Електродинамика, формули. електромагнетизъм

Електродинамика- това е науката за свойствата и моделите на специален вид материя - електромагнитно поле, което взаимодейства между електрически заредени тела или частици.

Квантова електродинамика(QED) - квантова полева теория на електромагнитните взаимодействия; най-развитата част от квантовата теория на полето. Класическата електродинамика отчита само непрекъснатите свойства на електромагнитното поле, докато квантовата електродинамика се основава на идеята, че електромагнитното поле има и прекъснати (дискретни) свойства, чиито носители са квантите на полето - фотоните. Взаимодействието на електромагнитното излъчване със заредените частици се разглежда в квантовата електродинамика като поглъщане и излъчване на фотони от частици.

2. Характеристики на електромагнитното поле

Електромагнитно поле - E \u003d N / Kl \u003d W / M

Е= Ф/ q – съотношението на силата, действаща от полето, към големината на този заряд.

д- индукция на електрическо поле - нарича се вектор, пропорционален на вектора на интензитета, но независим от свойствата на средата

д = 𝞮 Е; 𝞮 = 𝞮 0 𝞮 ’ 0 = 8.85 * 10 -12 f/m

AT-вектор на индукция на магнитно поле = N/A*m= 1Tl

Индукцията е вектор, чийто модул е отношението на модула на силата, действащ от страната на полето върху проводник с ток, към силата на тока в проводника и неговата дължина . Б= | Ф|/ аз* л(Нас) Х- сила на магнитното поле (A / m) \u003d 80 oersteds \u003d) 80 Gauss, се нарича вектор, успореден на индукционния вектор, но независим от свойствата на средата. H= 1/µ, където µ = µ 0* µ’

3. Векторни полета Интегрални и диференциални характеристики на векторно поле

4. ТЕОРЕМА НА ОСТРОГРАДСКИ-ГАУС И СТОКС

5. ЗАКОН ЗА ВИСУНАТА

6. ТЕОРЕМА НА ГАУС

7.ВЕКТОРЕН ПОТОК

8. УРАВНЕНИЯ ЗА НЕПРЕРИЙНОСТ

9.ТОК НА ПРЕДМЕЩЕНИЕ

10. ЗАКОН ЗА ОБЩИЯ ТОК

11. ЗАКОН ЗА ПРОДЪЛЖИТЕЛНОСТ НА МАГНИТНИЯ ПОТОК

12. ГРАНИЧНИ УСЛОВИЯ

13. ЗАКОНИ НА ДЖУЛ-ЛЕЦ В ДИФЕРЕНЦИАЛНА ФОРМА

Количеството топлина, отделяно за единица време в проводник със съпротивление R при ток I, съгласно закона на Джоул-Ленц, е:

Прилагайки този закон към безкрайно малък цилиндър, чиято ос съвпада с посоката на тока, получаваме

Като се има предвид, че това е обемът на безкрайно малък цилиндър и е количеството топлина, отделена на единица обем за единица време, намираме

Къдетоизразено във ватове на кубичен метър. Като се има предвид, че j 2 =j*j и използвайки израза за j, можем да запишем съотношението като:

Това равенство изразява закона на Джоул-Ленц в диференциална форма.

14. Пълна система от уравнения на Максуел в материята

В среда външните електрически и магнитни полета предизвикват поляризация и намагнитване на веществото, които се описват макроскопски от поляризационния вектор P и вектора на намагнитване M на веществото, съответно, и са причинени от появата на свързани заряди и токове. В резултат на това полето в средата се оказва сбор от външни полета и полета, причинени от свързани заряди и токове.

Поляризацията P и намагнитването на веществото M са свързани с интензитета и индукционните вектори на електрическото и магнитното поле чрез следните отношения:

Следователно, чрез изразяване на векторите D и H чрез E, B и , може да се получи математически еквивалентна система от уравнения на Максуел:

Индексът тук обозначава безплатни заряди и токове. Уравненията на Максуел в тази форма са фундаментални, в смисъл, че не зависят от модела на електромагнитното устройство на материята. Разделянето на заряди и ток на свободни и свързани ни позволява да "скрием" в , и след това в P, M и следователно в D, B, сложната микроскопична природа на електромагнитното поле в средата.

Определение 1

Електродинамиката е огромна и важна област на физиката, която изучава класическите, неквантови свойства на електромагнитното поле и движението на положително заредени магнитни заряди, взаимодействащи един с друг през това поле.

Фигура 1. Накратко за електродинамиката. Author24 - онлайн обмен на студентски доклади

Електродинамиката е представена от широк спектър от различни постановки на проблеми и техните компетентни решения, приблизителни методи и специални случаи, които са обединени в едно цяло чрез общи изходни закони и уравнения. Последните, съставляващи основната част от класическата електродинамика, са представени подробно във формулите на Максуел. В момента учените продължават да изучават принципите на тази област във физиката, скелета на нейната връзка с други научни области.

Законът на Кулон в електродинамиката се обозначава по следния начин: $F= \frac (kq1q2) (r2)$, където $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$. Уравнението за сила на електрическото поле се записва, както следва: $E= \frac (F)(q)$, а потокът на вектора на индукция на магнитното поле е $∆Ф=В∆S \cos (a)$.

В електродинамиката на първо място се изучават свободни заряди и системи от заряди, които допринасят за активирането на непрекъснат енергиен спектър. Класическото описание на електромагнитното взаимодействие се облагодетелства от факта, че то е ефективно вече в нискоенергийната граница, когато енергийният потенциал на частиците и фотоните е малък в сравнение с енергията на покой на електрона.

В такива ситуации често няма анихилация на заредени частици, тъй като има само постепенна промяна в състоянието на тяхното нестабилно движение в резултат на обмена на голям брой нискоенергийни фотони.

Забележка 1

Въпреки това, дори при високи енергии на частиците в среда, въпреки значителната роля на флуктуациите, електродинамиката може успешно да се използва за цялостно описание на средните статистически, макроскопични характеристики и процеси.

Основни уравнения на електродинамиката

Основните формули, които описват поведението на електромагнитното поле и директното му взаимодействие със заредени тела, са уравненията на Максуел, които определят вероятните действия на свободно електромагнитно поле в среда и вакуум, както и общото генериране на поле от източници.

Сред тези позиции във физиката е възможно да се разграничат:

теоремата на Гаус за електрическото поле - предназначена да определи генерирането на електростатично поле от положителни заряди;
хипотезата за затворени силови линии - насърчава взаимодействието на процеси в самото магнитно поле;
Законът за индукция на Фарадей - установява генерирането на електрически и магнитни полета чрез променливи свойства на околната среда.

Като цяло, теоремата на Ампер-Максуел е уникална идея за циркулацията на линиите в магнитно поле с постепенно добавяне на токове на изместване, въведени от самия Максуел, точно определя трансформацията на магнитното поле чрез движещи се заряди и променливото действие на електрическо поле.

Заряд и сила в електродинамиката

В електродинамиката взаимодействието на силата и заряда на електромагнитното поле произтича от следното съвместно определение на електрическия заряд $q$, енергията $E$ и магнитните $B$ полета, които са одобрени като основен физически закон, основан на целия набор от експериментални данни. Формулата за силата на Лоренц (в рамките на идеализацията на точков заряд, движещ се с определена скорост) се записва с промяната на скоростта $v$.

Проводниците често съдържат огромно количество заряди, следователно тези заряди са доста добре компенсирани: броят на положителните и отрицателните заряди винаги е равен един на друг. Следователно общата електрическа сила, която постоянно действа върху проводника, също е равна на нула. В резултат на това магнитните сили, които действат върху отделните заряди в проводника, не се компенсират, тъй като при наличие на ток скоростите на зарядите винаги са различни. Уравнението на действие на проводник с ток в магнитно поле може да се запише, както следва: $G = |v ⃗ |s \cos(a) $

Ако изследваме не течност, а пълноценен и стабилен поток от заредени частици като ток, тогава целият енергиен потенциал, преминаващ линейно през площта в $1s$, ще бъде силата на тока, равна на: $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $, където $ρ$ е плътността на заряда (за единица обем в общия поток).

Забележка 2

Ако магнитните и електрическите полета систематично се променят от точка до точка на определен обект, тогава в изразите и формулите за частични потоци, както в случая на течност, средните стойности $E ⃗ $ и $B ⃗$ на сайтът непременно се пуска.

Специално положение на електродинамиката във физиката

Значимото място на електродинамиката в съвременната наука може да бъде потвърдено от добре познатата работа на А. Айнщайн, в която са описани подробно принципите и основите на специалната теория на относителността. Научната работа на изключителен учен се нарича "За електродинамиката на движещите се тела" и включва огромен брой важни уравнения и дефиниции.

Като отделна област на физиката, електродинамиката се състои от следните раздели:

учението за полето на неподвижните, но електрически заредени физически тела и частици;
учението за свойствата на електрическия ток;
учението за взаимодействието на магнитното поле и електромагнитната индукция;
учението за електромагнитните вълни и трептения.

Всички горепосочени раздели са обединени в едно цяло от теоремата на Д. Максуел, който не само създаде и представи последователна теория на електромагнитното поле, но и описа всички негови свойства, доказвайки реалното му съществуване. Работата на този конкретен учен показа на научния свят, че познатите по това време електрически и магнитни полета са само проява на едно единствено електромагнитно поле, което функционира в различни референтни системи.

Съществена част от физиката е посветена на изучаването на електродинамиката и електромагнитните явления. Тази област до голяма степен претендира за статут на отделна наука, тъй като не само изследва всички модели на електромагнитни взаимодействия, но и ги описва подробно с помощта на математически формули. Задълбочените и дългосрочни изследвания на електродинамиката откриха нови начини за използване на електромагнитните явления на практика в полза на цялото човечество.

Електродинамиката е клон на физиката, който изучава теорията на електромагнитното поле, както и взаимодействието между електрическите заряди. Електродинамиката се превърна в още една стъпка в бързото развитие на физиката. Има формули в електродинамиката, както и шпори и проблеми в електродинамиката.

Как се роди науката в резултат на многобройни открития и експерименти. Разделът на електродинамиката, който изучава взаимодействията и електрическите полета на покойните електрически заряди, е електростатиката.

Класическа електродинамика

Електродинамиката се развива с бързи темпове, много известни учени допринесоха за развитието на електродинамиката. През 1785 г. френският физик Ш. Кулон експериментално установява закона за взаимодействието на два неподвижни точкови заряда. Висулка Чарлз Августин През 1820 г. датският физик Х. Ерстед показа, че токът, протичащ през проводниците, създава около себе си магнитно поле.

Ерстед Ханс Кристиан През 1831 г. М. Фарадей открива електромагнитната индукция.

Фарадей Майкъл Електродинамиката е науката, която изучава електромагнитното поле. Това поле се проявява чрез силово взаимодействие с онези частици материя, които имат електрически заряд. привлече английския учен Дж. Максуел. Въз основа на експериментални данни той предложи уравнения, достатъчни за описване на всички електромагнитни явления.

Изтегляне на урок безплатно от сайта

Заглавие: Електродинамика и разпространение на радиовълни

Сесията наближава и е време да преминем от теория към практика. През уикенда седнахме и си помислихме, че много студенти биха направили добре да имат под ръка колекция от основни физични формули. Сухи формули с обяснение: кратки, сбити, нищо повече. Много полезно нещо при решаване на проблеми, нали знаете. Да, и на изпита, когато точно това, което беше жестоко запомнено предния ден, може да „изскочи“ от главата ми, такъв подбор ще ви послужи добре.

Повечето от задачите обикновено се дават в трите най-популярни раздела по физика. Това е механика, термодинамикаи Молекулярна физика, електричество. Да ги вземем!

Основни формули във физиката, динамика, кинематика, статика

Нека започнем с най-простото. Доброто старо любимо праволинейно и равномерно движение.

Кинематични формули:

Разбира се, нека не забравяме за движението в кръг и след това да преминем към динамиката и законите на Нютон.

След динамиката е време да разгледаме условията за равновесие на телата и течностите, т.е. статика и хидростатика

Сега даваме основните формули по темата "Работа и енергия". Къде щяхме да сме без тях!

Основни формули на молекулярната физика и термодинамиката

Нека завършим раздела по механика с формули за вибрации и вълни и да преминем към молекулярна физика и термодинамика.

Ефективност, законът на Гей-Люсак, уравнението на Клапейрон-Менделеев - всички тези сладки формули са събрани по-долу.

Между другото! Има отстъпка за всички наши читатели 10% на всякакъв вид работа.

Основни формули във физиката: електричество

Време е да преминем към електричеството, въпреки че термодинамиката го обича по-малко. Да започнем с електростатиката.

И към барабанната ролка завършваме с формули за закона на Ом, електромагнитната индукция и електромагнитните трептения.

Това е всичко. Разбира се, може да се даде цяла планина от формули, но това е безполезно. Когато има твърде много формули, лесно можете да се объркате и след това напълно да разтопите мозъка. Надяваме се, че нашият чит-лист с основни формули по физика ще ви помогне да решите любимите си проблеми по-бързо и по-ефективно. И ако искате да изясните нещо или не сте намерили формулата, от която се нуждаете: попитайте експертите студентска служба. Нашите автори държат стотици формули в главите си и щракват задачи като ядки. Свържете се с нас и скоро всяка задача ще бъде "твърде трудна" за вас.

Лист с формули по физика за изпита

и не само (може да са необходими 7, 8, 9, 10 и 11 клас).

За начало, снимка, която може да бъде отпечатана в компактна форма.

механика

Налягане P=F/S
Плътност ρ=m/V
Налягане в дълбочината на течността P=ρ∙g∙h
Гравитация Ft=mg
5. Архимедова сила Fa=ρ w ∙g∙Vt
Уравнение на движение за равномерно ускорено движение

X=X0 + υ 0∙t+(a∙t 2)/2 S=( υ 2 -υ 0 2) /2а S=( υ +υ 0) ∙t /2

Уравнение на скоростта за равномерно ускорено движение υ =υ 0 +a∙t
Ускорение a=( υ -υ 0)/t
Кръгова скорост υ =2πR/T
Центростремително ускорение a= υ 2/R
Връзка между период и честота ν=1/T=ω/2π
II закон на Нютон F=ma
Законът на Хук Fy=-kx
Закон за всемирното притегляне F=G∙M∙m/R 2
Теглото на тяло, движещо се с ускорение a P = m (g + a)
Теглото на тяло, движещо се с ускорение a ↓ P = m (g-a)
Сила на триене Ffr=µN
Инерция на тялото p=m υ
Силов импулс Ft=∆p
Момент M=F∙ℓ
Потенциална енергия на тяло, издигнато над земята Ep=mgh
Потенциална енергия на еластично деформирано тяло Ep=kx 2 /2
Кинетична енергия на тялото Ek=m υ 2 /2
Работа A=F∙S∙cosα
Мощност N=A/t=F∙ υ
Ефективност η=Ap/Az
Период на трептене на математическото махало T=2π√ℓ/g
Период на трептене на пружинно махало T=2 π √m/k
Уравнението на хармоничните трептения Х=Хmax∙cos ωt
Връзка между дължината на вълната, нейната скорост и периода λ= υ т

Молекулна физика и термодинамика

Количество вещество ν=N/ Na
Моларна маса M=m/ν
ср. роднина енергия на едноатомни газови молекули Ek=3/2∙kT
Основно уравнение на MKT P=nkT=1/3nm 0 υ 2
Закон на Гей-Люсак (изобарен процес) V/T =const
Закон на Чарлз (изохориен процес) P/T =const
Относителна влажност φ=P/P 0 ∙100%
Int. идеална енергия. едноатомен газ U=3/2∙M/µ∙RT
Работа на газ A=P∙ΔV
Закон на Бойл - Мариот (изотермичен процес) PV=const
Количеството топлина по време на нагряване Q \u003d Cm (T 2 -T 1)
Количеството топлина при топене Q=λm
Количеството топлина по време на изпаряване Q=Lm
Количеството топлина при изгаряне на горивото Q=qm
Уравнението на състоянието за идеален газ е PV=m/M∙RT
Първият закон на термодинамиката ΔU=A+Q
КПД на топлинните двигатели η= (Q 1 - Q 2) / Q 1
Идеална ефективност. двигатели (цикъл на Карно) η \u003d (T 1 - T 2) / T 1

Електростатика и електродинамика - формули във физиката

Законът на Кулон F=k∙q 1 ∙q 2 /R 2
Сила на електрическото поле E=F/q
Напрежение по имейл. поле на точков заряд E=k∙q/R 2
Плътност на повърхностния заряд σ = q/S
Напрежение по имейл. полета на безкрайната равнина E=2πkσ
Диелектрична константа ε=E 0 /E
Потенциална енергия на взаимодействие. заряди W= k∙q 1 q 2 /R
Потенциал φ=W/q
Потенциал на точков заряд φ=k∙q/R
Напрежение U=A/q
За еднородно електрическо поле U=E∙d
Електрически капацитет C=q/U
Капацитет на плосък кондензатор C=S∙ ε ∙ε 0/д
Енергия на зареден кондензатор W=qU/2=q²/2С=CU²/2
Ток I=q/t
Съпротивление на проводника R=ρ∙ℓ/S
Законът на Ом за секцията на веригата I=U/R
Законите на последното съединения I 1 = I 2 = I, U 1 + U 2 = U, R 1 + R 2 \u003d R
Паралелни закони. съедин. U 1 = U 2 = U, I 1 + I 2 = I, 1 / R 1 + 1 / R 2 \u003d 1 / R
Мощност на електрическия ток P=I∙U
Закон на Джаул-Ленц Q=I 2 Rt
Законът на Ом за пълна верига I=ε/(R+r)
Ток на късо съединение (R=0) I=ε/r
Вектор на магнитна индукция B=Fmax/ℓ∙I
Амперна сила Fa=IBℓsin α
Сила на Лоренц Fл=Bqυsin α
Магнитен поток Ф=BSсos α Ф=LI
Закон за електромагнитната индукция Ei=ΔФ/Δt
ЕМП на индукция в движещ се проводник Ei=Вℓ υ sinα
ЕДС на самоиндукция Esi=-L∙ΔI/Δt
Енергията на магнитното поле на намотката Wm \u003d LI 2 / 2
Брой периоди на трептене. контур T=2π ∙√LC
Индуктивно реактивно съпротивление X L =ωL=2πLν
Капацитет Xc=1/ωC
Текущата стойност на текущия Id \u003d Imax / √2,
RMS напрежение Ud=Umax/√2
Импеданс Z=√(Xc-X L) 2 +R 2

Оптика

Законът за пречупване на светлината n 21 \u003d n 2 / n 1 \u003d υ 1 / υ 2
Показател на пречупване n 21 =sin α/sin γ
Формула за тънка леща 1/F=1/d + 1/f
Оптична сила на лещата D=1/F
максимална смущения: Δd=kλ,
мин. смущения: Δd=(2k+1)λ/2
Диференциална решетка d∙sin φ=k λ

Квантовата физика

Формулата на Айнщайн за фотоелектричния ефект hν=Aout+Ek, Ek=U ze
Червена граница на фотоелектричния ефект ν to = Aout/h
Импулс на фотона P=mc=h/ λ=E/s

Физика на атомното ядро