dział fizyki zajmujący się własnościami i oddziaływaniem obiektów
advertisement
Pole magnetyczne i prawa Maxwella Elektrodynamika klasyczna – dział fizyki zajmujący się własnościami i oddziaływaniem obiektów naładowanych, z pominięciem efektów kwantowych. Elektrodynamika klasyczna opisuje aspekty klasyczne jednego z czterech podstawowych oddziaływań przyrody – oddziaływań elektromagnetycznych. Podstawowymi pojęciami elektrodynamiki klasycznej są pole elektryczne, pole magnetyczne, ładunek elektryczny, oraz prąd elektryczny. Podstawę teorii tworzą równania Maxwella (James Clerk Maxwell) i zasada zachowania ładunku. Z tych praw można wyprowadzić równanie falowe, prawo BiotaSavarta i inne. Symetria równań Maxwella opisana przez transformacje Lorentza oraz nieudane próby (eksperyment Michelsona-Morleya) potwierdzenia istnienia eteru (klasycznego nośnika fali elektromagnetycznej) doprowadziły do zmiany koncepcji czasu i przestrzeni w szczególnej teorii względności i wyłonienie się koncepcji czasoprzestrzeni Minkowskiego. Niemożność wytłumaczenia przez elektrodynamikę klasyczną promieniowania ciała doskonale czarnego oraz zjawiska fotoelektrycznego doprowadziła do powstania mechaniki kwantowej. Pierwotnie elektryczność i magnetyzm uważano za odrębne, niezwiązane z sobą zjawiska fizyczne. W 1820 roku Oersted odkrył, że prąd elektryczny może wywołać pojawienie się pola magnetycznego, a w 1831 Faraday zauważył, że poruszający się magnes wywołuje prąd elektryczny. Unifikacji elektryczności i magnetyzmu dokonał James Clerk Maxwell w 1856 roku. Konsekwencją tej unifikacji było przewidzenie przez Maxwella istnienia fal elektromagnetycznych, potwierdzonego doświadczalnie w roku 1888 przez Hertza. Te odkrycia pozwoliły połączyć teorię elektryczności, magnetyzmu i optykę w jednolitą teorię elektrodynamiki. Kwantowa wersja elektrodynamiki - elektrodynamika kwantowa jest najbardziej dokładną teorią fizyczną. Elektrodynamika jest podstawą teoretyczną współczesnego rozwoju technologicznego. Cechą przestrzeni opierają na tym, iż na ulokowaną w niej igłę magnetyczną wpływają siły, nazywa się polem magnetycznym. Pole to produkuje ruda magnetytu, magnes stały (inaczej mówiąc namagnesowany fragment wykonany ze stali), czy kula ziemska.. POLE MAGNETYCZNE pokazujemy na ilustracji w formie tzw. linii pola magnetycznego. Założono, że zwrot tych linii pokazuje biegun północny igiełki magnetycznej ulokowanej w tym polu. Na zewnątrz magnesu linie pola układają się ciągle od bieguna północnego (N) do bieguna południowego(S). PRZEWODNIK PROSTOLINIOWY, przez który przepływa prąd elektryczny, produkuje nieopodal siebie pole magnetyczne, którego linie układają się w okręgi położone w płaszczyźnie prostopadłej do przewodnika o środkach umieszczonych na przewodniku. Zwrot linii tego pola określamy przy pomocy reguły prawej dłoni: jeżeli prawą dłonią obejmiemy przewodnik z prądem w taki sposób, że kciuk zwrócony będzie zgodnie z kierunkiem płynącego w przewodniku prądu, to pozostałe 4 palce wskażą nam zwrot linii pola magnetycznego. ZWOJNICA produkuje pole magnetyczne, którego linie na zewnątrz zwojnicy posiadają niemal identyczny bieg, jak to ma miejsce w magnesie sztabkowym. W środku zwojnicy linie pola są do siebie równoległe. By OKREŚLIĆ UMIEJSCOWIENIE BIEGUNÓW magnetycznych pętli oraz zwojnicy, możemy wykorzystać regułę prawej dłoni, której definicja brzmi: jeśli prawą dłonią obejmiemy zwojnicę tak, aby 4 palce skierowane były zgodnie z płynącym w zwojach prądem, to odchylony kciuk wskaże zwrot linii pola magnetycznego wewnątrz zwojnicy (zatem pokaże koniec zwojnicy, przy którym umiejscowiony jest biegun północny powstałego magnezu). ELEKTROMAGNESEM nazywa się zwojnicę, w środku, której umiejscowiono rdzeń wykonany z miękkiej stali. Jest on znacznie silniejszym magnesem niż sama zwojnica bez rdzenia. NA UMIEJSCOWIONY W POLU MAGNETYCZNYM PRZEWODNIK, przez który przepływa prąd elektryczny, wpływa siła elektrodynamiczna. Siała ta posiada maksymalną wartość, w momencie, gdy przewodnik postawiony jest prostopadle do linii pola magnetycznego. Gdy przewodnik umieszczony jest równolegle do linii pola magnetycznego, wówczas siła elektrodynamiczna wynosi zero. WARTOŚĆ SIŁY ELEKTROSYNAMICZNEJ jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu oraz do długości odcinka przewodnika, ulokowanego w polu. Jest ona również uzależniona od tego, czy pole magnetyczne jest silne czy może słabe. KIERUNEK SIŁY ELEKTRODYNAMICZNEJ jest ciągle prostopadły do przewodnika, przez który przepływa prąd a także do linii pola magnetycznego W momencie, gdy PRZEWODNIK ULOKOWANY JEST PROSTOPADLE do linii pola, kierunek oraz zwrot siły elektrodynamicznej określamy, wykorzystując regułę lewej dłoni: Jeżeli lewą dłoń ustawimy w polu magnetycznym tak, aby linie tego pola były zwrócone prostopadle ku wewnętrznej powierzchni dłoni, a 4 wyprostowane palce wskazywały kierunek prądu, to odchylony o 90 kciuk wskaże kierunek i zwrot siły działającej na przewodnik. ZJAWISKO ODDZIAŁYWANIA pola magnetycznego magnesu na przewodnik z prądem zostało wykorzystane w silnikach elektrycznych oraz w miernikach ZJAWISKO POWSTAWANIA PRĄDU INDUKCYJNEGO (inaczej zjawisko indukcji elektromagnetycznej) występuje w zamkniętym obwodzie, np. w zwojnicy, w której pole magnetyczne może się zmieniać. Jeśli pole magnetyczne w środku zwojnicy nie zmieni się (inaczej mówiąc będzie stałe)- wtedy prąd indukcyjny nie pojawi się w niej. POLE MAGNETYCZNE W ŚRODKU OBWODU, np. zwojnicy da się zmieniać, przesuwając względem niej magnes. Wtedy produkowany w zwojnicy prąd indukcyjny w czasie zbliżania oraz odsuwania się od niej magnezu ma ciągle taki kierunek, iż pole magnetyczne wyprodukowane przez ten prąd utrudnia ruch magnezu, mówiąc inaczej odpycha magnes, który zbliżany jest do zwojnicy natomiast przyciąga magnes oddalany od zwojnicy. PRAWA MAXWELLA: *każdej zmianie pola elektrycznego towarzyszy powstanie wirowego pola magnetycznego. *każdej zmianie pola magnetycznego towarzyszy powstanie wirowego pola elektrycznego. TE ZMIENNE ORAZ WZAJEMNE przenikające się pola: elektryczne oraz magnetyczne są ze sobą bardzo powiązane oraz wytwarzają w przestrzeni jedno pole nazywane polem elektromagnetycznym ROZCHODZĄCE się w przestrzeni zmiany pól elektrycznych oraz magnetycznych nazywane są falą elektromagnetyczną SZYBKOŚĆ fali elektromagnetycznej w próżni jest największą z możliwych prędkości i równa jest ona 300000km
