Elektrodinamik hangi durum için önemli bir rol oynamaktadır? Elektrodinamik, formüller
TANIM
Elektromanyetik alanlar ve elektromanyetik etkileşimler, fiziğin adı verilen bir dalı tarafından incelenir. elektrodinamik.
Klasik elektrodinamik, elektromanyetik alanların özelliklerini inceler ve açıklar. Elektromanyetik alanların elektrik yüklü cisimlerle etkileşimine ilişkin yasaları inceler.
Elektrodinamiğin temel kavramları
Sabit bir ortamın elektrodinamiğinin temeli Maxwell denklemleridir. Elektrodinamik, elektromanyetik alan, elektrik yükü, elektromanyetik potansiyel, Poynting vektörü gibi temel kavramlarla çalışır.
Elektromanyetik alan, yüklü bir cisim diğeriyle etkileşime girdiğinde kendini gösteren özel bir madde türüdür. Çoğu zaman, bir elektromanyetik alan düşünüldüğünde bileşenleri ayırt edilir: elektrik alanı ve manyetik alan. Bir elektrik alanı, bir elektrik yükü veya alternatif bir manyetik alan yaratır. Bir yük (yüklü cisim) hareket ettiğinde ve zamanla değişen bir elektrik alanın varlığında bir manyetik alan ortaya çıkar.
Elektromanyetik potansiyel, elektromanyetik alanın uzaydaki dağılımını belirleyen fiziksel bir niceliktir.
Elektrodinamik şu bölümlere ayrılmıştır: elektrostatik; manyetostatik; sürekliliğin elektrodinamiği; göreceli elektrodinamik.
Poynting vektörü (Umov-Poynting vektörü), elektromanyetik alanın enerji akısı yoğunluğunun vektörü olan fiziksel bir miktardır. Bu vektörün büyüklüğü, elektromanyetik enerjinin yayılma yönüne dik olan birim yüzey alanı boyunca birim zamanda aktarılan enerjiye eşittir.
Elektrodinamik, optiğin (bir bilim dalı olarak) ve radyo dalgaları fiziğinin incelenmesi ve geliştirilmesinin temelini oluşturur. Bu bilim dalı radyo mühendisliği ve elektrik mühendisliğinin temelini oluşturur.
Klasik elektrodinamik, elektromanyetik alanların özelliklerini ve etkileşimlerinin ilkelerini açıklarken, Maxwell'in denklem sistemini (integral veya diferansiyel formlarda) kullanır ve onu bir malzeme denklemleri sistemi, sınır ve başlangıç koşulları ile destekler.
Maxwell'in yapısal denklemleri
Maxwell'in denklem sistemi elektrodinamikte, Newton'un klasik mekanikteki yasalarıyla aynı anlama sahiptir. Maxwell denklemleri çok sayıda deneysel verinin genelleştirilmesi sonucunda elde edildi. Maxwell'in yapısal denklemleri, bunları integral veya diferansiyel biçimde yazarak ve vektörleri maddenin elektriksel ve manyetik özelliklerini karakterize eden parametrelerle birleştiren malzeme denklemleri arasında ayrım yapar.
Maxwell'in integral formdaki yapısal denklemleri (SI sisteminde):
manyetik alan kuvveti vektörü nerede; elektrik akımı yoğunluk vektörüdür; - elektriksel yer değiştirme vektörü. Denklem (1) manyetik alanların yaratılış yasasını yansıtmaktadır. Bir yük hareket ettiğinde (elektrik akımı) veya bir elektrik alanı değiştiğinde manyetik alan oluşur. Bu denklem Biot-Savart-Laplace yasasının bir genellemesidir. Denklem (1) manyetik alan sirkülasyon teoremi olarak adlandırılır.
manyetik alan indüksiyon vektörü nerede; - elektrik alan kuvveti vektörü; L, elektrik alan şiddeti vektörünün dolaştığı kapalı bir döngüdür. Denklemin (2) diğer adı elektromanyetik indüksiyon yasasıdır. İfade (2), girdap elektrik alanının alternatif bir manyetik alan nedeniyle üretildiği anlamına gelir.
elektrik yükü nerede; - yük yoğunluğu. Denklem (3) Ostrogradsky-Gauss teoremi olarak adlandırılır. Elektrik yükleri elektrik alan kaynaklarıdır; serbest elektrik yükleri vardır.
Denklem (4), manyetik alanın girdap olduğunu gösterir. Doğada manyetik yükler yoktur.
Maxwell'in diferansiyel formdaki yapısal denklemleri (SI sistemi):
elektrik alan kuvveti vektörü nerede; - manyetik indüksiyon vektörü.
manyetik alan kuvveti vektörü nerede; - dielektrik yer değiştirme vektörü; - akım yoğunluğu vektörü.
elektrik yükü dağıtım yoğunluğu nerede.
Maxwell'in diferansiyel formdaki yapısal denklemleri, uzayın herhangi bir noktasındaki elektromanyetik alanı belirler. Yükler ve akımlar uzayda sürekli olarak dağılıyorsa, Maxwell denklemlerinin integral ve diferansiyel formları eşdeğerdir. Ancak süreksizlik yüzeyleri varsa Maxwell denklemlerinin integral yazımı daha geneldir.
Maxwell denklemlerinin integral ve diferansiyel formlarının matematiksel eşdeğerliğini sağlamak için diferansiyel gösterim, sınır koşullarıyla desteklenir.
Maxwell denklemlerinden, alternatif bir manyetik alanın alternatif bir elektrik alanı oluşturduğu ve bunun tersinin de geçerli olduğu, yani bu alanların ayrılamaz olduğu ve tek bir elektromanyetik alan oluşturduğu sonucu çıkar. Elektrik alanının kaynakları elektrik yükleri veya zamanla değişen manyetik alan olabilir. Manyetik alanlar, hareketli elektrik yükleri (akımlar) veya alternatif elektrik alanları tarafından uyarılır. Maxwell denklemleri elektrik ve manyetik alanlara göre simetrik değildir. Bunun nedeni, elektrik yüklerinin mevcut olması, ancak manyetik yüklerin bulunmamasıdır.
Malzeme denklemleri
Maxwell'in yapısal denklemler sistemi, vektörlerin maddenin elektriksel ve manyetik özelliklerini karakterize eden parametrelerle ilişkisini yansıtan malzeme denklemleriyle desteklenir.
burada bağıl dielektrik sabiti, bağıl manyetik geçirgenlik, spesifik elektriksel iletkenlik, elektrik sabiti, manyetik sabittir. Bu durumda ortamın izotropik, ferromanyetik olmayan, ferroelektrik olmadığı kabul edilir.
Problem çözme örnekleri
ÖRNEK 1
| Egzersiz yapmak | Süreklilik denkleminin diferansiyel formunu Maxwell denklem sisteminden türetin. |
| Çözüm | Sorunu çözmek için temel olarak aşağıdaki denklemi kullanırız: L kapalı konturunun dayandığı rastgele bir yüzeyin alanı nerede (1.1) 'den elimizde: Sonsuz küçük bir kontur düşünün, o zaman
Yüzey kapalı olduğundan ifade (1.2) şu şekilde yeniden yazılabilir:
Başka bir Maxwell denklemi yazalım:
Denklemin (1.5) zamana göre türevini alırsak: İfade (1.4) dikkate alınarak denklem (1.5) şu şekilde sunulabilir: Süreklilik denklemini (1.5) integral formda elde ettik. Süreklilik denkleminin diferansiyel formuna geçmek için limite gidelim: Süreklilik denklemini diferansiyel formda elde ettik: |
ELEKTRODİNAMİĞİN TEMELLERİ. ELEKTROSTATİK
ELEKTRODİNAMİĞİN TEMELLERİ
Elektrodinamik- elektromanyetik alanın özelliklerinin bilimi.
Elektromanyetik alan- yüklü parçacıkların hareketi ve etkileşimi ile belirlenir.
Elektrik/manyetik alanın tezahürü- bu elektrik/manyetik kuvvetlerin eylemidir:
1) makrokozmosta sürtünme kuvvetleri ve elastik kuvvetler;
2) mikrokozmosta elektrik/manyetik kuvvetlerin etkisi (atom yapısı, atomların moleküllere bağlanması,
temel parçacıkların dönüşümü)
Elektrik/manyetik alanın keşfi- J.Maxwell.
ELEKTROSTATİK
Elektrodinamik dalı, hareketsiz durumdaki elektrik yüklü cisimleri inceler.
Temel parçacıklar e-postası olabilir şarj edilirse onlara şarjlı denir;
- parçacıklar arasındaki mesafeye bağlı olan kuvvetlerle birbirleriyle etkileşime girerler,
ancak karşılıklı çekim kuvvetlerinin birçok katını aşar (bu etkileşime denir)
elektromanyetik).
E-posta şarj- fiziksel değer elektrik/manyetik etkileşimlerin yoğunluğunu belirler.
Elektrik yükünün 2 işareti vardır: pozitif ve negatif.
Benzer yüklere sahip parçacıklar birbirini iter, farklı yüklere sahip parçacıklar ise çeker.
Protonun pozitif yükü vardır, elektronun negatif yükü vardır ve nötron elektriksel olarak nötrdür.
Temel ücret- bölünemeyen minimum ücret.
Doğada elektromanyetik kuvvetlerin varlığını nasıl açıklayabiliriz?
- Tüm cisimler yüklü parçacıklar içerir.
Vücudun normal durumunda el. nötr (atom nötr olduğundan) ve elektrik/manyetik. güçler ortaya çıkmamaktadır.
Vücut şarj edilir, eğer herhangi bir işarette fazla ücret varsa:
negatif yüklü - fazla miktarda elektron varsa;
pozitif yüklü - elektron eksikliği varsa.
Bedenlerin elektrifikasyonu- bu, örneğin temas yoluyla yüklü cisimleri elde etmenin yollarından biridir).
Bu durumda, her iki cisim de yüklüdür ve yükler zıt işaretlidir, ancak büyüklükleri eşittir.
Elektrik yükünün korunumu kanunu.
Kapalı bir sistemde tüm parçacıkların yüklerinin cebirsel toplamı değişmeden kalır.
(... ancak yüklü parçacıkların sayısı değil, çünkü temel parçacıkların dönüşümleri vardır).
Kapalı sistem
Yüklü parçacıkların dışarıdan girmediği ve çıkmadığı bir parçacık sistemi.
Coulomb yasası
Elektrostatiğin temel kanunu.
Bir boşluktaki iki sabit yüklü cisim arasındaki etkileşimin kuvveti doğru orantılıdır
yük modüllerinin çarpımı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır.
Ne zaman cisimler nokta cisimler olarak kabul edilir? - aralarındaki mesafe cisimlerin boyutundan kat kat fazlaysa.
İki cismin elektrik yükü varsa, Coulomb yasasına göre etkileşime girerler.
Elektrik yükü birimi
1 C, 1 A akımda bir iletkenin kesitinden 1 saniyede geçen yüktür.
1 C çok büyük bir yüktür.
Element yükü:
ELEKTRİK ALANI
Etrafta maddi olarak bir elektrik yükü var.
Elektrik alanının ana özelliği: içine verilen elektrik yükü üzerindeki kuvvetin etkisi.
Elektrostatik alan- Sabit bir elektrik yükünün alanı zamanla değişmez.
Elektrik alan kuvveti.- el'in niceliksel özellikleri. alanlar.
alanın uygulanan nokta yüke etki ettiği kuvvetin bu yükün büyüklüğüne oranıdır.
- uygulanan yükün büyüklüğüne bağlı değildir, ancak elektrik alanını karakterize eder!
Gerilim vektör yönü
pozitif bir yüke etki eden kuvvet vektörünün yönü ile çakışır ve negatif bir yüke etki eden kuvvetin yönünün tersidir.
Noktasal yük alanı gücü:
burada q0 elektrik alanını oluşturan yüktür.
Alanın herhangi bir noktasında yoğunluk her zaman bu noktayı q0'a bağlayan düz çizgi boyunca yönlendirilir.
ELEKTRİK KAPASİTESİ
İki iletkenin elektrik yükünü biriktirme yeteneğini karakterize eder.
- q ve U'ya bağlı değildir.
- iletkenlerin geometrik boyutlarına, şekillerine, göreceli konumlarına, iletkenler arasındaki ortamın elektriksel özelliklerine bağlıdır.
SI birimleri: (F - farad)
KONDANSATÖRLER
Şarjı depolayan elektrikli cihaz
(bir dielektrik katmanla ayrılmış iki iletken).
Burada d, iletkenin boyutlarından çok daha küçüktür.
Elektrik şemalarındaki gösterim:
Elektrik alanının tamamı kapasitörün içinde yoğunlaşmıştır.
Bir kapasitörün yükü, kapasitör plakalarından birindeki yükün mutlak değeridir.
Kapasitör türleri:
1. dielektrik türüne göre: hava, mika, seramik, elektrolitik
2. Plakaların şekline göre: düz, küresel.
3. Kapasiteye göre: sabit, değişken (ayarlanabilir).
Düz kapasitörün elektriksel kapasitansı
burada S, kapasitörün plakasının (kaplamasının) alanıdır
d - plakalar arasındaki mesafe
eo - elektrik sabiti
e - dielektrikin dielektrik sabiti
Bir elektrik devresine kapasitörler dahil
paralel
ardışık
Daha sonra toplam elektrik kapasitesi (C):
paralel bağlandığında
. 
seri bağlandığında
DC AC BAĞLANTILARI
Elektrik- yüklü parçacıkların (serbest elektronlar veya iyonlar) düzenli hareketi.
Bu durumda elektrik iletkenin kesiti üzerinden aktarılır. yük (yüklü parçacıkların termal hareketi sırasında, pozitif ve negatif yükler telafi edildiğinden aktarılan toplam elektrik yükü = 0).
E-posta yönü akım- pozitif yüklü parçacıkların hareket yönünün (+'dan -'ye) dikkate alınması geleneksel olarak kabul edilir.
E-posta işlemleri akım (iletkende):
akımın termal etkisi- iletkenin ısıtılması (süper iletkenler hariç);
akımın kimyasal etkisi - sadece elektrolitlerde görülür.Elektroliti oluşturan maddeler elektrotlar üzerinde salınır;
akımın manyetik etkisi(ana) - tüm iletkenlerde gözlenir (manyetik iğnenin akımla bir iletkenin yakınında sapması ve akımın manyetik alan yoluyla komşu iletkenler üzerindeki kuvvet etkisi).
DEVRE BÖLÜMÜ İÇİN OHM YASASI
burada R devre bölümünün direncidir. (iletkenin kendisi de devrenin bir bölümü olarak düşünülebilir).
Her iletkenin kendine özgü akım-gerilim karakteristiği vardır.
REZİSTANS
Bir iletkenin temel elektriksel özellikleri.
- Ohm kanununa göre bu değer belirli bir iletken için sabittir.
1 Ohm, uçlarında potansiyel fark bulunan bir iletkenin direncidir
1 V'de ve içindeki akım gücü 1 A'dır.
Direnç yalnızca iletkenin özelliklerine bağlıdır:
burada S iletkenin kesit alanıdır, l iletkenin uzunluğudur,
iletken maddenin özelliklerini karakterize eden ro - direnç.
ELEKTRİK DEVRELERİ
Bir kaynak, bir elektrik akımı tüketicisi, teller ve bir anahtardan oluşurlar.
İLETKENLERİN SERİ BAĞLANTISI
I - devredeki akım gücü
U - devre bölümünün uçlarındaki voltaj
İLETKENLERİN PARALEL BAĞLANTISI
I - devrenin dallanmamış bir bölümündeki akım gücü
U - devre bölümünün uçlarındaki voltaj
R - devre bölümünün toplam direnci
Ölçüm cihazlarının nasıl bağlandığını unutmayın:
Ampermetre - akımın ölçüldüğü iletkene seri olarak bağlanır.
Voltmetre - voltajın ölçüldüğü iletkene paralel olarak bağlanır.
DC ÇALIŞMASI
Mevcut çalışma- bu, elektrik yüklerini iletken boyunca aktarmak için elektrik alanının işidir;
Akımın devrenin bir bölümünde yaptığı iş, akımın, voltajın ve işin yapıldığı zamanın çarpımına eşittir.
Devrenin bir bölümü için Ohm yasası formülünü kullanarak, akımın çalışmasını hesaplamak için formülün birkaç versiyonunu yazabilirsiniz:
Enerjinin korunumu yasasına göre:
İş, devrenin bir bölümünün enerjisindeki değişime eşittir, dolayısıyla iletken tarafından salınan enerji akımın işine eşittir.
SI sisteminde:
JOULE-LENZ YASASI
Akım bir iletkenden geçtiğinde iletken ısınır ve çevre ile ısı alışverişi meydana gelir; iletken onu çevreleyen cisimlere ısı verir.
Akım taşıyan bir iletkenin çevreye yaydığı ısı miktarı, akım kuvvetinin, iletkenin direncinin ve akımın iletkenden geçtiği zamanın karesinin çarpımına eşittir.
Enerjinin korunumu kanununa göre bir iletkenin açığa çıkardığı ısı miktarı sayısal olarak iletkenden aynı anda geçen akımın yaptığı işe eşittir.
SI sisteminde:
[S] = 1 J
DC GÜÇ
Akımın t süresi boyunca yaptığı işin bu zaman aralığına oranı.
SI sisteminde:
Süper iletkenlik olgusu
Düşük sıcaklıkta süperiletkenliğin keşfi:
1911 - Hollandalı bilim adamı Kamerling - Onnes
birçok metal ve alaşımda ultra düşük sıcaklıklarda (25 K'nin altında) gözlemlenir;
Bu sıcaklıklarda bu maddelerin direnci yok denecek kadar küçük olur.
1957'de süperiletkenlik olgusunun teorik bir açıklaması yapıldı:
Cooper (ABD), Bogolyubov (SSCB)
1957 Collins'in deneyi: Akım kaynağı olmayan kapalı bir devredeki akım 2,5 yıl boyunca durmadı.
1986'da yüksek sıcaklıkta süperiletkenlik (100 K'de) keşfedildi (metal seramikler için).
Süperiletkenliğe ulaşmanın zorluğu:
- maddenin güçlü bir şekilde soğutulması ihtiyacı
Uygulama alanı:
- güçlü manyetik alanların elde edilmesi;
- hızlandırıcılarda ve jeneratörlerde süper iletken sargılı güçlü elektromıknatıslar.
Şu anda enerji sektöründe büyük bir problem
- iletim sırasında büyük elektrik kayıpları onu tel ile.
Olası çözüm Sorunlar:
süperiletkenlik ile iletkenlerin direnci yaklaşık olarak 0'dır
ve enerji kayıpları keskin bir şekilde azalır.
En yüksek süperiletken sıcaklığa sahip madde
1988 yılında ABD'de -148°C sıcaklıkta süperiletkenlik olgusu elde edildi. İletken, talyum, kalsiyum, baryum ve bakır oksitlerin (Tl2Ca2Ba2Cu3Ox) bir karışımıydı.
Yarı iletken -
Direnci geniş bir aralıkta değişebilen ve artan sıcaklıkla çok hızlı azalan, yani elektrik iletkenliğinin (1/R) arttığı bir madde.
- silikon, germanyum, selenyum ve bazı bileşiklerde gözlenir.
İletim mekanizması yarı iletkenlerde
Yarı iletken kristaller, dış elektronların komşu atomlara kovalent bağlarla bağlandığı bir atomik kristal kafesine sahiptir.
Düşük sıcaklıklarda saf yarı iletkenlerin serbest elektronları yoktur ve yalıtkan gibi davranırlar.
VAKUMDA ELEKTRİK AKIMI
Vakum nedir?
- bu, neredeyse hiç molekül çarpışmasının olmadığı bir gazın seyrekleşme derecesidir;
Elektrik akımı mümkün değil çünkü iyonize moleküllerin olası sayısı elektriksel iletkenliği sağlayamaz;
- yüklü parçacık kaynağı kullanırsanız vakumda elektrik akımı oluşturmak mümkündür;
- yüklü parçacık kaynağının etkisi termiyonik emisyon olgusuna dayanabilir.
Termiyonik emisyon
- bu, sıcak metalin görünür parıltısına karşılık gelen sıcaklıklara ısıtıldıklarında katı veya sıvı cisimler tarafından elektronların emisyonudur.
Isıtılan metal elektrot sürekli olarak elektron yayarak kendi etrafında bir elektron bulutu oluşturur.
Denge durumunda, elektrotu terk eden elektronların sayısı ona geri dönen elektronların sayısına eşittir (çünkü elektronlar kaybolduğunda elektrot pozitif yüklü hale gelir).
Metalin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, elektron bulutunun yoğunluğu da o kadar yüksek olur.
Vakum diyotu
Vakum tüplerinde vakumda elektrik akımı mümkündür.
Vakum tüpü termiyonik emisyon olgusunu kullanan bir cihazdır.
Bir vakum diyotu iki elektrotlu (A - anot ve K - katot) bir elektron tüpüdür.
Cam kabın içinde çok düşük basınç oluşur
H - filamanı ısıtmak için katodun içine yerleştirilir. Isıtılan katodun yüzeyi elektron yayar. Anot akım kaynağının + ucuna ve katot - ucuna bağlanırsa devre akar
sabit termiyonik akım. Vakum diyotu tek yönlü iletkenliğe sahiptir.
Onlar. Anot potansiyelinin katot potansiyelinden yüksek olması durumunda anottaki akımın gerçekleşmesi mümkündür. Bu durumda elektron bulutundaki elektronlar anoda çekilerek boşlukta bir elektrik akımı oluşturulur.
Bir vakum diyotunun akım-gerilim karakteristiği.
Düşük anot gerilimlerinde katottan yayılan elektronların tümü anoda ulaşmaz ve elektrik akımı küçüktür. Yüksek voltajlarda akım doyuma ulaşır, yani. maksimum değer.
Alternatif akımı düzeltmek için bir vakum diyotu kullanılır.
Diyot doğrultucunun girişindeki akım:
Doğrultucu çıkış akımı:
Elektron ışınları
Bu, vakum tüplerinde ve gaz boşaltma cihazlarında hızla uçan elektronların akışıdır.
Elektron ışınlarının özellikleri:
Elektrik alanlarındaki sapmalar;
- Lorentz kuvvetinin etkisi altında manyetik alanlarda sapma;
- bir maddeye çarpan ışın yavaşladığında X-ışını radyasyonu ortaya çıkar;
- bazı katı ve sıvıların (luminoforlar) parlamasına (ışıldamasına) neden olur;
- Maddeyi temas ettirerek ısıtın.
Katot ışın tüpü (CRT)
Termiyonik emisyon olgusu ve elektron ışınlarının özellikleri kullanılır.
Bir CRT bir elektron tabancası, yatay ve dikey saptırıcılardan oluşur
elektrot plakaları ve ekran.
Bir elektron tabancasında, ısıtılmış bir katot tarafından yayılan elektronlar, kontrol ızgarası elektrotundan geçer ve anotlar tarafından hızlandırılır. Elektron tabancası, elektron ışınını bir noktaya odaklar ve ekrandaki ışığın parlaklığını değiştirir. Yatay ve dikey plakaları saptırmak, ekrandaki elektron ışınını ekranın herhangi bir noktasına hareket ettirmenizi sağlar. Tüp ekranı, elektron bombardımanına uğradığında parlamaya başlayan bir fosforla kaplıdır.
İki tip tüp vardır:
1) elektron ışınının elektrostatik kontrolü ile (elektrik ışınının yalnızca elektrik alanı tarafından saptırılması);
2) elektromanyetik kontrollü (manyetik saptırma bobinleri eklenir).
CRT'nin ana uygulamaları:
televizyon ekipmanlarındaki resim tüpleri;
bilgisayar ekranları;
Ölçüm teknolojisinde elektronik osiloskoplar.
GAZLARDA ELEKTRİK AKIMI
Normal koşullar altında gaz bir dielektriktir, yani. nötr atomlardan ve moleküllerden oluşur ve serbest elektrik akımı taşıyıcıları içermez.
İletken gaz iyonize bir gazdır. İyonize gaz elektron-iyon iletkenliğine sahiptir.
Hava, güç hatlarında, hava kapasitörlerinde ve kontak anahtarlarında bir dielektriktir.
Yıldırım, elektrik kıvılcımı veya kaynak arkı oluştuğunda hava iletkendir.
Gaz iyonizasyonu
Nötr atom veya moleküllerin, atomlardan elektronları uzaklaştırarak pozitif iyonlara ve elektronlara parçalanmasıdır. İyonlaşma, bir gazın ısıtılması veya radyasyona (UV, X-ışınları, radyoaktif) maruz bırakılması durumunda meydana gelir ve yüksek hızlardaki çarpışmalar sırasında atomların ve moleküllerin parçalanmasıyla açıklanır.
Gaz deşarjı
Bu iyonize gazlardaki elektrik akımıdır.
Yük taşıyıcıları pozitif iyonlar ve elektronlardır. Gaz deşarj tüplerinde (lambalarda) elektrik veya manyetik alana maruz kaldığında gaz deşarjı gözlenir.
Yüklü parçacıkların rekombinasyonu
- İyonlaşma durursa gaz iletken olmaktan çıkar, bu rekombinasyonun (zıt yüklü parçacıkların yeniden birleşmesi) bir sonucu olarak ortaya çıkar.
Kendi kendine yeten ve kendini sürdürmeyen bir gaz deşarjı vardır.
Kendi kendine yetmeyen gaz deşarjı
İyonlaştırıcının hareketi durdurulursa deşarj da duracaktır.
Deşarj doygunluğa ulaştığında grafik yatay hale gelir. Burada gazın elektriksel iletkenliği yalnızca iyonlaştırıcının etkisinden kaynaklanır.
Kendi kendine yeten gaz deşarjı
Bu durumda, darbeli iyonizasyondan kaynaklanan iyonlar ve elektronlar (= elektrik çarpmasının iyonizasyonu) nedeniyle harici iyonlaştırıcının sona ermesinden sonra bile gaz deşarjı devam eder; elektrotlar arasındaki potansiyel farkı arttığında meydana gelir (bir elektron çığı meydana gelir).
Kendi kendine yetmeyen bir gaz deşarjı, Ua = Uignition olduğunda kendi kendine yeten bir gaz deşarjına dönüşebilir.
Gazın elektriksel parçalanması
Kendi kendini idame ettiremeyen bir gaz deşarjının kendi kendini idame ettiren bir gaz deşarjına geçiş süreci.
Kendi kendine yeten gaz deşarjı meydana gelir 4 tip:
1. için için yanma - düşük basınçlarda (birkaç mm Hg'ye kadar) - gaz ışığı tüplerinde ve gaz lazerlerinde gözlemlendi.
2. kıvılcım - normal basınçta ve yüksek elektrik alan kuvvetinde (yıldırım - yüz binlerce ampere kadar akım gücü).
3. korona - düzgün olmayan bir elektrik alanında (uçta) normal basınçta.
4. ark - yüksek akım yoğunluğu, elektrotlar arasında düşük voltaj (ark kanalındaki gaz sıcaklığı -5000-6000 santigrat derece); spot ışıklarında ve projeksiyon filmi ekipmanlarında gözlemlendi.
Bu deşarjlar gözlemlenir:
için için yanan - floresan lambalarda;
kıvılcım - yıldırımda;
korona - enerji kaçağı sırasında elektrikli çöktürücülerde;
ark - kaynak sırasında, cıva lambalarında.
Plazma
Bu, moleküllerin yüksek sıcaklıkta yüksek hızda çarpışması nedeniyle yüksek derecede iyonizasyona sahip bir maddenin toplanmasının dördüncü halidir; doğada bulunur: iyonosfer - zayıf iyonize plazma, Güneş - tamamen iyonize plazma; yapay plazma - gaz deşarjlı lambalarda.
Plazma şunlar olabilir:
Düşük sıcaklık - 100.000K'nin altındaki sıcaklıklarda;
yüksek sıcaklık - 100.000K'nin üzerindeki sıcaklıklarda.
Plazmanın temel özellikleri:
Yüksek elektrik iletkenliği
- harici elektrik ve manyetik alanlarla güçlü etkileşim.
bir sıcaklıkta 
Herhangi bir madde plazma halindedir.
İlginç bir şekilde, Evrendeki maddenin %99'u plazmadır
TEST İÇİN TEST SORULARI
Plan:
- giriiş
- 1 Temel konseptler
- 2 Temel Denklemler
- 3 Elektrodinamiğin içeriği
- 4 Elektrodinamiğin bölümleri
- 5 Uygulama değeri
- 6 Tarih
giriiş
Elektrodinamik- en genel durumda elektromanyetik alanı (yani zamana bağlı değişken alanlar dikkate alınır) ve bunun elektrik yükü olan cisimlerle etkileşimini (elektromanyetik etkileşim) inceleyen bir fizik dalı. Elektrodinamiğin konusu, elektriksel ve manyetik olaylar arasındaki bağlantıyı, elektromanyetik radyasyonu (farklı koşullarda, hem serbest hem de maddeyle çeşitli etkileşim durumlarında), elektrik akımını (genel olarak konuşursak, değişken) ve onun elektromanyetik alanla etkileşimini (elektrik akımı) içerir. bunun hareketli yüklü parçacıkların bir koleksiyonu gibi olduğu durumlarda düşünülebilir). Yüklü cisimler arasındaki herhangi bir elektriksel ve manyetik etkileşimin, modern fizikte, bir elektromanyetik alan yoluyla meydana geldiği kabul edilir ve bu nedenle, aynı zamanda elektrodinamiğin de konusudur.
Çoğu zaman terim altında elektrodinamik varsayılan olarak klasik (kuantum etkilerini etkilemeyen) elektrodinamik anlaşılmaktadır; Elektromanyetik alanın modern kuantum teorisini ve onun yüklü parçacıklarla etkileşimini belirtmek için genellikle kararlı kuantum elektrodinamiği terimi kullanılır.
1. Temel kavramlar
Elektrodinamikte kullanılan temel kavramlar şunları içerir:
- Elektromanyetik alan, yüklü cisimlerle etkileşime girdiğinde kendini gösteren bir madde türü olan elektrodinamiğin ana inceleme konusudur. Tarihsel olarak iki alana ayrılmıştır:
- Herhangi bir yüklü cisim veya alternatif manyetik alan tarafından oluşturulan elektrik alanı, herhangi bir yüklü cisim üzerinde etkiye sahiptir.
- Hareketli yüklü cisimler, spinli yüklü cisimler ve alternatif elektrik alanları tarafından oluşturulan manyetik alan, hareketli yükleri ve spinli yüklü cisimleri etkiler.
- Elektrik yükü, cisimlerin elektromanyetik alanlar oluşturmalarına ve bu alanlarla etkileşime girmelerine olanak tanıyan bir özelliğidir.
- Elektromanyetik potansiyel, elektromanyetik alanın uzaydaki dağılımını tamamen belirleyen 4 vektörlü bir fiziksel niceliktir. Vurgulamak:
- Elektrostatik potansiyel - 4 vektörün zaman bileşeni
- Vektör potansiyeli, 4-vektörün geri kalan bileşenleri tarafından oluşturulan üç boyutlu bir vektördür.
- Poynting vektörü, bir elektromanyetik alanın enerji akısı yoğunluğunun anlamını taşıyan bir vektör fiziksel niceliğidir.
2. Temel denklemler
Elektromanyetik alanın davranışını ve yüklü cisimlerle etkileşimini açıklayan temel denklemler şunlardır:
- Maxwell denklemleri, serbest bir elektromanyetik alanın vakum ve ortamdaki davranışını ve alanın kaynaklar tarafından oluşturulmasını belirler. Bu denklemler arasında şunlar yer alır:
- Alternatif bir manyetik alan tarafından bir elektrik alanının oluşturulmasını belirleyen Faraday'ın indüksiyon yasası.
- Maxwell tarafından tanıtılan yer değiştirme akımlarının eklenmesiyle manyetik alan sirkülasyon teoremi, hareketli yükler ve alternatif bir elektrik alanı tarafından bir manyetik alanın oluşturulmasını belirler.
- Yükler tarafından elektrostatik alanın oluşturulmasını belirleyen elektrik alanı için Gauss teoremi.
- Manyetik alan çizgilerinin kapanma kanunu.
- Elektromanyetik alanda bulunan bir yüke etki eden kuvveti belirleyen Lorentz kuvvetinin ifadesi.
- Joule-Lenz yasası, sonlu iletkenliğe sahip bir iletken ortamda, içinde bir elektrik alanı bulunduğunda ısı kaybı miktarını belirler.
Özellikle önem taşıyan özel denklemler şunlardır:
- Gauss'un elektrik alanı teoremini ve Lorentz kuvvetini birleştiren ve iki nokta yükünün elektrostatik etkileşimini belirleyen Coulomb yasası.
- Ampere yasası, manyetik alana yerleştirilen temel akıma etki eden kuvveti belirler.
- Elektrodinamikte enerjinin korunumu yasasını ifade eden Poynting teoremi.
3. Elektrodinamiğin içeriği
Klasik elektrodinamiğin ana içeriği, elektromanyetik alanın özelliklerinin ve yüklü cisimlerle etkileşiminin tanımlanmasıdır (yüklü cisimler elektromanyetik alanı "oluşturur", onun "kaynaklarıdır" ve elektromanyetik alan da yüklü cisimler üzerinde etki ederek yaratır) elektromanyetik kuvvetler). Bu açıklama, elektrik yükü, elektrik alanı, manyetik alan, elektromanyetik potansiyel gibi temel nesneleri ve nicelikleri tanımlamanın yanı sıra, şu veya bu şekilde Maxwell denklemlerine ve Lorentz kuvvet formülüne indirgenir ve ayrıca ilgili bazı konulara da değinir ( matematiksel fizikle ilgili uygulamalar, yardımcı miktarlar ve uygulamalar için önemli olan yardımcı formüller (akım yoğunluk vektörü veya ampirik Ohm kanunu gibi). Bu açıklama aynı zamanda enerji yoğunluğu formülleri, Poynting vektörü vb. dahil olmak üzere enerjinin, momentumun, açısal momentumun bir elektromanyetik alan tarafından korunması ve aktarılması konularını da içerir.
Bazen, elektrodinamik etkiler (elektrostatik etkilerin aksine), elektromanyetik alanın davranışının genel durumu (örneğin, değişen elektrik ve manyetik alanlar arasındaki dinamik ilişki) ile statik durum arasındaki önemli farklar olarak anlaşılır. Statik durumu tanımlamak, anlamak ve hesaplamak çok daha kolaydır.
4. Elektrodinamiğin bölümleri
- Elektrostatik, statik bir elektrik alanının özelliklerini (zamanla değişmeyen veya yukarıda açıklanan anlamda "elektrodinamik etkilerin" ihmal edilebileceği kadar yavaş değişen) elektrik alanının özelliklerini ve bunun elektrik yüklü cisimlerle (elektrik yükleri) etkileşimini açıklar.
- Manyetostatik, doğru akımları ve sabit manyetik alanları (alanlar zamanla değişmez veya o kadar yavaş değişir ki, bu değişikliklerin hızı hesaplamada ihmal edilebilir) ve bunların etkileşimini inceler.
- Sürekli elektrodinamik, sürekli ortamdaki elektromanyetik alanların davranışını inceler.
- Göreli elektrodinamik, hareketli ortamdaki elektromanyetik alanları dikkate alır.
5. Uygulama değeri
Elektrodinamik, fiziksel optiğin, radyo dalgası yayılımının fiziğinin temelini oluşturur ve aynı zamanda neredeyse tüm fiziğe de nüfuz eder, çünkü fiziğin hemen hemen tüm dalları, elektrik alanları ve yüklerle ve çoğu zaman bunların önemsiz olmayan hızlı değişimleri ve hareketleriyle uğraşmak zorundadır. Ek olarak, elektrodinamik, hesaplamaların ve tahminlerin çok yüksek doğruluğunu kendi alanında doğan teorik fikirlerin teorik fiziğin diğer alanları üzerindeki etkisiyle birleştiren örnek bir fiziksel teoridir (hem klasik hem de kuantum versiyonlarında).
Elektrodinamik teknolojide büyük öneme sahiptir ve radyo mühendisliği, elektrik mühendisliği, çeşitli iletişim dalları ve radyonun temelini oluşturur.
6. Tarih
Elektriksel ve manyetik olaylar arasındaki bağlantının ilk kanıtı, Oersted'in 1819-1820'de elektrik akımıyla manyetik alan oluşturulduğunu deneysel olarak keşfetmesiydi. Ayrıca iletkeni çevreleyen uzayda elektriksel ve manyetik süreçlerin bir miktar etkileşimi fikrini de ifade etti, ancak oldukça belirsiz bir biçimde.
1831'de Michael Faraday, elektrik ve manyetik alanların doğrudan dinamik ilişkisinin ilk açık kanıtı haline gelen elektromanyetik indüksiyon olgusunu ve yasasını deneysel olarak keşfetti. Ayrıca (elektrik ve manyetik alanlarla ilgili olarak) fiziksel alan kavramının temellerini ve fiziksel alanları tanımlamayı mümkün kılan bazı temel teorik kavramları geliştirdi ve 1832'de elektromanyetik dalgaların varlığını da öngördü.
1864'te J. C. Maxwell, elektromanyetik alanın evrimini ve onun yükler ve akımlarla etkileşimini tanımlayan "klasik elektrodinamik" denklemlerinin tam sistemini ilk kez yayınladı. Işığın elektromanyetik bir dalga olduğuna dair teorik temelli bir varsayımda bulundu; elektrodinamiğin konusu.
Elektrodinamik… Yazım sözlüğü-referans kitabı
Elektrik arasındaki etkileşimi gerçekleştiren elektromanyetik alanın davranışının klasik teorisi (kuantum olmayan). yükler (elektromanyetik etkileşim). Klasik yasalar makroskobik E., Maxwell denklemlerinde formüle edilir, bu da ... Fiziksel ansiklopedi
- (elektrik ve Yunanca dinamis gücü kelimesinden). Fiziğin elektrik akımlarının hareketiyle ilgilenen kısmı. Rus dilinde yer alan yabancı kelimeler sözlüğü. Chudinov A.N., 1910. ELEKTRODİNAMİK, elektrik kelimesinden ve Yunanca'dan. dinamizm, güç... Rus dilinin yabancı kelimeler sözlüğü
Modern ansiklopedi
Elektrodinamik- Ana rolün çeşitli ortamlarda ve vakumda yüklü parçacıklar arasındaki etkileşimler tarafından oynandığı klasik, kuantum olmayan elektromanyetik süreçler teorisi. Elektrodinamiğin oluşumundan önce C. Coulomb, J. Biot, F. Savart, ... ... Resimli Ansiklopedik Sözlük
Çeşitli ortamlarda ve vakumda elektromanyetik süreçlerin klasik teorisi. Elektromanyetik alan aracılığıyla yüklü parçacıklar arasındaki etkileşimlerin ana rolü oynadığı çok sayıda olayı kapsar. Büyük Ansiklopedik Sözlük
ELEKTRODİNAMİK, fizikte, elektrik ve manyetik alanlar ile yüklü cisimler arasındaki etkileşimi inceleyen alan. Bu disiplin 19. yüzyılda başladı. James MAXWELL teorik çalışmalarıyla daha sonra bir parçası oldu... ... Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük
ELEKTRODİNAMİK, elektrodinamik ve diğerleri. hayır, kadın (bkz. elektrik ve dinamik) (fiziksel). Elektrik akımının, hareket halindeki elektriğin özelliklerini inceleyen fizik bölümü; karınca. elektrostatik. Ushakov'un açıklayıcı sözlüğü. D.N. Ushakov. 1935 1940... Ushakov'un Açıklayıcı Sözlüğü
ELEKTRODİNAMİK ve g. (uzman.). Çeşitli ortamlarda ve boşlukta elektromanyetik süreçlerin teorisi. Ozhegov'un açıklayıcı sözlüğü. Sİ. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992… Ozhegov'un Açıklayıcı Sözlüğü
İsim, eş anlamlıların sayısı: 2 dinamik (18) fizik (55) ASIS eşanlamlılar sözlüğü. V.N. Trishin. 2013… Eşanlamlılar sözlüğü
elektrodinamik- - [A.S. Goldberg. İngilizce-Rusça enerji sözlüğü. 2006] Genel EN elektrodinamikte güç mühendisliği konuları ... Teknik Çevirmen Kılavuzu
Kitabın
- Elektrodinamik, A. E. Ivanov. Bu ders kitabı kendi kendine yeterlidir: MSTU'nun uzmanlaşmış eğitim ve bilim merkezinde bir doçent tarafından birkaç yıldır verilen dersleri sunmaktadır. N. E. Bauman...
- Elektrodinamik, Sergei Anatolyevich Ivanov. ...
Tanım 1
Elektrodinamik, elektromanyetik alanın klasik, kuantum dışı özelliklerini ve bu alanı kullanarak birbirleriyle etkileşime giren pozitif yüklü manyetik yüklerin hareketini inceleyen çok büyük ve önemli bir fizik alanıdır.
Şekil 1. Elektrodinamik hakkında kısaca bilgi. Author24 - öğrenci çalışmalarının çevrimiçi değişimi
Elektrodinamik, genel başlangıç yasaları ve denklemlerle tek bir bütün halinde birleştirilen, problemlerin geniş bir yelpazedeki farklı formülasyonları ve bunların akıllı çözümleri, yaklaşık yöntemleri ve özel durumları gibi görünmektedir. Klasik elektrodinamiğin ana bölümünü oluşturan ikincisi, Maxwell formüllerinde ayrıntılı olarak sunulmaktadır. Şu anda bilim adamları fizikte bu alanın ilkelerini, yapısının iskeletini ve diğer bilimsel alanlarla ilişkilerini incelemeye devam ediyorlar.
Elektrodinamikte Coulomb yasası şu şekilde gösterilir: $F= \frac (kq1q2) (r2)$, burada $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$. Elektrik alan kuvveti denklemi şu şekilde yazılır: $E= \frac (F)(q)$ ve manyetik alan indüksiyon vektörünün akısı $∆Ф=В∆S \cos (a)$.
Elektrodinamikte öncelikle sürekli bir enerji spektrumunun aktivasyonuna katkıda bulunan serbest yükler ve yük sistemleri incelenir. Elektromanyetik etkileşimin klasik tanımı, parçacıkların ve fotonların enerji potansiyelinin elektronun dinlenme enerjisine kıyasla küçük olduğu düşük enerji sınırında zaten etkili olması gerçeğiyle desteklenir.
Bu gibi durumlarda, yüklü parçacıkların yok olması genellikle söz konusu değildir, çünkü çok sayıda düşük enerjili fotonun değişiminin bir sonucu olarak yalnızca onların kararsız hareketlerinin durumunda kademeli bir değişiklik olur.
Not 1
Bununla birlikte, ortamdaki parçacıkların yüksek enerjilerinde bile, dalgalanmaların önemli rolüne rağmen, elektrodinamik, istatistiksel olarak ortalama, makroskobik özelliklerin ve süreçlerin kapsamlı bir açıklaması için başarıyla kullanılabilir.
Elektrodinamiğin temel denklemleri
Elektromanyetik alanın davranışını ve yüklü cisimlerle doğrudan etkileşimini tanımlayan ana formüller, serbest bir elektromanyetik alanın bir ortam ve vakumdaki olası hareketlerinin yanı sıra alanın kaynaklara göre genel oluşumunu belirleyen Maxwell denklemleridir.
Fizikteki bu hükümler arasında şunları vurgulamak mümkündür:
- Gauss'un elektrik alanı teoremi - pozitif yüklerle elektrostatik alanın oluşumunu belirlemeyi amaçlamaktadır;
- kapalı alan çizgileri hipotezi - manyetik alanın kendi içindeki süreçlerin etkileşimini teşvik eder;
- Faraday'ın indüksiyon yasası - ortamın değişken özelliklerine göre elektrik ve manyetik alanların oluşumunu belirler.
Genel olarak Ampere-Maxwell teoremi, Maxwell'in kendisi tarafından tanıtılan yer değiştirme akımlarının kademeli olarak eklenmesiyle manyetik alandaki çizgilerin dolaşımı hakkında benzersiz bir fikirdir; bu, manyetik alanın hareketli yüklerle dönüşümünü ve alternatif eylemini kesin olarak belirler. elektrik alanı.
Elektrodinamikte yük ve kuvvet
Elektrodinamikte, elektromanyetik alanın kuvvet ve yükünün etkileşimi, elektrik yükü $q$, enerji $E$ ve manyetik $B$ alanlarının aşağıdaki ortak tanımından gelir; bunlar, tüm temel fizik kanunu olarak oluşturulmuştur. deneysel veriler kümesi. Lorentz kuvvetinin formülü (belirli bir hızda hareket eden bir nokta yükün idealleştirilmesi dahilinde), $v$ hızının değiştirilmesiyle yazılır.
İletkenler genellikle büyük miktarda yük içerir, bu nedenle bu yükler oldukça iyi bir şekilde telafi edilir: pozitif ve negatif yüklerin sayısı her zaman birbirine eşittir. Sonuç olarak iletkene sürekli etki eden toplam elektrik kuvveti de sıfırdır. Bir iletkendeki bireysel yükler üzerinde etkili olan manyetik kuvvetler sonuçta telafi edilmez, çünkü akımın varlığında yüklerin hareket hızları her zaman farklıdır. Manyetik alanda akıma sahip bir iletkenin hareketinin denklemi şu şekilde yazılabilir: $G = |v ⃗ |s \cos(a) $
Bir sıvıyı değil de yüklü parçacıkların tam ve kararlı akışını bir akım olarak incelersek, o zaman $1s$ boyunca alandan doğrusal olarak geçen tüm enerji potansiyeli şuna eşit olacaktır: $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $, burada $ρ$ yük yoğunluğudur (toplam akıştaki birim hacim başına).
Not 2
Manyetik ve elektrik alanı belirli bir bölgede noktadan noktaya sistematik olarak değişiyorsa, sıvı durumunda olduğu gibi kısmi akışlara ilişkin ifadelerde ve formüllerde ortalama değerler $E ⃗ $ ve $B ⃗$ siteye girilmesi gerekmektedir.
Elektrodinamiğin fizikteki özel konumu
Elektrodinamiğin modern bilimdeki önemli konumu, özel görelilik teorisinin ilkelerinin ve temellerinin ayrıntılı olarak açıklandığı A. Einstein'ın ünlü çalışmasıyla doğrulanabilir. Seçkin bilim adamının bilimsel çalışmasına “Hareketli cisimlerin elektrodinamiği üzerine” adı veriliyor ve çok sayıda önemli denklem ve tanım içeriyor.
Fiziğin ayrı bir alanı olarak elektrodinamik aşağıdaki bölümlerden oluşur:
- sabit fakat elektrik yüklü fiziksel cisimler ve parçacıklar alanı doktrini;
- elektrik akımının özellikleri doktrini;
- manyetik alan ve elektromanyetik indüksiyonun etkileşimi doktrini;
- Elektromanyetik dalgalar ve salınımların incelenmesi.
Yukarıdaki bölümlerin tümü, yalnızca elektromanyetik alanın tutarlı bir teorisini oluşturup sunmakla kalmayıp, aynı zamanda tüm özelliklerini tanımlayarak gerçek varlığını kanıtlayan D. Maxwell'in teoremi ile birleştirilmiştir. Bu özel bilim insanının çalışması, bilim dünyasına, o dönemde bilinen elektrik ve manyetik alanların, farklı referans sistemlerinde çalışan tek bir elektromanyetik alanın yalnızca bir tezahürü olduğunu gösterdi.
Fiziğin önemli bir kısmı elektrodinamik ve elektromanyetik olayların incelenmesine ayrılmıştır. Bu alan, yalnızca elektromanyetik etkileşimlerin tüm modellerini araştırmakla kalmayıp aynı zamanda bunları matematiksel formüller aracılığıyla ayrıntılı olarak tanımladığı için büyük ölçüde ayrı bir bilim statüsüne sahip olma iddiasındadır. Elektrodinamikteki derin ve uzun vadeli araştırmalar, elektromanyetik olayların pratikte tüm insanlığın yararına kullanılması için yeni yollar açmıştır.