V tejto lekcii, ktorej témou je „Elektromagnetické pole“, budeme diskutovať o koncepte „elektromagnetického poľa“, o vlastnostiach jeho prejavu a parametroch tohto poľa.
Hovoríme cez mobilný telefón. Ako sa prenáša signál? Ako sa prenáša signál z vesmírnej stanice letiacej na Mars? V prázdnote? Áno, nemusí tam byť žiadna látka, ale toto nie je prázdnota, je tu niečo iné, cez čo sa signál prenáša. Toto niečo sa nazývalo elektromagnetické pole. Nejde o priamo pozorovateľný, ale skutočne existujúci objekt prírody.
Ak je zvukový signál zmenou parametrov látky, napríklad vzduchu (obr. 1), potom rádiovým signálom je zmena parametrov EM poľa.
Ryža. 1. Šírenie zvukových vĺn vo vzduchu
Slová „elektrický“ a „magnetický“ sú nám jasné, už sme študovali oddelene elektrické javy (obr. 2) a magnetické javy (obr. 3), ale prečo potom hovoríme o elektromagnetickom poli? Dnes na to prídeme.
Ryža. 2. Elektrické pole
Ryža. 3. Magnetické pole
Príklady elektromagnetických javov.
Mikrovlnná rúra vytvára silné, a čo je najdôležitejšie, veľmi rýchlo sa meniace elektromagnetické polia, ktoré pôsobia na elektrický náboj. A ako vieme, atómy a molekuly látok obsahujú elektrický náboj (obr. 4). Tu naň pôsobí elektromagnetické pole, ktoré núti molekuly k rýchlejšiemu pohybu (obr. 5) – zvyšuje sa teplota a jedlo sa zohrieva. Röntgenové lúče, ultrafialové lúče a viditeľné svetlo majú rovnakú povahu.
Ryža. 4. Molekula vody je dipól
Ryža. 5. Pohyb molekúl s elektrickým nábojom
V mikrovlnnej rúre elektromagnetické pole odovzdáva látke energiu, ktorá sa využíva na ohrev, viditeľné svetlo dodáva energiu očným receptorom, ktoré sa využívajú na aktiváciu receptora (obr. 6), energia ultrafialových lúčov sa využíva na tvoria melanín v koži (vzhľad opaľovania, obr. 7) a energia röntgenových lúčov spôsobuje sčernenie filmu, na ktorom môžete vidieť obraz vašej kostry (obr. 8). Elektromagnetické pole má vo všetkých týchto prípadoch rôzne parametre, a preto má rôzne účinky.
Ryža. 6. Podmienený diagram aktivácie očného receptora energiou viditeľného svetla
Ryža. 7. Opaľovanie pokožky
Ryža. 8. Sčernenie filmu počas röntgenu
S elektromagnetickým poľom sa teda stretávame oveľa častejšie, ako sa zdá, a už dávno sme si na javy, ktoré sú s ním spojené, zvykli.
Vieme teda, že elektrické pole vzniká okolo elektrických nábojov (obr. 9). Tu je všetko jasné.
Ryža. 9. Elektrické pole okolo elektrického náboja
Ak sa elektrický náboj pohybuje, potom, ako sme študovali, okolo neho vzniká magnetické pole (obr. 10). Tu už vyvstáva otázka: elektrický náboj sa pohybuje, okolo neho je elektrické pole, čo s tým má spoločné magnetické pole? Ešte jedna otázka: hovoríme „náboj sa pohybuje“. Pohyb je však relatívny a môže sa pohybovať v jednej referenčnej sústave a môže byť v kľude v inej (obr. 11). Znamená to, že magnetické pole bude existovať v jednej referenčnej sústave, ale nie v inej? Pole by však nemalo existovať alebo existovať v závislosti od výberu referenčného rámca.
Ryža. 10. Magnetické pole okolo pohybujúceho sa elektrického náboja
Ryža. 11. Relativita pohybu náboja
Faktom je, že existuje jediné elektromagnetické pole a má jediný zdroj - elektrický náboj. Má dve zložky. Elektrické a magnetické polia sú samostatné prejavy, samostatné zložky jediného elektromagnetického poľa, ktoré sa v rôznych referenčných systémoch prejavujú rôzne (obr. 12).
Ryža. 12. Prejavy elektromagnetického poľa
Môžete si vybrať referenčný rámec, v ktorom sa objaví iba elektrické pole alebo len magnetické pole, alebo oboje naraz. Nie je však možné zvoliť referenčný systém, v ktorom budú elektrické aj magnetické zložky nulové, to znamená, že elektromagnetické pole prestane existovať.
V závislosti od referenčného systému vidíme buď jednu zložku poľa, alebo inú, alebo oboje. Je to ako pohyb telesa po kruhu: ak sa na takéto teleso pozriete zhora, uvidíme pohyb po kružnici (obr. 13), ak zboku, uvidíme kmity pozdĺž segmentu (obr. 14 ). V každej projekcii na súradnicovú os je kruhový pohyb kmitanie.
Ryža. 13. Pohyb tela v kruhu
Ryža. 14. Kmity tela pozdĺž segmentu
Ryža. 15. Premietanie krúživých pohybov na súradnicovú os
Ďalšou analógiou je premietanie pyramídy do roviny. Môže sa premietnuť do trojuholníka alebo štvorca. V lietadle sú to úplne iné postavy, ale toto všetko je pyramída, na ktorú sa pozerá z rôznych strán. Neexistuje však uhol, z ktorého by pyramída úplne zmizla. Len bude vyzerať skôr ako štvorec alebo trojuholník (obr. 16).
Ryža. 16. Priemet pyramídy do roviny
Zvážte vodič, ktorým prechádza prúd. V ňom sú negatívne náboje kompenzované kladnými, elektrické pole okolo neho je nulové (obr. 17). Magnetické pole nie je nulové (obr. 18), uvažovali sme o vzniku magnetického poľa okolo vodiča s prúdom. Vyberme si referenčný systém, v ktorom budú elektróny tvoriace elektrický prúd stacionárne. Ale v tejto referenčnej sústave sa kladne nabité ióny vodiča budú pohybovať v opačnom smere ako elektróny: stále vzniká magnetické pole (obr. 18).
Ryža. 17. Vodič s prúdom, ktorého elektrické pole je nulové
Ryža. 18. Magnetické pole okolo vodiča s prúdom
Ak by boli elektróny vo vákuu, v tejto referenčnej sústave by okolo nich vzniklo elektrické pole, pretože nie sú kompenzované kladnými nábojmi, ale nebolo by tam žiadne magnetické pole (obr. 19).
Ryža. 19. Elektrické pole okolo elektrónov vo vákuu
Pozrime sa na ďalší príklad. Zoberme si permanentný magnet. Okolo neho je magnetické pole, ale žiadne elektrické. Elektrické pole protónov a elektrónov je totiž kompenzované (obr. 20).
Ryža. 20. Magnetické pole okolo permanentného magnetu
Zoberme si referenčný rámec, v ktorom sa magnet pohybuje. Okolo pohybujúceho sa permanentného magnetu sa objaví vírivé elektrické pole (obr. 21). Ako to identifikovať? Umiestnime kovový krúžok (v tomto referenčnom ráme nepohyblivý) do dráhy magnetu. Vznikne v ňom prúd - ide o známy jav elektromagnetickej indukcie: pri zmene magnetického toku vzniká elektrické pole, ktoré vedie k pohybu nábojov, ku vzniku prúdu (obr. 22). V jednej referenčnej sústave nie je elektrické pole, ale v inej sa objavuje.
Ryža. 21. Vírivé elektrické pole okolo pohybujúceho sa permanentného magnetu
Ryža. 22. Fenomén elektromagnetickej indukcie
Magnetické pole permanentného magnetu
V akejkoľvek látke si elektróny, ktoré sa točia okolo jadra, môžeme predstaviť ako malý elektrický prúd, ktorý preteká v kruhu (obr. 23). To znamená, že okolo neho vzniká magnetické pole. Ak látka nie je magnetická, znamená to, že roviny rotácie elektrónov sú nasmerované ľubovoľne a magnetické polia z jednotlivých elektrónov sa navzájom kompenzujú, pretože sú nasmerované chaoticky.
Ryža. 23. Znázornenie rotácie elektrónov okolo jadra
V magnetických látkach sú roviny rotácie elektrónov orientované približne rovnako (obr. 24). Preto sa magnetické polia zo všetkých elektrónov sčítajú a získa sa nenulové magnetické pole na stupnici celého magnetu.
Ryža. 24. Rotácia elektrónov v magnetických látkach
Okolo permanentného magnetu je magnetické pole, respektíve magnetická zložka elektromagnetického poľa (obr. 25). Nájdeme referenčnú sústavu, v ktorej sa magnetická zložka stane nulovou a magnet stratí svoje vlastnosti? Ešte nie. Elektróny totiž rotujú v tej istej rovine (pozri obr. 24), pričom v každom okamihu nie sú rýchlosti elektrónov nasmerované rovnakým smerom (obr. 26). Je teda nemožné nájsť referenčný rámec, kde všetky zamrznú a magnetické pole zmizne.
Ryža. 25. Magnetické pole okolo permanentného magnetu
Elektrické a magnetické polia sú teda rôzne prejavy jediného elektromagnetického poľa. Nedá sa povedať, že v konkrétnom bode priestoru je len magnetické alebo len elektrické pole. Môže byť jedno alebo druhé. Všetko závisí od referenčného rámca, z ktorého sa na tento bod pozeráme.
Prečo sme predtým hovorili oddelene o elektrických a magnetických poliach? Po prvé, stalo sa to historicky: ľudia už dlho vedeli o magnetoch, ľudia dlho pozorovali srsť elektrizovanú na jantáre a nikto si neuvedomil, že tieto javy majú rovnakú povahu. A po druhé, je to pohodlný model. V problémoch, kde nás nezaujíma vzťah medzi elektrickými a magnetickými komponentmi, je vhodné zvážiť ich oddelene. Dva pokojové náboje v danej referenčnej sústave interagujú prostredníctvom elektrického poľa - aplikujeme na ne Coulombov zákon, nezaujíma nás, že tieto isté elektróny sa môžu pohybovať v nejakej referenčnej sústave a vytvárať magnetické pole a úspešne vyriešime tzv. problém (obr. 27) .
Ryža. 27. Coulombov zákon
Vplyv magnetického poľa na pohybujúci sa náboj je uvažovaný v inom modeli a v rámci svojej použiteľnosti funguje výborne aj pri riešení množstva problémov (obr. 28).
Ryža. 28. Pravidlo ľavej ruky
Pokúsme sa pochopiť, ako sú zložky elektromagnetického poľa navzájom prepojené.
Stojí za zmienku, že presný vzťah je dosť zložitý. Vyvinul ho britský fyzik James Maxwell. Odvodil slávne 4 Maxwellove rovnice (obr. 29), ktoré sa študujú na univerzitách a vyžadujú si znalosti z vyššej matematiky. Samozrejme, nebudeme ich študovať, ale niekoľkými jednoduchými slovami pochopíme, čo znamenajú.
Ryža. 29. Maxwellove rovnice
Maxwell sa opieral o prácu iného fyzika – Faradaya (obr. 30), ktorý jednoducho kvalitatívne opísal všetky javy. Robil kresby (obr. 31) a poznámky, ktoré Maxwellovi veľmi pomohli.
Ryža. 31. Kresby Michaela Faradaya z knihy „Electricity“ (1852)
Faraday objavil fenomén elektromagnetickej indukcie (obr. 32). Pripomeňme si, čo to je. Striedavé magnetické pole generuje vo vodiči indukované emf. Inými slovami, striedavé magnetické pole (áno, v tomto prípade nie elektrický náboj) vytvára elektrické pole. Toto elektrické pole je vírové, to znamená, že jeho čiary sú uzavreté (obr. 33).
Ryža. 32. Kresby Michaela Faradaya pre experiment
Ryža. 33. Výskyt indukovaného emf vo vodiči
Okrem toho vieme, že magnetické pole je generované pohybujúcim sa elektrickým nábojom. Správnejšie by bolo povedať, že je generovaný striedavým elektrickým poľom. Pri pohybe náboja sa elektrické pole v každom bode mení a táto zmena vytvára magnetické pole (obr. 34).
Ryža. 34. Vznik magnetického poľa
Môžete si všimnúť vzhľad magnetického poľa medzi doskami kondenzátora. Keď sa nabíja alebo vybíja, medzi doskami sa vytvára striedavé elektrické pole, ktoré zase vytvára magnetické pole. V tomto prípade budú siločiary magnetického poľa ležať v rovine kolmej na siločiary elektrického poľa (obr. 35).
Ryža. 35. Vzhľad magnetického poľa medzi doskami kondenzátora
Teraz sa pozrime na Maxwellove rovnice (obr. 29), ich krátke vysvetlenie je uvedené nižšie.
Ikona divergencie je matematický operátor; zvýrazňuje tú zložku poľa, ktorá má zdroj, teda siločiary začínajú a končia na niečom. Pozrite sa na druhú rovnicu: táto zložka magnetického poľa je nulová: siločiary magnetického poľa ničím nezačínajú ani nekončia, neexistuje žiadny magnetický náboj. Pozrite sa na prvú rovnicu: táto zložka elektrického poľa je úmerná hustote náboja. Elektrické pole vzniká elektrickým nábojom.
Najzaujímavejšie sú nasledujúce dve rovnice. Ikona rotora je matematický operátor, ktorý zvýrazňuje vírovú zložku poľa. Tretia rovnica znamená, že vírivé elektrické pole je vytvorené časovo premenlivým magnetickým poľom (to je derivácia, ktorá, ako viete z matematiky, znamená rýchlosť zmeny magnetického poľa). To znamená, že hovoríme o elektromagnetickej indukcii.
Štvrtá rovnica ukazuje, ak nevenujete pozornosť koeficientom úmernosti: vírivé magnetické pole je vytvárané meniacim sa elektrickým poľom, ako aj elektrickým prúdom (- prúdová hustota). Hovoríme o tom, čo dobre vieme: magnetické pole vzniká pohybom elektrického náboja a.
Ako vidíte, striedavé magnetické pole môže generovať striedavé elektrické pole a striedavé elektrické pole zase generuje striedavé magnetické pole atď. (obr. 36).
Ryža. 36. Striedavé magnetické pole môže generovať striedavé elektrické pole a naopak
V dôsledku toho môže v priestore vzniknúť elektromagnetická vlna (obr. 37). Tieto vlny majú rôzne prejavy – sú to rádiové vlny, viditeľné svetlo, ultrafialové a tak ďalej. O tom si povieme v ďalších lekciách.
Ryža. 37. Elektromagnetická vlna
Bibliografia
Domáca úloha
Spojenie medzi magnetickým poľom a prúdom viedlo k početným pokusom o vybudenie prúdu v slučke pomocou magnetického poľa. Ak okolo vodičov s prúdom vznikne magnetické pole, potom musí existovať aj opačný jav - výskyt elektrického prúdu v uzavretom vodiči pod vplyvom magnetického poľa. Tento problém brilantne vyriešil v roku 1831 anglický fyzik Faraday, ktorý objavil fenomén elektromagnetickej indukcie – bola dokázaná súvislosť medzi elektrickými a magnetickými javmi, čo poslúžilo ako impulz pre rozvoj teórie elektromagnetického poľa.
1. Elektromagnetická indukcia. Fenomén elektromagnetickej indukcie spočíva v tom, že pri akejkoľvek zmene magnetického toku prenikajúceho do uzavretého obvodu vodiča vzniká vo vodiči elektromotorická sila (emf) indukcie, ktorá spôsobuje vznik elektrického prúdu, ktorý je tzv. indukcia. E.m.f. K indukcii dochádza aj v otvorenom vodiči, keď sa pohybuje v magnetickom poli, v ktorom vodič križuje siločiary magnetického poľa.
Skúsenosti 1: ak sa permanentný magnet posunie alebo vytiahne do solenoidu uzavretého na galvanometer, potom v momentoch jeho pohybu alebo vysunutia je pozorovaná výchylka strelky galvanometra (vzniká indukovaný prúd); Smery vychýlenia šípok pri pohybe magnetu dovnútra a von sú opačné. Čím väčšia je rýchlosť pohybu magnetu vzhľadom na cievku, tým väčšia je odchýlka strelky galvanometra.
Skúsenosť 2: Prúd v okruhu 1 je možné meniť pomocou reostatu. Tento prúd vytvára magnetické pole, ktoré preniká obvodom 2; ak sa prúd zvýši, tok magnetickej indukcie cez obvod 2 sa zvýši. To povedie k objaveniu sa indukčného prúdu v obvode 2, zaznamenaného galvanometrom. Elektromagnetická indukcia môže byť spôsobená:
1. Zníženie prúdu, ktoré spôsobí pokles magnetického toku cez druhý obvod a povedie k tomu, že sa v ňom objaví indukovaný prúd v inom smere ako v prvom prípade.
2. Indukčný prúd môže byť spôsobený aj priblížením obvodu 2 bližšie k obvodu 1 alebo oddialením druhého obvodu od prvého.
3. Bez translačného posúvania obrysu 2, ale jeho otáčania tak, aby sa zmenil uhol medzi normálou k obrysu a smerom poľa.
Experimentálne sa zistilo, že hodnota indukčného prúdu ( e.m.f) nezávisí od spôsobu zmeny toku magnetickej indukcie, ale je určená len rýchlosťou jej zmeny. tie. význam Tento zákon je univerzálny. (1821)
Profesor Lenz z Petrohradskej univerzity skúmal vzťah medzi smerom indukovaného prúdu a povahou zmeny magnetického toku, ktorá ho spôsobila: Lenzovo pravidlo: emf indukované v obvode. spôsobí prúd v takom smere, že magnetické pole tohto prúdu zabráni zmene magnetického toku.
Napríklad, keď sa obvod 2 priblíži k obvodu 1, vzniká prúd, ktorého magnetický moment smeruje opačne k poľu prúdu (uhol medzi vektormi a je rovný ). Následne bude na obvod 2 pôsobiť sila, ktorá ho odtlačí od obvodu 1. Keď sa obvod 2 vzdiali od obvodu 1, vznikne prúd, ktorého moment sa zhoduje v smere s prúdovým poľom, takže sila pôsobiaca na obvod 2 smeruje k okruhu 1.
Lenz získal toto pravidlo zo skúseností analýzou mnohých experimentov. V skutočnosti je účinok tohto pravidla oveľa širší – vyjadruje všeobecný princíp, podľa ktorého sa každý systém snaží udržiavať stabilný rovnovážny stav a pôsobí proti akýmkoľvek zmenám v tomto stave.
Vzorec, ktorý kombinuje Faradayov zákon a Lenzovo pravidlo. matematické vyjadrenie základného zákona elektromagnetickej indukcie.
Základný zákon elektromagnetickej indukcie(Faradayov-Maxwellov zákon). Elektromotorická sila indukcie vznikajúca v uzavretom obvode je úmerná rýchlosti zmeny magnetického toku v čase: , kde je počet závitov obvodu, väzba toku, ak všetky závity cievky sú preniknuté rovnakým tokom , potom .
Poznámka 1. Znamienko mínus odráža Lenzove pravidlo. Vo väčšine prípadov možno tento znak pri numerických výpočtoch vynechať.
Poznámka 2. Pre uzavretú slučku.
E.m.f. vyjadrené v voltov.
Na dôkaz Faradayovho zákona používame zákon zachovania energie. Zvážte uzavretú slučku, v ktorej sa môže pohybovať jeden z vodičov. Umiestnime obrys do rovnomerného poľa, kolmo na rovinu výkresu a nasmerovaného za výkres. Nechajte vodiča pohybovať sa rýchlosťou. Sila pôsobiaca na pohybujúci sa vodič. Práca, ktorá sa vykonáva na segmente: . Energia zdroja sa vynakladá na teplo a prácu: . Na druhej strane dostávame . Hodnota zohráva úlohu emf, pretože vedie k vzniku elektrického prúdu v uzavretom okruhu. Preto je toto množstvo emf. elektromagnetická indukcia.
Je zrejmé, že magnetický tok je len v prípadoch, keď vodič krížeČiary magnetickej indukcie poľa sa preto nazývajú rýchlosť, ktorou vodič prechádza čiarami magnetickej indukcie.
Napríklad v prípade priameho vodiča kat. sa pohybuje v rovnomernom magnetickom poli kolmom na čiary magnetickej indukcie, emf. indukcia vo vodiči, kde je uhol medzi vodičom a smerom jeho rýchlosti.
Zisťujeme potenciálny rozdiel na koncoch vodiča zo zovšeobecneného Ohmovho zákona. Pretože vo vodiči teda nie je elektrický prúd.
Komentujte. Pri javoch elektromagnetickej indukcie sa magnetický tok obvodom môže meniť pri pohybe obvodu alebo jeho jednotlivých sekcií, ako aj pri zmene magnetického poľa v čase - na určenie emf sa používa Faradayov zákon. indukcia.
Keď sa vodiče pohybujú v magnetickom poli, tento zákon platí iba v prípadoch, keď daný obvod prechádza rovnaké body pohyblivý vodič. V opačnom prípade bude e.m.f. indukcia sa zistí štúdiom Lorentzových síl pôsobiacich na voľné náboje v pohybujúcom sa vodiči, t.j. emf pôsobiace v obvode. merané prácou vonkajších síl pri pohybe po uzavretom okruhu jediného kladného náboja, kde sa náboj pohybuje.
Príklad. V rovnomernom magnetickom poli s indukciou 0,1 T je umiestnený obdĺžnikový rám, ktorého pohyblivá strana s dĺžkou 0,1 m sa pohybuje rýchlosťou kolmou na indukčné čiary poľa. Určite emf. indukcia vyskytujúca sa v obvode.
Riešenie: vyriešme problém dvoma spôsobmi, aplikovaním Faradayovho zákona alebo uvažovaním síl pôsobiacich na voľné elektróny v pohybujúcom sa drôte (Lorentzove sily).
1. pri pohybe vodiča sa zväčšuje plocha rámu, zväčšuje sa magnetický tok, t.j. Podľa Faradayovho zákona pôsobí emf. indukcia. . Znak „-“ znamená, že emf. indukcia pôsobí v obvode v smere, v ktorom je normála k obvodu, ktorý je s ňou spojený pravidlom pravej skrutky, opačná k vektoru B (nasmerovaná k pozorovateľovi). Tie. e.m.f. indukcia a indukovaný prúd sú v obvode smerované proti smeru hodinových ručičiek.
Pri riešení problému v oboch prípadoch došlo k nepresnosti: magnetické pole vytvorené indukčným prúdom nebolo brané do úvahy. Obe metódy diskutované vyššie poskytujú správnu odpoveď za predpokladu, že odpor obvodu je dostatočne veľký.
Sila indukčného prúdu v uzavretom vodivom obvode s odporom: . sa považuje za pozitívny, ak magnetický moment zodpovedajúceho indukčného prúdu v obvode zviera ostrý uhol s magnetickými indukčnými čiarami poľa, ktoré tento prúd indukuje.
Povaha vonkajších síl vedúcich k vzniku emf. elektromagnetická indukcia: Lorentzova sila, ktorá pôsobí na náboj pohybujúci sa v magnetickom poli.
Môžete zvážiť zmenu magnetického toku v stacionárnom obvode, napríklad zníženie hodnoty magnetickej indukcie. V tomto prípade neexistuje žiadna Lorentzova sila (nedochádza k usporiadanému pohybu elektrických nábojov), ale emf. vzniká a
Krátke zhrnutie 8. ročníka
Tepelné javy
Telesná teplota závisí od rýchlosti pohybu molekúl.
Náhodný pohyb molekúl sa nazýva tepelný pohyb.
Vnútorná energia je súčet potenciálnej a kinetickej energie všetkých molekúl, ktoré tvoria látku.
Vnútorná energia nezávisí z kožušiny. pohyb telesa alebo jeho poloha voči iným telesám.
Ako sa t zvyšuje, zvyšuje sa.
Zmeny 2 spôsoby:
1. Vykonávaním práce;
2. Výmenou tepla (prenos tepla)
Prenos tepla:
1. Tepelná vodivosť- prenos E z jednej časti tela do druhej v dôsledku tepelného pohybu molekúl (pevné teleso)
2. Konvekcia– pohyb samotnej látky v kvapalinách a plynoch. (kvapalina a plyn)
3. Žiarenie- emisia lúčov (nie je potrebné žiadne médium, možno vo vákuu)
Množstvo tepla– energia prijatá alebo vydaná telesom pri prenose tepla.
Procesy:
I. Zahrievanie alebo chladenie (bez zmeny stavu agregácie látky)
m – hmotnosť
Zmena teploty
c je merná tepelná kapacita, ktorá sa číselne rovná množstvu tepla, ktoré sa musí odovzdať každému kg danej látky, aby sa jej t˚ zvýšilo o 1˚С.
II. Spaľovanie paliva
m – hmotnosť
q – špecifické spalné teplo paliva – fyzikálna veličina udávajúca, koľko tepla sa uvoľní pri úplnom spálení paliva o hmotnosti 1 kg.
3. Odparovanie (odparovanie, varenie)
| |
| |
5. Desublimácia
6. Sublimácia (sublimácia)
III. Topenie a kryštalizácia
proces topenia alebo kryštalizácie prebieha na vodorovnom reze AB grafu pri konštantnej teplote, tzv. teplota topenia.(tabuľková hodnota)
Tento graf je prezentovaný na príklade topiaceho sa ľadu.
Bod A – iba ľad
Interval AB – ľad a voda
Bod B – iba voda
Tavenie – Q sa dodáva do systému
Kryštalizácia – Q sa odstráni zo systému
m – hmotnosť
λ – špecifické teplo topenia ukazuje, koľko tepla sa musí preniesť na každý kg látky odobratej pri teplote topenia, aby sa úplne roztavila.
IV. Vyparovanie a kondenzácia
proces vyparovania alebo kondenzácie prebieha na vodorovnom reze AB grafu pri konštantnej teplote, tzv. bod varu.(tabuľková hodnota)
Tento graf je znázornený na príklade vriacej vody.
Bod A – iba voda
Sekcia AB – voda a jej para
Bod B – len para
Odparovanie – Q sa dodáva do systému
Kondenzácia – Q je odstránený zo systému
m – hmotnosť
L – špecifické teplo vyparovania ukazuje, koľko tepla musí byť odovzdané každému kg kvapaliny odobratej pri bode varu, aby sa kvapalina zmenila na paru.
Nasýtená para- para, ktorá je v dynamickej rovnováhe so svojou kvapalinou. (Koľko molekúl prechádza z kvapaliny do pary, rovnaký počet prechádza späť z pary do kvapaliny.)
ü Absolútna vlhkosť vzduchu- hustota vodnej pary vo vzduchu.
ü Relatívna vlhkosť– pomer absolútnej vlhkosti k hustote nasýtených pár pri rovnakej teplote.
Rosný bod je teplota, pri ktorej sa para nasýti.
Hygrometer a psychrometer sú prístroje na meranie vlhkosti vzduchu.
Tepelné motory a sú to stroje, v ktorých sa vnútorná energia paliva premieňa na mechanickú energiu.
Účinnosť je pomer dokonalej užitočnej práce motora k energii prijatej z ohrievača.
Elektrické javy
Elektrostatika je odbor, ktorý študuje pokojové náboje.
Elektrifikované telá buď priťahujú alebo odpudzujú.
Fyzikálna veličina charakterizujúca stupeň elektrifikácie telesa sa nazýva elektrický náboj.
Spôsoby elektrifikácie:
1) Kontakt (trenie)
2) Dotknite sa
3) Prostredníctvom vplyvu
Bežne sa verí, že sklenená tyčinka natretá na hodváb je nabitá. pozitívne a ebonitová tyčinka natretá na vlnu - negatívne.
Pravdepodobne nabité telesá sa vždy odpudzujú, opačne nabité sa vždy priťahujú.
Okolo nabitého telesa (alebo stacionárneho náboja) je elektrické pole. Keď polia interagujú, Coulombovské sily.
A – poplatky v Cl
– vzdialenosť medzi nábojmi
k- koeficient
Výpočet coulombovej sily je možný pre tri prípady:
1. Interakcia dvoch nabitých guľôčok (r – od stredu k stredu)
2. Interakcia nabitej gule a bodového náboja (nabité teleso, ktorého rozmery možno zanedbať)
3. Interakcia dvoch bodových poplatkov
Elektroskop je zariadenie na meranie elektrického náboja.
Elektrina– riadený a usporiadaný pohyb nabitých častíc. (v kovoch – pohyb elektrónov)
Všetky látky podľa elektrickej vodivosti. prúdy sú rozdelené do 3 skupín:
1) Dirigenti(kovy, roztoky - za normálnych podmienok obsahujú pomerne veľa nabitých častíc)
2) Polovodiče– látky obsahujúce v menšej miere voľné nabité častice (germánium, kremík)
3) Dielektrika (nevodiče)– nemajú voľné nabité častice – guma, ebonit, destilátor. voda.
Izolátor– telo vyrobené z dielektrika.
Elektrón je častica s najmenším záporným nábojom.
Stred – jadro (masívne a pozitívne): protóny (+) a neutróny (0)
Okolo jadra sú elektróny (svetlé a negatívne)
Normálny stav – neutrálny atóm– počet protónov = počet elektrónov
Pozitívny ión – atóm, ktorý stratil jeden alebo viac elektrónov
Záporný ión je atóm, ktorý získal ďalší elektrón.
Podmienky pre výskyt elektrického prúdu:
1) vodič
2) prítomnosť elektrického poľa
3) zdroj prúdu - zariadenie, v ktorom dochádza k oddeleniu náboja
4) 
uzavretý elektrický obvod
Email okruh pozostáva z:
ü aktuálny zdroj
ü spotrebitelia
ü napájacie vodiče
ü meracie prístroje
Ampérmeter– ide o zariadenie na meranie prúdu v obvode; vzrušuje dôsledne!
Voltmeter– ide o zariadenie na meranie napätia v obvode alebo na jeho úseku; vzrušuje paralelne!
Súčasná sila– fyzikálna veličina určená množstvom alebo veľkosťou náboja, ktorý pretečie prierezom vodiča za jednotku času. Ampere
Napätie– fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná pomeru práce, ktorú vykoná elektrické pole pri pohybe náboja k veľkosti tohto náboja. Volt
Intenzita prúdu vo vodiči je priamo úmerná napätiu na koncoch vodiča.
Odpor– fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje vlastnosti vodiča vo väčšej alebo menšej miere ovplyvňovať prechod náboja.
l – dĺžka vodiča
S- plocha prierezu vodiča
– špecifický odpor (v závislosti od materiálu vodiča) je uvedený v tabuľkách!
Ohmov zákon pre reťazovú časť:
R hodnota– konštanta pre daný vodič => nezávisí od ja a U.
Reostat je zariadenie na reguláciu prúdu v obvode.
| Sériové zapojenie vodičov | Paralelné pripojenie vodičov |
  |   |
Práca elektrického prúdu
Výkon elektrického prúdu je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje rýchlosť vykonávanej práce.
Alebo - v praxi
Joule-Lenzov zákon: (zahrievanie vodiča)
Skrat je spojenie koncov časti obvodu s vodičom, ktorého odpor je veľmi malý v porovnaní s odporom časti obvodu.
Elektromagnetické javy
Okolo akéhokoľvek vodiča s prúdom existuje magnetické pole, t.j. okolo pohyblivých nábojov.
Pohyblivé poplatky(nabité častice) – zdroj magnetického poľa
Remíza t.t. možné pomocou magnetických (silových) vedení. Magnetické čiary sa uzatvárajú do seba (nemajú začiatok ani koniec) alebo idú z nekonečna do nekonečna.
Magnetické pole vodiča s prúdom:
Na určenie smeru čiar sa používajú dve pravidlá:
1) gimletové pravidlo
Ak sa translačný pohyb prívesku zhoduje so smerom prúdu vo vodiči, potom sa rotačný pohyb rukoväte zhoduje so smerom magnetických siločiar.
2) pravidlo obvodu pravej ruky
ak je palec pravej ruky nasmerovaný v smere prúdu, potom 4 prsty ukážu smer magnetických siločiar.
Magnetické pole prúdovej cievky:
Vo vnútri cievky sú čiary rovnobežné a nepretínajú sa. Vždy idú zo severu na juh. Smer prúdu ukazuje na severný pól.
Smer siločiar magnetického poľa vo vnútri cievky môžete určiť pomocou pravidlá pravej ruky:
Ak ukážete 4 prstami pravej ruky v smere prúdu v závitoch cievky (uchopíte cievku pozdĺž prúdu), potom predĺžený palec ukáže smer siločiar magnetického poľa vo vnútri cievky.
Cievka s jadrom vo vnútri sa nazýva - elektromagnet.
Permanentné magnety:
Magnetické pole permanentného magnetu je spôsobené ampérovými prstencovými prúdmi. (rotácia elektrónov v atómoch látky jedným smerom)
Magnetické póly Zeme sa nezhodujú s jej geografickými pólmi.
Severný magnetický pól – N (južný geografický pól)
Južný magnetický pól – S (severný geografický pól)
Charakteristika intenzity magnetického poľa –
vektor magnetickej indukcie B.
Vektor je dotyčnica k siločiaram magnetického poľa a smeruje rovnakým spôsobom ako siločiary magnetického poľa.
Vplyv magnetického poľa na telesá v ňom umiestnené:
| Vodič nesúci prúd | Nabitá častica |
| Pravidlo ľavej ruky | |
| Ampérový výkon | Lorentzova sila |
| ja– sila prúdu vo vodiči B- magnetická indukcia l – dĺžka vodiča, ktorá je v m.p. | q – náboj častíc (modulo) C V – rýchlosť častíc B – magnetická indukcia |
 |  |
| Ak je ľavá ruka umiestnená tak, že siločiary magnetického poľa vstupujú do dlane a 4 prsty ukazujú na smer prúdu vo vodiči, potom palec umiestnený pod uhlom 90˚ ukáže smer ampérovej sily. | Ak je ľavá ruka umiestnená tak, že siločiary magnetického poľa vstupujú do dlane a 4 prsty ukazujú na smer pohybu (rýchlosť) kladne nabitej častice, potom palec nastavený na 90˚ ukáže smer Lorentzovej sily. (pre negatívnu časticu – 4 prsty proti smeru rýchlosti častice) |
Svetelné javy
Optika je oblasť fyziky, ktorá študuje svetelné javy a vzory.
Svetlo je elektromagnetické vlnenie.
Bodový zdroj svetla – rozmery svietiaceho telesa sú oveľa menšie ako vzdialenosť, na ktorú hodnotíme jeho účinok.
Lúč svetla– čiara, pozdĺž ktorej sa šíri energia zo svetelného zdroja.
Tieň- tá oblasť priestoru, do ktorej nedopadá svetlo zo zdroja.
Penumbra– svetlo pochádza z časti zdroja.
Svetelná energia šíriaca sa medzi dvoma lúčmi sa nazýva lúč svetla.
Zákony geom. optika:
1) 
Zákon odrazu svetla
1. Dopadajúci lúč, odrazený lúč a kolmica obnovená do bodu dopadu ležia v rovnakej rovine.
2. Uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu.
Uhol dopadu– uhol medzi dopadajúcim lúčom a kolmicou k povrchu, obnovený v bode dopadu lúča na povrch.
Uhol odrazu– uhol medzi odrazeným lúčom a kolmicou k povrchu, obnovený v bode dopadu lúča na povrch.
Ploché zrkadlo:
Obraz v rovinnom zrkadle je umiestnený za zrkadlom na priamke kolmej na povrch zrkadla a vzdialenosť od zrkadla k obrazu OB sa rovná vzdialenosti od objektu k zrkadlu AO.
2) Zákon lomu svetla
Optická hustota média sa vyznačuje rôznymi rýchlosťami šírenia svetla.
Pri prechode z jedného média do druhého mení lúč svoj smer na hranici týchto médií - lomené.
1. Dopadajúci lúč, lomený lúč a kolmý lúč obnovený do bodu dopadu na hranicu dvoch prostredí ležia v rovnakej rovine.
2. Pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je konštantná hodnota pre tieto dve prostredia a nazýva sa index lomu druhého prostredia vzhľadom k prvému.
Ak svetlo prichádza z opticky menej hustého média do média s vyššou hustotou, potom je uhol lomu vždy menší ako uhol dopadu.
V tomto prípade je lomený lúč „pritlačený“ proti kolmici.
Ak svetlo prichádza z opticky hustejšieho prostredia do prostredia s menšou hustotou, potom je uhol lomu vždy väčší ako uhol dopadu.
V tomto prípade je lomený lúč „pritlačený“ na rozhranie medzi médiami.
Smer lúča kolmo na rozhranie dve prostredia, prihrávky bez lom.
Šošovka je priehľadné telo ohraničené dvoma sférickými plochami.
Typy šošoviek:
Šošovky (podľa optických vlastností)
Výkon objektívu:
Obraz akéhokoľvek bodu bude bodom. Obrázok šípky - šípka.
Konštrukcia obrazu akéhokoľvek bodového zdroja (objektového bodu) v šošovke prebieha pozdĺž dvoch lúčov.
1) Ray ide cez stred šošovky – nezlomené
2) Ray ide rovnobežne s hlavnou optickou osou, po lámaní šošovky vrátane zaostrenia objektívu
Na priesečníku týchto dvoch lúčov je bod, ktorý je obrázok zdroja.
Obraz objektu je konštruovaný podobným spôsobom.
Vzorec pre tenké šošovky:
10) Charakteristika časti reťaze:
Aktuálna sila - 
merané pomocou ampérmetra;
Napätie - 
, merané voltmetrom;
odpor - 
, merané ohmmetrom.
11) Ohmov zákon pre úsek obvodu: .
12) Dva typy pripojení vodičov:
Sekvenčné (pozri obr. 4)
Ryža. 4. Sériové zapojenie vodičov
Paralelné (pozri obr. 5)
Ryža. 5. Paralelné pripojenie vodičov
13) Súčasná práca: .
14) Aktuálny výkon: .
15) Množstvo tepla, ktoré sa uvoľní pri prechode prúdu vodičom: .
16) Elektrický prúd v rôznych prostrediach:
V kovoch dochádza k usmernenému pohybu voľných elektrónov;
V kvapalinách - riadený pohyb voľných iónov vyplývajúci z elektrolytická disociácia. Zákon elektrolýzy:
V plynoch - riadený pohyb voľných iónov a elektrónov vytvorených v
výsledok ionizácia;
- v polovodičoch - riadený pohyb voľných elektrónov a dier;
17) Magnety:
Elektromagnety;
Trvalé:
prirodzené;
umelé.
18) Okolo akejkoľvek nabitej častice, a teda okolo vodiča s prúdom, je magnetické pole.
19) Magnetické pole- zvláštna forma hmoty, ktorá existuje okolo pohybujúcich sa nabitých častíc alebo telies a pôsobí nejakou silou na iné nabité častice alebo telesá pohybujúce sa v tomto poli.
20) Magnetické siločiary- podmienené čiary, pozdĺž ktorých sú v magnetickom poli inštalované osi malých magnetických šípok:
Smer magnetických siločiar sa zhoduje so smerom naznačeným severným pólom magnetickej strelky (pozri obr. 6);
Smer siločiar magnetického poľa vodiča s prúdom možno určiť pomocou pravidlá pravej ruky alebo pravidlá gimletu(pozri obr. 7);
Magnetické čiary opúšťajú severný pól a vstupujú do južného pólu;
Magnetické siločiary sú vždy uzavreté.
21) Vodič s prúdom v magnetickom poli je ovplyvnený o Ampérový výkon. Jeho smer je určený podľa pravidla ľavej ruky(pozri obr. 8).
Ryža. 7. Pravidlo pravej ruky a gimletové pravidlo
Ryža. 8. Pravidlo ľavej ruky
22) Fenomén elektromagnetická indukcia- jav generovania elektrického poľa v priestore striedavým magnetickým poľom.
V tejto lekcii sme si pripomenuli rôzne skutočnosti týkajúce sa elektromagnetických javov, ktoré sme študovali skôr, a tiež sme diskutovali o všeobecnom elektromagnetickom obraze sveta.
Elektrický oblúk bol prvýkrát použitý mimo laboratória v roku 1845 v Parížskej národnej opere na reprodukciu efektu vychádzajúceho slnka.
V Thajsku nastali problémy pri výstavbe elektrického vedenia. Prvý sa týkal skutočnosti, že opice, napodobňujúce elektrikárov, vyliezajú na drôty pozdĺž podpier a zapletením ich vytvárajú skrat. Druhý problém predstavovali slony, pretože by vytrhávali podpery zo zeme.
Magnetické pole Zeme periodicky mení svoju polaritu, pričom dochádza k sekulárnym fluktuáciám trvajúcim 5-10 tisíc rokov a k úplnému preorientovaniu (magnetické póly menia miesto) 2-3 krát v priebehu milióna rokov. Dôkazom toho je „zamrznuté“ magnetické pole v sedimentárnych a vulkanických horninách vzdialených období. Geomagnetické pole Zeme však neprechádza chaotickými zmenami, ale riadi sa určitým harmonogramom.
Staroveké archívy obsahujú záznamy naznačujúce, že cisár Nero, ktorý trpel reumatizmom, sa liečil elektrickými kúpeľmi. Na tento účel sa do drevenej vane s vodou umiestnili elektrické rejnoky. V takomto kúpeli bol cisár vystavený elektrickým výbojom a poliam.
V minulom storočí bola vo Švajčiarsku vynájdená elektrická opatrovateľka. Vynálezca navrhol umiestniť pod detské plienky dve izolované kovové sieťky oddelené suchou vložkou. Tieto siete boli napojené na zdroj nízkeho napätia, ako aj elektrický zvonček. Keď vložka navlhla, okruh sa uzavrel a zvonček oznámil mamičke, že treba vymeniť plienku.
V tých regiónoch Ruska, kde sú v zime silné mrazy, vzniká problém s vypúšťaním ropných produktov zo železničných cisterien, pretože viskozita ropných produktov pri nízkych teplotách je príliš vysoká. Vedci z inštitútov Ďalekého východu vyvinuli technológiu elektrického indukčného ohrevu nádrží (pozri obr. 9), ktorá môže výrazne znížiť náklady na energiu, keďže na ohrev nádrží parou je potrebných asi 15 ton paliva.
Ryža. 9. Elektrický indukčný ohrev nádrží
Pre núdzové situácie, keď zamrznú vykurovacie a vodovodné systémy, bol vyvinutý ručný elektrický indukčný nástroj, ktorý zaisťuje rýchly ohrev potrubí a vysokú bezpečnosť práce.
Dokonca aj použité nábojnice a nábojnice uchovávajú odtlačky prstov osoby, ktorá ich vložila do zbrane. Tieto odtlačky prstov je možné identifikovať pomocou techniky vyvinutej odborníkmi zo Saratovského právneho inštitútu. Po umiestnení nábojnice alebo nábojnice do elektrického poľa ako elektródy sa na ňu vo vákuu nastrieka tenký kovový film a stanú sa na ňom viditeľné odtlačky, ktoré je možné identifikovať.
Problém 1
Ktorý z nákresov správne znázorňuje póly magnetov (pozri obr. 10)?
Ryža. 10. Ilustrácia problému
Riešenie
Magnetické čiary pre permanentný magnet sú čiary, ktoré začínajú na severnom magnetickom póle a končia na juhu, mimo samotného magnetu. Vo vnútri magnetu sa tieto čiary uzatvárajú, ale už smerujú z južného pólu na severný magnetický pól.
Na prvom obrázku sú póly zobrazené nesprávne, pretože magnetické čiary smerujú z južného pólu na sever.
Na druhom obrázku sú póly zobrazené nesprávne, pretože magnetické čiary smerujú z južného pólu na sever.
Na treťom obrázku sú póly zobrazené správne, pretože magnetické čiary smerujú zo severného pólu na juh.
Na štvrtom obrázku boli s najväčšou pravdepodobnosťou myslené dva rovnaké póly.
Odpoveď: Na treťom obrázku sú póly zobrazené správne.
Skúste si sami odpovedať na túto otázku: v ktorom z týchto bodov je účinok magnetu najsilnejší a v ktorom najmenší (pozri obr. 11)?
Ryža. 11. Ilustrácia problému
Tento problém môžete vyriešiť tak, že si zapamätáte, ako sú magnetické čiary rozmiestnené v priestore v blízkosti permanentného magnetu.
Domáca úloha
Vzorce elektriny a magnetizmu. Štúdium základov elektrodynamiky tradične začína elektrickým poľom vo vákuu. Na výpočet sily interakcie medzi dvoma bodovými nábojmi a na výpočet sily elektrického poľa vytvoreného bodovým nábojom musíte vedieť aplikovať Coulombov zákon. Na výpočet intenzity polí vytvorených rozšírenými nábojmi (nabitý závit, rovina atď.) sa používa Gaussova veta. Pre systém elektrických nábojov je potrebné aplikovať princíp
Pri štúdiu témy „Smerný prúd" je potrebné brať do úvahy Ohmove a Joule-Lenzove zákony vo všetkých formách. Pri štúdiu „Magnetizmus" je potrebné mať na pamäti, že magnetické pole je generované pohybom nábojov a pôsobí na pohybujúce sa náboje. Tu by ste mali venovať pozornosť zákonu Biot-Savart-Laplace. Osobitná pozornosť by sa mala venovať Lorentzovej sile a zvážiť pohyb nabitej častice v magnetickom poli.
Elektrické a magnetické javy spája zvláštna forma existencie hmoty – elektromagnetické pole. Základom teórie elektromagnetického poľa je Maxwellova teória.
|
Fyzikálne zákony, vzorce, premenné |
Vzorce elektrina a magnetizmus |
||||||||
|
Coulombov zákon: |
|
||||||||
|
Intenzita elektrického poľa: kde Ḟ - sila pôsobiaca na náboj q 0 , ktorý sa nachádza v danom bode poľa. |
|||||||||
|
Sila poľa vo vzdialenosti r od zdroja poľa: 1) bodový poplatok 2) nekonečne dlhý nabitý závit s lineárnou hustotou náboja τ: 3) rovnomerne nabitá nekonečná rovina s hustotou povrchového náboja σ: 4) medzi dvoma opačne nabitými rovinami |
|
||||||||
|
Potenciál elektrického poľa: kde W je potenciálna energia náboja q 0 . |
|||||||||
|
Potenciál poľa bodového náboja vo vzdialenosti r od náboja: |
|
||||||||
|
Podľa princípu superpozície poľa napätie: |
|
||||||||
|
Potenciál: kde Ē i a ϕ i- napätie a potenciál v danom bode poľa vytvoreného i-tým nábojom. |
|||||||||
|
Práca vykonaná elektrickým poľom na presun náboja q z bodu s potenciálomϕ 1 do bodu s potenciálomϕ 2: |
|
||||||||
|
Vzťah medzi napätím a potenciálom 1) pre nerovnomerné pole: 2) pre jednotné pole: |
|
||||||||
|
Elektrická kapacita osamelého vodiča: |
|||||||||
|
Kapacita kondenzátora: |
|||||||||
|
Elektrická kapacita plochého kondenzátora: kde S je plocha dosky (jedna) kondenzátora, d je vzdialenosť medzi doskami. |
|||||||||
|
Energia nabitého kondenzátora: |
|||||||||
|
Aktuálna sila: |
|||||||||
|
Súčasná hustota: kde S je plocha prierezu vodiča. |
|||||||||
|
Odpor vodiča: l je dĺžka vodiča; S je plocha prierezu. |
|||||||||
|
Ohmov zákon 1) pre homogénnu časť reťaze: 2) v diferenciálnej forme: 3) pre časť obvodu obsahujúcu EMF: Kde ε je emf zdroja prúdu, R a r - vonkajší a vnútorný odpor obvodu; 4) pre uzavretý okruh: |
|
||||||||
|
Joule-Lenzov zákon 1) pre homogénnu časť obvodu jednosmerného prúdu: 2) pre časť obvodu s meniacim sa prúdom v čase: |
|
||||||||
|
Aktuálny výkon: |
|||||||||
|
Vzťah medzi magnetickou indukciou a silou magnetického poľa: kde B je vektor magnetickej indukcie, |
|
||||||||
|
Magnetická indukcia(indukcia magnetického poľa): 2) polia nekonečne dlhého dopredného prúdu 3) pole vytvorené úsekom vodiča s prúdom |
|
,
