Electrodinámica, fórmulas. Electromagnetismo

Electrodinámica- esta es la ciencia de las propiedades y patrones de un tipo especial de materia - un campo electromagnético que interactúa entre cuerpos o partículas cargados eléctricamente.

electrodinámica cuántica(QED) - teoría cuántica de campos de interacciones electromagnéticas; la parte más desarrollada de la teoría cuántica de campos. La electrodinámica clásica tiene en cuenta solo las propiedades continuas del campo electromagnético, mientras que la electrodinámica cuántica se basa en la idea de que el campo electromagnético también tiene propiedades discontinuas (discretas), cuyos portadores son cuantos de campo: fotones. La interacción de la radiación electromagnética con partículas cargadas se considera en electrodinámica cuántica como la absorción y emisión de fotones por partículas.

2. Características del campo electromagnético

Campo electromagnetico - E \u003d N / Kl \u003d W / M

mi= F/ q – la relación entre la fuerza que actúa del campo y la magnitud de esta carga.

D- inducción de campo eléctrico - se llama vector proporcional al vector de intensidad, pero independiente de las propiedades del medio

D = 𝞮 mi; 𝞮 = 𝞮 0 𝞮 ’ 0 = 8.85 * 10 -12 f/m

EN- vector de inducción de campo magnético = N/D*m= 1Tl

La inducción es un vector cuyo módulo es la relación entre el módulo de fuerza que actúa desde el lado del campo sobre un conductor que transporta corriente, la intensidad de la corriente en el conductor y su longitud. . B= | F|/ I* yo(NOSOTROS) H- intensidad del campo magnético (A / m) \u003d 80 oersteds \u003d) 80 Gauss, se denomina vector paralelo al vector de inducción, pero independiente de las propiedades del medio. H= 1/µ, donde µ = µ 0* µ’

3. Campos vectoriales Características integrales y diferenciales de un campo vectorial

4. TEOREMA DE OSTROGRADSKY-GAUSS Y STOKES

5. LEY DEL COLGANTE

6. TEOREMA DE GAUSS

7.FLUJO VECTORIAL

8. ECUACIONES DE CONTINUIDAD

9. CORRIENTE DE BIAS

10. LEY DE CORRIENTE TOTAL

11. LEY DE CONTINUIDAD DEL FLUJO MAGNÉTICO

12. CONDICIONES DE LÍMITE

13. LEYES DE JOULE-LETZ EN FORMA DIFERENCIAL

La cantidad de calor liberado por unidad de tiempo en un conductor con resistencia R a la intensidad de corriente I, de acuerdo con la ley de Joule-Lenz, es:

Aplicando esta ley a un cilindro infinitesimal cuyo eje coincide con la dirección de la corriente, obtenemos

Considerando que es el volumen de un cilindro infinitamente pequeño, y es la cantidad de calor liberado por unidad de volumen por unidad de tiempo, encontramos

Donde expresado en vatios por metro cúbico. Considerando que j 2 =j*j y usando la expresión para j, podemos escribir la razón como:

Esta igualdad expresa la ley de Joule-Lenz en forma diferencial.

14. Sistema completo de ecuaciones de Maxwell en la materia

En un medio, los campos eléctricos y magnéticos externos provocan la polarización y la magnetización de la sustancia, que se describen macroscópicamente por el vector de polarización P y el vector de magnetización M de la sustancia, respectivamente, y son causados por la aparición de cargas y corrientes ligadas. Como resultado, el campo en el medio resulta ser la suma de campos externos y campos causados por cargas y corrientes ligadas.

La polarización P y la magnetización de la sustancia M están relacionadas con los vectores de intensidad e inducción de los campos eléctrico y magnético por las siguientes relaciones:

Por lo tanto, expresando los vectores D y H en términos de E, B y , se puede obtener un sistema matemáticamente equivalente de las ecuaciones de Maxwell:

El índice aquí denota cargas y corrientes libres. Las ecuaciones de Maxwell en esta forma son fundamentales, en el sentido de que no dependen del modelo del dispositivo electromagnético de la materia. La separación de cargas y corrientes en libres y ligadas nos permite "ocultar" en ,, y luego en P, M y, en consecuencia, en D, B, la naturaleza microscópica compleja del campo electromagnético en el medio.

Definición 1

La electrodinámica es un área enorme e importante de la física que estudia las propiedades clásicas no cuánticas del campo electromagnético y el movimiento de las cargas magnéticas cargadas positivamente que interactúan entre sí a través de este campo.

Figura 1. Brevemente sobre electrodinámica. Author24 - intercambio en línea de trabajos de estudiantes

La electrodinámica está representada por una amplia gama de diversas declaraciones de problemas y sus soluciones competentes, métodos aproximados y casos especiales, que se unen en un todo por medio de leyes y ecuaciones iniciales generales. Estos últimos, que constituyen la mayor parte de la electrodinámica clásica, se presentan en detalle en las fórmulas de Maxwell. Actualmente, los científicos continúan estudiando los principios de este campo de la física, el esqueleto de su relación con otras áreas científicas.

La ley de Coulomb en electrodinámica se denota de la siguiente manera: $F= \frac (kq1q2) (r2)$, donde $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$. La ecuación de la intensidad del campo eléctrico se escribe de la siguiente manera: $E= \frac (F)(q)$, y el flujo del vector de inducción del campo magnético es $∆Ф=В∆S \cos (a)$.

En electrodinámica, en primer lugar, se estudian las cargas libres y los sistemas de cargas, que contribuyen a la activación de un espectro de energía continuo. La descripción clásica de la interacción electromagnética se ve favorecida por el hecho de que ya es efectiva en el límite de baja energía, cuando el potencial energético de las partículas y los fotones es pequeño en comparación con la energía restante del electrón.

En tales situaciones, a menudo no hay aniquilación de partículas cargadas, ya que solo hay un cambio gradual en el estado de su movimiento inestable como resultado del intercambio de una gran cantidad de fotones de baja energía.

Observación 1

Sin embargo, incluso a altas energías de partículas en un medio, a pesar del papel significativo de las fluctuaciones, la electrodinámica se puede utilizar con éxito para una descripción completa de características y procesos macroscópicos y estadísticos promedio.

Ecuaciones básicas de electrodinámica

Las principales fórmulas que describen el comportamiento de un campo electromagnético y su interacción directa con cuerpos cargados son las ecuaciones de Maxwell, que determinan las acciones probables de un campo electromagnético libre en un medio y vacío, así como la generación general de un campo por fuentes.

Entre estas posiciones en física es posible distinguir:

el teorema de Gauss para el campo eléctrico - diseñado para determinar la generación de un campo electrostático por cargas positivas;
la hipótesis de líneas de campo cerradas: promueve la interacción de procesos dentro del propio campo magnético;
Ley de inducción de Faraday - establece la generación de campos eléctricos y magnéticos por propiedades variables del medio ambiente.

En general, el teorema de Ampère-Maxwell es una idea única sobre la circulación de líneas en un campo magnético con la adición gradual de corrientes de desplazamiento introducidas por el propio Maxwell, determina con precisión la transformación de un campo magnético por cargas en movimiento y la acción alterna de un campo eléctrico.

Carga y fuerza en electrodinámica

En electrodinámica, la interacción de la fuerza y la carga de un campo electromagnético procede de la siguiente definición conjunta de los campos de carga eléctrica $q$, energía $E$ y magnéticos $B$, los cuales se aprueban como una ley física fundamental basada en la conjunto completo de datos experimentales. La fórmula de la fuerza de Lorentz (dentro de la idealización de una carga puntual que se mueve a cierta velocidad) se escribe con el cambio de velocidad $v$.

Los conductores suelen contener una gran cantidad de cargas, por lo que estas cargas están bastante bien compensadas: el número de cargas positivas y negativas siempre es igual entre sí. Por lo tanto, la fuerza eléctrica total que actúa constantemente sobre el conductor también es igual a cero. Las fuerzas magnéticas que actúan sobre cargas individuales en el conductor, como resultado, no se compensan, porque en presencia de una corriente, las velocidades de las cargas son siempre diferentes. La ecuación de acción de un conductor con corriente en un campo magnético se puede escribir de la siguiente manera: $G = |v ⃗ |s \cos(a) $

Si no estudiamos un líquido, sino un flujo completo y estable de partículas cargadas como una corriente, entonces todo el potencial de energía que pasa linealmente a través del área en $1s$ será la intensidad de la corriente igual a: $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $, donde $ρ$ es la densidad de carga (por unidad de volumen en el flujo total).

Observación 2

Si los campos magnético y eléctrico cambian sistemáticamente de un punto a otro en un sitio específico, entonces en las expresiones y fórmulas para flujos parciales, como en el caso de un líquido, los valores promedio $E ⃗ $ y $B ⃗$ en el sitio son necesariamente puestos abajo.

Posición especial de la electrodinámica en la física.

La importante posición de la electrodinámica en la ciencia moderna puede ser confirmada por el conocido trabajo de A. Einstein, en el que se detallaron los principios y fundamentos de la teoría especial de la relatividad. El trabajo científico de un destacado científico se llama "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento" e incluye una gran cantidad de ecuaciones y definiciones importantes.

Como área separada de la física, la electrodinámica consta de las siguientes secciones:

la doctrina del campo de partículas y cuerpos físicos inmóviles, pero eléctricamente cargados;
la doctrina de las propiedades de la corriente eléctrica;
la doctrina de la interacción del campo magnético y la inducción electromagnética;
la doctrina de las ondas y oscilaciones electromagnéticas.

Todas las secciones anteriores se combinan en un todo por el teorema de D. Maxwell, quien no solo creó y presentó una teoría coherente del campo electromagnético, sino que también describió todas sus propiedades, demostrando su existencia real. El trabajo de este científico en particular mostró al mundo científico que los campos eléctricos y magnéticos conocidos en ese momento son solo una manifestación de un solo campo electromagnético que funciona en diferentes sistemas de referencia.

Una parte esencial de la física se dedica al estudio de la electrodinámica y los fenómenos electromagnéticos. Esta área reclama en gran medida el estatus de una ciencia separada, ya que no solo explora todos los patrones de interacciones electromagnéticas, sino que también los describe en detalle utilizando fórmulas matemáticas. Los estudios profundos y de largo plazo de la electrodinámica han abierto nuevas vías para el uso de los fenómenos electromagnéticos en la práctica, en beneficio de toda la humanidad.

La electrodinámica es una rama de la física que estudia la teoría del campo electromagnético, así como la interacción entre las cargas eléctricas. La electrodinámica se ha convertido en un paso más en el rápido desarrollo de la física. Hay fórmulas en electrodinámica, así como espuelas y problemas en electrodinámica.

Cómo nació la ciencia como resultado de numerosos descubrimientos y experimentos. La sección de la electrodinámica que estudia las interacciones y los campos eléctricos de las cargas eléctricas en reposo es la electrostática.

Electrodinámica clásica

La electrodinámica se desarrolló a un ritmo rápido, muchos científicos famosos contribuyeron al desarrollo de la electrodinámica. En 1785, el físico francés Ch. Coulomb estableció experimentalmente la ley de interacción de dos cargas puntuales inmóviles. Colgante Charles Augustin En 1820, el físico danés H. Oersted demostró que la corriente que fluye a través de los cables crea un campo magnético a su alrededor.

Oersted Hans Christian En 1831, M. Faraday descubrió la inducción electromagnética.

Faraday Michael La electrodinámica es la ciencia que estudia el campo electromagnético. Este campo se manifiesta a través de la interacción de fuerzas con aquellas partículas de materia que tienen carga eléctrica. atrajo al científico inglés J. Maxwell. Basado en datos experimentales, propuso ecuaciones suficientes para describir todos los fenómenos electromagnéticos.

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Título: Electrodinámica y propagación de ondas de radio

Se acerca la sesión y es hora de que pasemos de la teoría a la práctica. Durante el fin de semana, nos sentamos y pensamos que muchos estudiantes harían bien en tener a mano una colección de fórmulas básicas de física. Fórmulas secas con explicación: cortas, concisas, nada más. Algo muy útil a la hora de resolver problemas, ya sabes. Sí, y en el examen, cuando exactamente lo que memoricé cruelmente el día anterior puede "saltar" de mi cabeza, esa selección te servirá bien.

La mayoría de las tareas generalmente se dan en las tres secciones más populares de física. Esta Mecánica, termodinámica Y física molecular, electricidad. ¡Vamos a llevarlos!

Fórmulas básicas en física dinámica, cinemática, estática.

Empecemos por lo más sencillo. Buen viejo movimiento rectilíneo y uniforme favorito.

Fórmulas cinemáticas:

Por supuesto, no olvidemos el movimiento en un círculo y luego pasemos a la dinámica y las leyes de Newton.

Después de la dinámica, es hora de considerar las condiciones para el equilibrio de cuerpos y líquidos, es decir. estática e hidrostática

Ahora damos las fórmulas básicas sobre el tema "Trabajo y energía". ¡Dónde estaríamos sin ellos!

Fórmulas básicas de física molecular y termodinámica

Terminemos la sección de mecánica con fórmulas para vibraciones y ondas y pasemos a la física molecular y la termodinámica.

La eficiencia, la ley de Gay-Lussac, la ecuación de Clapeyron-Mendeleev: todas estas dulces fórmulas se recopilan a continuación.

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Fórmulas básicas en física: electricidad

Es hora de pasar a la electricidad, aunque la termodinámica la ama menos. Comencemos con la electrostática.

Y, al redoble de tambores, terminamos con las fórmulas de la ley de Ohm, la inducción electromagnética y las oscilaciones electromagnéticas.

Eso es todo. Por supuesto, se podría dar toda una montaña de fórmulas, pero esto es inútil. Cuando hay demasiadas fórmulas, puede confundirse fácilmente y luego derretir completamente el cerebro. Esperamos que nuestra hoja de trucos de fórmulas básicas de física lo ayude a resolver sus problemas favoritos de manera más rápida y eficiente. Y si quieres aclarar algo o no has encontrado la fórmula que necesitas: pregunta a los expertos servicio estudiantil. Nuestros autores mantienen cientos de fórmulas en sus cabezas y hacen clic en tareas como nueces. Contáctenos, y pronto cualquier tarea será "demasiado difícil" para usted.

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Mecánica

Presión P=F/S
Densidad ρ=m/V
Presión en la profundidad del líquido P=ρ∙g∙h
Gravedad Pies=mg
5. Fuerza de Arquímedes Fa=ρ w ∙g∙Vt
Ecuación de movimiento para movimiento uniformemente acelerado

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

Ecuación de velocidad para movimiento uniformemente acelerado υ =υ 0 +a∙t
Aceleración a=( υ -υ 0)/t
Velocidad circular υ =2πR/T
Aceleración centrípeta a= υ 2/R
Relación entre periodo y frecuencia ν=1/T=ω/2π
Ley de Newton II F=ma
Ley de Hooke Fy=-kx
Ley de la gravitación universal F=G∙M∙m/R 2
El peso de un cuerpo que se mueve con aceleración a P \u003d m (g + a)
El peso de un cuerpo que se mueve con aceleración a ↓ P \u003d m (g-a)
Fuerza de fricción Ffr=µN
Cantidad de movimiento del cuerpo p=m υ
Impulso de fuerza Ft=∆p
Momento M=F∙ℓ
Energía potencial de un cuerpo elevado sobre el suelo Ep=mgh
Energía potencial del cuerpo deformado elásticamente Ep=kx 2 /2
Energía cinética del cuerpo Ek=m υ 2 /2
Trabajo A=F∙S∙cosα
Potencia N=A/t=F∙ υ
Eficiencia η=Ap/Az
Período de oscilación del péndulo matemático T=2π√ℓ/g
Período de oscilación de un péndulo de resorte T=2 π √m/k
La ecuación de las oscilaciones armónicas Х=Хmax∙cos ωt
Relación de la longitud de onda, su velocidad y periodo λ= υ T

Física molecular y termodinámica

Cantidad de sustancia ν=N/ Na
Masa molar M=m/ν
Casarse. familiares. energía de las moléculas de gas monoatómico Ek=3/2∙kT
Ecuación básica de MKT P=nkT=1/3nm 0 υ 2
Ley de Gay-Lussac (proceso isobárico) V/T =const
Ley de Charles (proceso isocórico) P/T =const
Humedad relativa φ=P/P 0 ∙100%
En t. energía ideales. gas monoatómico U=3/2∙M/µ∙RT
Trabajo de gas A=P∙ΔV
Ley de Boyle - Mariotte (proceso isotérmico) PV=const
La cantidad de calor durante el calentamiento Q \u003d Cm (T 2 -T 1)
La cantidad de calor durante la fusión Q=λm
La cantidad de calor durante la vaporización Q=Lm
La cantidad de calor durante la combustión del combustible Q=qm
La ecuación de estado de un gas ideal es PV=m/M∙RT
Primera ley de la termodinámica ΔU=A+Q
Eficiencia de los motores térmicos η= (Q 1 - Q 2) / Q 1
Eficiencia ideal. motores (ciclo de Carnot) η \u003d (T 1 - T 2) / T 1

Electrostática y electrodinámica - fórmulas en física

Ley de Coulomb F=k∙q 1 ∙q 2 /R 2
Fuerza de campo eléctrico E=F/q
Tensión de correo electrónico. campo de una carga puntual E=k∙q/R 2
Densidad de carga superficial σ = q/S
Tensión de correo electrónico. campos del plano infinito E=2πkσ
Constante dieléctrica ε=E 0 /E
Energía potencial de interacción. cargas W= k∙q 1 q 2 /R
Potencial φ=W/q
Potencial de carga puntual φ=k∙q/R
Tensión U=A/q
Para un campo eléctrico uniforme U=E∙d
Capacidad eléctrica C=q/U
Capacidad de un capacitor plano C=S∙ ε ∙ε 0/día
Energía de un condensador cargado W=qU/2=q²/2С=CU²/2
Corriente I=q/t
Resistencia del conductor R=ρ∙ℓ/S
Ley de Ohm para la sección del circuito I=U/R
Las leyes de la última compuestos I 1 \u003d I 2 \u003d I, U 1 + U 2 \u003d U, R 1 + R 2 \u003d R
leyes paralelas. con. U 1 \u003d U 2 \u003d U, yo 1 + yo 2 \u003d yo, 1 / R 1 + 1 / R 2 \u003d 1 / R
Corriente eléctrica potencia P=I∙U
Ley de Joule-Lenz Q=I 2 Rt
Ley de Ohm para una cadena completa I=ε/(R+r)
Corriente de cortocircuito (R=0) I=ε/r
Vector de inducción magnética B=Fmax/ℓ∙I
Amperio Fuerza Fa=IBℓsin α
Fuerza de Lorentz Fë=Bqυsin α
Flujo magnético Ф=BSсos α Ф=LI
Ley de inducción electromagnética Ei=ΔФ/Δt
FEM de inducción en conductor en movimiento Ei=ℓ υ pecado
FEM de autoinducción Esi=-L∙ΔI/Δt
La energía del campo magnético de la bobina Wm \u003d LI 2/2
Recuento del período de oscilación. contorno T=2π ∙√LC
Reactancia inductiva X L =ωL=2πLν
Capacitancia Xc=1/ωC
El valor actual de la Id actual \u003d Imax / √2,
Tensión RMS Ud=Umáx/√2
Impedancia Z=√(Xc-X L) 2 +R 2

Óptica

La ley de refracción de la luz n 21 \u003d n 2 / n 1 \u003d υ 1 / υ 2
Índice de refracción n 21 = sen α/ sen γ
Fórmula de lente fina 1/F=1/d + 1/f
Potencia óptica de la lente D=1/F
interferencia máxima: Δd=kλ,
interferencia mínima: Δd=(2k+1)λ/2
Rejilla diferencial d∙sen φ=k λ

la fisica cuantica

Fórmula de Einstein para el efecto fotoeléctrico hν=Aout+Ek, Ek=U ze
Borde rojo del efecto fotoeléctrico ν to = Aout/h
Momento fotónico P=mc=h/ λ=E/s

Física del núcleo atómico