไอออนไนซ์ (= ไอออนไนซ์ของไฟฟ้าช็อต) เกิดขึ้นเมื่อความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดเพิ่มขึ้น (เกิดหิมะถล่มของอิเล็กตรอน)
การปล่อยก๊าซที่ไม่ยั่งยืนในตัวเองสามารถเปลี่ยนเป็นการปล่อยก๊าซอย่างยั่งยืนในตัวเองเมื่อ Ua = Uignition

การพังทลายของแก๊สด้วยไฟฟ้า

กระบวนการเปลี่ยนการปล่อยก๊าซที่ไม่พึ่งพาตนเองไปสู่การปล่อยก๊าซที่พึ่งพาตนเองได้

การปล่อยก๊าซอย่างยั่งยืนในตัวเองเกิดขึ้น 4 ประเภท:

1. การคุกรุ่น - ที่ความดันต่ำ (สูงถึงหลายมม. ปรอท) - สังเกตได้ในหลอดแก๊สและเลเซอร์แก๊ส
2. ประกายไฟ - ที่ความดันปกติและความแรงของสนามไฟฟ้าสูง (ฟ้าผ่า - ความแรงของกระแสสูงถึงหลายแสนแอมแปร์)
3. โคโรนา - ที่ความดันปกติในสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ (ที่ส่วนปลาย)
4. ส่วนโค้ง - ความหนาแน่นกระแสสูง, แรงดันไฟฟ้าต่ำระหว่างอิเล็กโทรด (อุณหภูมิของก๊าซในช่องอาร์ค -5,000-6,000 องศาเซลเซียส) สังเกตได้จากสปอตไลท์และอุปกรณ์ฉายภาพยนตร์

สังเกตการปล่อยเหล่านี้:

ระอุ - ในหลอดฟลูออเรสเซนต์
ประกายไฟ - สายฟ้า;
โคโรนา - ในเครื่องตกตะกอนไฟฟ้าระหว่างการรั่วไหลของพลังงาน
ส่วนโค้ง - ระหว่างการเชื่อมในหลอดปรอท

พลาสมา

นี่เป็นสถานะที่สี่ของการรวมตัวของสารที่มีระดับไอออไนซ์สูงเนื่องจากการชนกันของโมเลกุลด้วยความเร็วสูงที่อุณหภูมิสูง พบในธรรมชาติ: ไอโอโนสเฟียร์ - พลาสมาแตกตัวเป็นไอออนอ่อน, ดวงอาทิตย์ - พลาสมาแตกตัวเป็นไอออนเต็มที่; พลาสมาประดิษฐ์ - ในหลอดปล่อยก๊าซ

พลาสมาสามารถ:

อุณหภูมิต่ำ - ที่อุณหภูมิน้อยกว่า 100,000K;
อุณหภูมิสูง - ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100,000K

คุณสมบัติพื้นฐานของพลาสมา:

การนำไฟฟ้าสูง
- ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กภายนอก

ที่อุณหภูมิ

สารใดๆ ก็ตามมีสถานะพลาสมา

สิ่งที่น่าสนใจคือ 99% ของสสารในจักรวาลเป็นพลาสมา

คำถามทดสอบสำหรับการทดสอบ

วางแผน:

การแนะนำ

• 1 แนวคิดพื้นฐาน
• 2 สมการพื้นฐาน
• 3 เนื้อหาเกี่ยวกับไฟฟ้าไดนามิกส์
• 4 ส่วนต่างๆ ของพลศาสตร์ไฟฟ้า
• 5 ค่าสมัคร
• 6 ประวัติศาสตร์

การแนะนำ

ไฟฟ้ากระแส- สาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในกรณีทั่วไปที่สุด (นั่นคือพิจารณาสนามตัวแปรที่ขึ้นกับเวลา) และปฏิสัมพันธ์กับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า (ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า) เรื่องของพลศาสตร์ไฟฟ้ารวมถึงการเชื่อมโยงระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (ในสภาวะที่แตกต่างกัน ทั้งอิสระและในกรณีต่าง ๆ ของการโต้ตอบกับสสาร) กระแสไฟฟ้า (โดยทั่วไป ตัวแปร) และปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (กระแสไฟฟ้า ถือได้เมื่อเปรียบเสมือนการรวมตัวกันของอนุภาคมีประจุที่กำลังเคลื่อนที่) ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กใดๆ ระหว่างวัตถุที่มีประจุถือกันว่าเกิดขึ้นในฟิสิกส์สมัยใหม่ว่าเกิดขึ้นผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และดังนั้นจึงเป็นเรื่องของพลศาสตร์ไฟฟ้าด้วย

ส่วนใหญ่มักจะอยู่ภายใต้เงื่อนไข ไฟฟ้ากระแสโดยค่าเริ่มต้น เป็นที่เข้าใจถึงพลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิก (ไม่ส่งผลกระทบต่อควอนตัม) เพื่อแสดงถึงทฤษฎีควอนตัมสมัยใหม่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากับอนุภาคที่มีประจุ จึงมักใช้คำว่าไฟฟ้าไดนามิกส์ควอนตัมที่เสถียร

1. แนวคิดพื้นฐาน

แนวคิดพื้นฐานที่ใช้ในไฟฟ้าพลศาสตร์ประกอบด้วย:

• สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหัวข้อหลักของการศึกษาพลศาสตร์ไฟฟ้าซึ่งเป็นสสารประเภทหนึ่งที่แสดงออกเมื่อมีอันตรกิริยากับวัตถุที่มีประจุ ประวัติศาสตร์แบ่งออกเป็นสองสาขา:
  • สนามไฟฟ้า - สร้างขึ้นโดยวัตถุที่มีประจุหรือสนามแม่เหล็กสลับ มีผลกระทบต่อวัตถุที่มีประจุใดๆ
  • สนามแม่เหล็ก - สร้างขึ้นโดยการเคลื่อนย้ายวัตถุที่มีประจุ วัตถุที่มีประจุด้วยการหมุน และสนามไฟฟ้าสลับ ส่งผลต่อประจุที่เคลื่อนที่และวัตถุที่มีประจุด้วยการหมุน
• ประจุไฟฟ้าเป็นสมบัติของร่างกายที่ช่วยให้พวกมันสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและโต้ตอบกับสนามเหล่านี้ได้
• ศักย์แม่เหล็กไฟฟ้าคือปริมาณทางกายภาพ 4 เวกเตอร์ที่กำหนดการกระจายตัวของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในอวกาศโดยสมบูรณ์ ไฮไลท์:
  • ศักย์ไฟฟ้าสถิต - องค์ประกอบเวลาของเวกเตอร์ 4 ตัว
  • ศักย์เวกเตอร์คือเวกเตอร์สามมิติที่เกิดจากส่วนประกอบที่เหลือของเวกเตอร์ 4 ตัว
• เวกเตอร์พอยน์ติ้งเป็นปริมาณทางกายภาพของเวกเตอร์ที่มีความหมายเกี่ยวกับความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

2. สมการพื้นฐาน

สมการพื้นฐานที่อธิบายพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและอันตรกิริยากับวัตถุที่มีประจุคือ:

• สมการของแมกซ์เวลล์ ซึ่งกำหนดพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอิสระในสุญญากาศและตัวกลาง ตลอดจนการสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตามแหล่งกำเนิด ในบรรดาสมการเหล่านี้ได้แก่:
  • กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ ซึ่งกำหนดการสร้างสนามไฟฟ้าโดยสนามแม่เหล็กสลับ
  • ทฤษฎีบทการไหลเวียนของสนามแม่เหล็กที่มีการเติมกระแสการกระจัดที่แนะนำโดย Maxwell จะกำหนดการสร้างสนามแม่เหล็กโดยการเคลื่อนย้ายประจุและสนามไฟฟ้ากระแสสลับ
  • ทฤษฎีบทของเกาส์สำหรับสนามไฟฟ้า ซึ่งกำหนดการสร้างสนามไฟฟ้าสถิตด้วยประจุ
  • กฎการปิดเส้นสนามแม่เหล็ก
• นิพจน์สำหรับแรงลอเรนซ์ที่กำหนดแรงที่กระทำต่อประจุที่อยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
• กฎจูล-เลนซ์ ซึ่งกำหนดปริมาณการสูญเสียความร้อนในตัวกลางนำไฟฟ้าที่มีค่าการนำไฟฟ้าจำกัด เมื่อมีสนามไฟฟ้าอยู่ภายใน

สมการเฉพาะที่มีความสำคัญเป็นพิเศษคือ:

• กฎของคูลอมบ์ ซึ่งรวมทฤษฎีบทของเกาส์สำหรับสนามไฟฟ้าและแรงลอเรนซ์เข้าด้วยกัน และกำหนดอันตรกิริยาไฟฟ้าสถิตของประจุสองจุด
• กฎของแอมแปร์ ซึ่งกำหนดแรงที่กระทำต่อกระแสปฐมภูมิที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก
• ทฤษฎีบทของพอยน์ติง ซึ่งแสดงออกถึงกฎการอนุรักษ์พลังงานในพลศาสตร์ไฟฟ้า

3. เนื้อหาของพลศาสตร์ไฟฟ้า

เนื้อหาหลักของพลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิกคือคำอธิบายคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์ของมันกับวัตถุที่มีประจุ (วัตถุที่มีประจุ "สร้าง" สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็น "แหล่งกำเนิด" และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำหน้าที่กับวัตถุที่มีประจุทำให้เกิด แรงแม่เหล็กไฟฟ้า) คำอธิบายนี้ นอกเหนือจากการกำหนดวัตถุและปริมาณพื้นฐาน เช่น ประจุไฟฟ้า สนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก ศักย์แม่เหล็กไฟฟ้า ยังลดเหลือสมการของแมกซ์เวลล์ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งและสูตรแรงลอเรนซ์ และยังกล่าวถึงประเด็นที่เกี่ยวข้องบางประการด้วย ( ที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์คณิตศาสตร์ การประยุกต์ ปริมาณเสริม และสูตรเสริมที่สำคัญสำหรับการใช้งาน เช่น เวกเตอร์ความหนาแน่นกระแส หรือกฎของโอห์มเชิงประจักษ์) คำอธิบายนี้ยังรวมถึงประเด็นการอนุรักษ์และการถ่ายโอนพลังงาน โมเมนตัม โมเมนตัมเชิงมุมโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า รวมถึงสูตรสำหรับความหนาแน่นของพลังงาน เวกเตอร์จุด ฯลฯ

บางครั้ง ผลกระทบทางไฟฟ้าไดนามิก (ตรงข้ามกับไฟฟ้าสถิต) ถือเป็นความแตกต่างที่มีนัยสำคัญระหว่างกรณีทั่วไปของพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (เช่น ความสัมพันธ์แบบไดนามิกระหว่างการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก) จากกรณีคงที่ ซึ่งทำให้ กรณีคงที่ อธิบาย เข้าใจ และคำนวณได้ง่ายกว่ามาก

4. ส่วนของไฟฟ้าพลศาสตร์

• ไฟฟ้าสถิตอธิบายถึงคุณสมบัติของไฟฟ้าสถิต (ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลาหรือเปลี่ยนแปลงช้าพอที่จะละเลย "ผลกระทบทางไฟฟ้าไดนามิก" ในความหมายที่อธิบายไว้ข้างต้น) สนามไฟฟ้าและอันตรกิริยากับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า (ประจุไฟฟ้า)
• วิชาแม่เหล็กศึกษากระแสตรงและสนามแม่เหล็กคงที่ (สนามแม่เหล็กไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลาหรือเปลี่ยนแปลงช้ามากจนสามารถละเลยความเร็วของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ในการคำนวณ) รวมถึงปฏิสัมพันธ์ของพวกมันด้วย
• พลศาสตร์ไฟฟ้าต่อเนื่องจะตรวจสอบพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวกลางต่อเนื่อง
• พลศาสตร์ไฟฟ้าเชิงสัมพัทธภาพพิจารณาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในสื่อที่กำลังเคลื่อนที่

5. ค่าสมัคร

อิเล็กโทรไดนามิกส์เป็นรากฐานของทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์ ซึ่งเป็นฟิสิกส์ของการแพร่กระจายคลื่นวิทยุ และยังแทรกซึมเข้าไปในฟิสิกส์เกือบทั้งหมด เนื่องจากสาขาฟิสิกส์เกือบทั้งหมดต้องจัดการกับสนามไฟฟ้าและประจุ และบ่อยครั้งจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงและการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วที่ไม่สำคัญ นอกจากนี้ อิเล็กโทรไดนามิกส์ยังเป็นทฤษฎีฟิสิกส์ที่เป็นแบบอย่าง (ทั้งในเวอร์ชันคลาสสิกและควอนตัม) ซึ่งผสมผสานการคำนวณและการทำนายที่มีความแม่นยำสูงมากเข้ากับอิทธิพลของแนวคิดทางทฤษฎีที่เกิดในสาขาของตนในด้านอื่น ๆ ของฟิสิกส์เชิงทฤษฎี

ไฟฟ้าพลศาสตร์มีความสำคัญอย่างยิ่งในเทคโนโลยีและเป็นพื้นฐานของ: วิศวกรรมวิทยุ, วิศวกรรมไฟฟ้า, สาขาวิชาต่างๆ ของการสื่อสารและวิทยุ

6. ประวัติศาสตร์

ข้อพิสูจน์แรกของการเชื่อมโยงระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กคือการค้นพบการทดลองของ Oersted ในปี 1819-1820 เกี่ยวกับการสร้างสนามแม่เหล็กด้วยกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้เขายังแสดงความคิดเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของกระบวนการไฟฟ้าและแม่เหล็กในพื้นที่รอบ ๆ ตัวนำ แต่ในรูปแบบที่ค่อนข้างไม่ชัดเจน

ในปี ค.ศ. 1831 ไมเคิล ฟาราเดย์ได้ค้นพบการทดลองปรากฏการณ์และกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งกลายเป็นหลักฐานแรกที่ชัดเจนเกี่ยวกับความสัมพันธ์ไดนามิกโดยตรงของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้เขายังพัฒนา (ที่เกี่ยวข้องกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก) พื้นฐานของแนวคิดเกี่ยวกับสนามฟิสิกส์และแนวคิดทางทฤษฎีพื้นฐานบางประการที่ทำให้สามารถอธิบายสนามฟิสิกส์ได้ และยังทำนายการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในปี 1832 อีกด้วย

ในปีพ.ศ. 2407 เจ.ซี. แม็กซ์เวลล์ได้ตีพิมพ์ระบบสมการ "พลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิก" ฉบับสมบูรณ์เป็นครั้งแรก ซึ่งอธิบายวิวัฒนาการของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและอันตรกิริยากับประจุและกระแส เขาตั้งสมมติฐานตามทฤษฎีว่าแสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า กล่าวคือ วัตถุไฟฟ้าพลศาสตร์

ไฟฟ้ากระแส... หนังสืออ้างอิงพจนานุกรมการสะกดคำ

ทฤษฎีคลาสสิก (ไม่ใช่ควอนตัม) ของพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งดำเนินการปฏิสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้า ประจุ (ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า) กฎหมายคลาสสิก มหภาค E. ได้รับการกำหนดไว้ในสมการของ Maxwell ซึ่งอนุญาตให้ ... สารานุกรมกายภาพ

- (จากคำว่าไฟฟ้าและกำลังไดนามิสของกรีก) ส่วนหนึ่งของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการกระทำของกระแสไฟฟ้า พจนานุกรมคำต่างประเทศที่รวมอยู่ในภาษารัสเซีย Chudinov A.N. , 1910. ELECTRODYNAMICS จากคำว่าไฟฟ้าและภาษากรีก ไดนามิก ความแข็งแกร่ง... พจนานุกรมคำต่างประเทศในภาษารัสเซีย

สารานุกรมสมัยใหม่

ไฟฟ้ากระแส- ทฤษฎีคลาสสิกของกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่ใช่ควอนตัม ซึ่งมีบทบาทหลักโดยการโต้ตอบระหว่างอนุภาคที่มีประจุในตัวกลางต่างๆ และในสุญญากาศ การก่อตัวของไฟฟ้าพลศาสตร์นำหน้าด้วยผลงานของ C. Coulomb, J. Biot, F. Savart, ... ... พจนานุกรมสารานุกรมภาพประกอบ

ทฤษฎีคลาสสิกของกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าในสื่อต่างๆ และในสุญญากาศ ครอบคลุมชุดปรากฏการณ์ขนาดใหญ่ซึ่งมีบทบาทหลักโดยการโต้ตอบระหว่างอนุภาคที่มีประจุซึ่งดำเนินการผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

ELECTRODYNAMICS ในวิชาฟิสิกส์ เป็นสาขาที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กและวัตถุที่มีประจุ วินัยนี้เริ่มขึ้นในศตวรรษที่ 19 ด้วยผลงานทางทฤษฎีของเธอ James MAXWELL ต่อมาเธอก็ได้เป็นส่วนหนึ่งของ... ... พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค

ELECTRODYNAMICS, ไฟฟ้าพลศาสตร์ และอื่นๆ อีกมากมาย ไม่ ผู้หญิง (ดูไฟฟ้าและพลศาสตร์) (ทางกายภาพ) ภาควิชาฟิสิกส์ ศึกษาคุณสมบัติของกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าในการเคลื่อนที่ มด. ไฟฟ้าสถิต พจนานุกรมอธิบายของ Ushakov ดี.เอ็น. อูชาคอฟ พ.ศ. 2478 พ.ศ. 2483 … พจนานุกรมอธิบายของ Ushakov

อิเล็กโทรไดนามิกส์ และ ก. (ผู้เชี่ยวชาญ.). ทฤษฎีกระบวนการทางแม่เหล็กไฟฟ้าในสื่อต่างๆ และในสุญญากาศ พจนานุกรมอธิบายของ Ozhegov เอสไอ Ozhegov, N.Y. ชเวโดวา พ.ศ. 2492 พ.ศ. 2535 … พจนานุกรมอธิบายของ Ozhegov

คำนามจำนวนคำพ้องความหมาย: 2 ไดนามิก (18) ฟิสิกส์ (55) พจนานุกรม ASIS ของคำพ้องความหมาย วี.เอ็น. ทริชิน. 2013… พจนานุกรมคำพ้อง

ไฟฟ้ากระแส- - [เอเอส โกลด์เบิร์ก พจนานุกรมพลังงานภาษาอังกฤษเป็นภาษารัสเซีย 2549] หัวข้อวิศวกรรมกำลังไฟฟ้าพลศาสตร์ทั่วไปของ EN ... คู่มือนักแปลด้านเทคนิค

หนังสือ

• ไฟฟ้าพลศาสตร์, A.E. Ivanov. หนังสือเรียนเล่มนี้มีความพอเพียง: นำเสนอการบรรยายที่รองศาสตราจารย์ที่ศูนย์การศึกษาและวิทยาศาสตร์เฉพาะทางของ MSTU เป็นเวลาหลายปี เอ็น อี บาวแมน...
• พลศาสตร์ไฟฟ้า, เซอร์เกย์ อนาโตลีเยวิช อีวานอฟ ...

คำจำกัดความ 1

ไฟฟ้าพลศาสตร์เป็นสาขาฟิสิกส์ขนาดใหญ่และสำคัญที่ศึกษาคุณสมบัติคลาสสิกที่ไม่ใช่ควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและการเคลื่อนที่ของประจุแม่เหล็กที่มีประจุบวกซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันโดยใช้สนามนี้

รูปที่ 1 สั้น ๆ เกี่ยวกับไฟฟ้าพลศาสตร์ Author24 - แลกเปลี่ยนผลงานนักศึกษาออนไลน์

พลศาสตร์ไฟฟ้าดูเหมือนจะเป็นกลุ่มของสูตรปัญหาต่างๆ มากมาย ตลอดจนวิธีแก้ปัญหาอันชาญฉลาด วิธีการโดยประมาณ และกรณีพิเศษ ซึ่งรวมเป็นหนึ่งเดียวโดยกฎและสมการตั้งต้นทั่วไป อย่างหลังซึ่งประกอบขึ้นเป็นส่วนหลักของพลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิก มีการนำเสนอโดยละเอียดในสูตรของ Maxwell ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ยังคงศึกษาหลักการของสาขานี้ในสาขาฟิสิกส์ โครงกระดูกของโครงสร้าง ความสัมพันธ์กับสาขาวิทยาศาสตร์อื่น ๆ

กฎของคูลอมบ์ในไฟฟ้าพลศาสตร์แสดงไว้ดังนี้: $F= \frac (kq1q2) (r2)$ โดยที่ $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$ สมการความแรงของสนามไฟฟ้าเขียนได้ดังนี้: $E= \frac (F)(q)$ และฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก $∆Ф=В∆S \cos (a)$

ในด้านไฟฟ้าพลศาสตร์ ประจุอิสระและระบบประจุซึ่งมีส่วนช่วยในการกระตุ้นสเปกตรัมพลังงานต่อเนื่องนั้นได้รับการศึกษาเป็นหลัก คำอธิบายแบบคลาสสิกของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการสนับสนุนจากความจริงที่ว่ามันมีประสิทธิภาพอยู่แล้วในขีดจำกัดพลังงานต่ำ เมื่อศักยภาพพลังงานของอนุภาคและโฟตอนมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับพลังงานที่เหลือของอิเล็กตรอน

ในสถานการณ์เช่นนี้ มักจะไม่มีการทำลายล้างอนุภาคที่มีประจุ เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงสถานะของการเคลื่อนที่ที่ไม่เสถียรเพียงเล็กน้อยเท่านั้นอันเป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนโฟตอนพลังงานต่ำจำนวนมาก

หมายเหตุ 1

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าอนุภาคในตัวกลางจะมีพลังงานสูง แม้ว่าความผันผวนจะมีบทบาทสำคัญก็ตาม อิเล็กโทรไดนามิกส์ก็สามารถนำมาใช้ในการอธิบายที่ครอบคลุมเกี่ยวกับคุณลักษณะและกระบวนการในระดับมหภาคทางสถิติได้สำเร็จ

สมการพื้นฐานของพลศาสตร์ไฟฟ้า

สูตรหลักที่อธิบายพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับวัตถุที่มีประจุคือสมการของแมกซ์เวลล์ซึ่งกำหนดการกระทำที่เป็นไปได้ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอิสระในตัวกลางและสุญญากาศตลอดจนการสร้างสนามทั่วไปตามแหล่งที่มา

ในบรรดาบทบัญญัติทางฟิสิกส์เหล่านี้มีความเป็นไปได้ที่จะเน้น:

• ทฤษฎีบทของเกาส์สำหรับสนามไฟฟ้า - มีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดการสร้างสนามไฟฟ้าสถิตด้วยประจุบวก
• สมมติฐานของเส้นสนามปิด - ส่งเสริมปฏิสัมพันธ์ของกระบวนการภายในสนามแม่เหล็กนั้น
• กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ - กำหนดการสร้างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตามคุณสมบัติที่แปรผันของสิ่งแวดล้อม

โดยทั่วไป ทฤษฎีบทแอมแปร์-แมกซ์เวลล์เป็นแนวคิดเฉพาะเกี่ยวกับการไหลเวียนของเส้นในสนามแม่เหล็กด้วยการเติมกระแสการกระจัดอย่างค่อยเป็นค่อยไปที่แนะนำโดยแมกซ์เวลล์เอง ซึ่งกำหนดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กอย่างแม่นยำโดยการเคลื่อนย้ายประจุและการกระทำสลับของ สนามไฟฟ้า

ประจุและแรงในพลศาสตร์ไฟฟ้า

ในพลศาสตร์ไฟฟ้า ปฏิกิริยาระหว่างแรงและประจุของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามาจากคำจำกัดความร่วมต่อไปนี้ของประจุไฟฟ้า $q$ พลังงาน $E$ และสนามแม่เหล็ก $B$ ซึ่งกำหนดขึ้นเป็นกฎทางกายภาพพื้นฐานโดยอิงจากทั้งหมด ชุดข้อมูลการทดลอง สูตรสำหรับแรงลอเรนซ์ (ภายในอุดมคติของประจุจุดที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แน่นอน) เขียนไว้ด้วยการแทนที่ความเร็ว $v$

ตัวนำมักจะมีประจุจำนวนมาก ดังนั้นประจุเหล่านี้จึงได้รับการชดเชยค่อนข้างดี: จำนวนประจุบวกและลบจะเท่ากันเสมอ ดังนั้นแรงไฟฟ้าทั้งหมดที่กระทำต่อตัวนำอย่างต่อเนื่องจึงเป็นศูนย์เช่นกัน แรงแม่เหล็กที่ทำงานต่อประจุแต่ละประจุในตัวนำจะไม่ได้รับการชดเชยในท้ายที่สุด เนื่องจากเมื่อมีกระแสไฟฟ้า ความเร็วการเคลื่อนที่ของประจุจะแตกต่างกันเสมอ สมการการกระทำของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กสามารถเขียนได้ดังนี้: $G = |v ⃗ |s \cos(a) $

หากเราไม่ได้ศึกษาของเหลว แต่ศึกษาการไหลของอนุภาคที่มีประจุอย่างเต็มรูปแบบและเสถียรในฐานะกระแสไฟฟ้า ดังนั้น ศักย์พลังงานทั้งหมดที่ผ่านเป็นเส้นตรงผ่านพื้นที่ในราคา $1s$ จะเป็นความแรงของกระแสเท่ากับ: $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $ โดยที่ $ρ$ คือความหนาแน่นของประจุ (ต่อหน่วยปริมาตรในการไหลทั้งหมด)

โน้ต 2

หากสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งบนไซต์เฉพาะดังนั้นในนิพจน์และสูตรสำหรับการไหลบางส่วนเช่นในกรณีของของเหลวค่าเฉลี่ย $E ⃗ $ และ $B ⃗$ บน ต้องเข้าเว็บไซต์

ตำแหน่งพิเศษของพลศาสตร์ไฟฟ้าในฟิสิกส์

ตำแหน่งที่สำคัญของพลศาสตร์ไฟฟ้าในวิทยาศาสตร์สมัยใหม่สามารถยืนยันได้จากผลงานที่มีชื่อเสียงของ A. Einstein ซึ่งมีการสรุปหลักการและรากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษอย่างละเอียด งานทางวิทยาศาสตร์ของนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นเรียกว่า "เกี่ยวกับไฟฟ้าพลศาสตร์ของวัตถุที่เคลื่อนไหว" และรวมถึงสมการและคำจำกัดความที่สำคัญจำนวนมาก

เนื่องจากเป็นสาขาฟิสิกส์ที่แยกจากกัน ไฟฟ้าพลศาสตร์จึงประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:

• หลักคำสอนด้านวัตถุทางกายภาพและอนุภาคที่อยู่นิ่ง แต่มีประจุไฟฟ้า
• หลักคำสอนเกี่ยวกับคุณสมบัติของกระแสไฟฟ้า
• หลักคำสอนเรื่องอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
• การศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการแกว่ง

ส่วนข้างต้นทั้งหมดถูกรวมเป็นหนึ่งเดียวโดยทฤษฎีบทของ D. Maxwell ซึ่งไม่เพียงสร้างและนำเสนอทฤษฎีที่สอดคล้องกันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังอธิบายคุณสมบัติทั้งหมดของมันด้วยเพื่อพิสูจน์การมีอยู่จริงของมัน ผลงานของนักวิทยาศาสตร์ผู้นี้แสดงให้โลกวิทยาศาสตร์เห็นว่าสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่รู้จักในขณะนั้นเป็นเพียงการรวมตัวกันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเส้นเดียวที่ทำงานในระบบอ้างอิงที่แตกต่างกัน

ส่วนสำคัญของฟิสิกส์คือการศึกษาเกี่ยวกับพลศาสตร์ไฟฟ้าและปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า พื้นที่นี้ส่วนใหญ่อ้างสิทธิ์ในสถานะของวิทยาศาสตร์ที่แยกจากกัน เนื่องจากไม่เพียงแต่สำรวจรูปแบบของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด แต่ยังอธิบายรายละเอียดเหล่านั้นผ่านสูตรทางคณิตศาสตร์อีกด้วย การวิจัยเชิงลึกและระยะยาวเกี่ยวกับพลศาสตร์ไฟฟ้าได้เปิดแนวทางใหม่ในการใช้ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ เพื่อประโยชน์ของมวลมนุษยชาติ