Vzorce elektriny a magnetizmu. Štúdium základov elektrodynamiky tradične začína elektrickým poľom vo vákuu. Na výpočet interakčnej sily medzi dvoma presnými nábojmi a na výpočet sily elektrického poľa vytvoreného bodovým nábojom musíte byť schopní použiť Coulombov zákon. Na výpočet intenzity poľa vytvoreného rozšírenými nábojmi (nabité vlákno, rovina atď.) Sa použije Gaussova veta. Pre systém elektrických nábojov je potrebné použiť princíp

Pri štúdiu témy „Jednosmerný prúd“ je potrebné vziať do úvahy zákony Ohm a Joule-Lenz vo všetkých formách. Pri štúdiu „magnetizmu“ je potrebné mať na pamäti, že magnetické pole je generované pohyblivými nábojmi a pôsobí na pohyb. poplatky. Tu by ste mali venovať pozornosť zákonu Bio-Savart-Laplace. Osobitná pozornosť by sa mala venovať Lorentzovej sile a zvážiť pohyb nabitej častice v magnetickom poli.

Elektrické a magnetické javy sú spojené špeciálnou formou existencie hmoty - elektromagnetickým poľom. Základom teórie elektromagnetického poľa je Maxwellova teória.

Tabuľka základných vzorcov elektriny a magnetizmu

Sila elektrického poľa

Sila elektrického poľa je vektorová charakteristika poľa, sila pôsobiaca na jednotkový elektrický náboj v pokoji v danom referenčnom rámci.

Napätie sa určuje podľa vzorca:

$ E↖ (→) = (F↖ (→)) / (q) $

kde $ E↖ (→) $ je intenzita poľa; $ F↖ (→) $ je sila pôsobiaca na náboj $ q $ umiestnený v danom bode poľa. Smer vektora $ E↖ (→) $ sa zhoduje so smerom sily pôsobiacej na kladný náboj a opačne ako smer sily pôsobiacej na záporný náboj.

SI jednotka napätia je volt na meter (V / m).

Sila poľa bodového náboja. Podľa Coulombovho zákona bodový náboj $ q_0 $ pôsobí na iný náboj $ q $ silou rovnajúcou sa

$ F = k (| q_0 || q |) / (r ^ 2) $

Modul intenzity poľa bodového náboja $ q_0 $ vo vzdialenosti $ r $ od neho je

$ E = (F) / (q) = k (| q_0 |) / (r ^ 2) $

Vektor intenzity v ktoromkoľvek bode elektrického poľa smeruje pozdĺž priamky spájajúcej tento bod a náboj.

Elektrické siločiary

Elektrické pole v priestore je zvyčajne reprezentované siločiarami. Pojem siločiar predstavil M. Faraday pri štúdiu magnetizmu. Potom tento koncept vyvinul J. Maxwell vo výskume elektromagnetizmu.

Sila sily alebo čiara sily elektrického poľa je priamka, ktorej dotyčnica v každom bode sa zhoduje so smerom sily pôsobiacej na kladný bodový náboj umiestnený v tomto bode poľa.

Napínacie čiary kladne nabitej gule;

Napínacie čiary dvoch opačne nabitých loptičiek;

Napínacie šnúry dvoch podobne nabitých loptičiek

Napínacie čiary dvoch dosiek nabité nábojmi rôzneho znamienka, ale rovnajúce sa absolútnej hodnote.

Čiary napätia na poslednom obrázku sú v priestore medzi doskami takmer rovnobežné a ich hustota je rovnaká. To naznačuje, že pole v tejto oblasti vesmíru je jednotné. Elektrické pole sa nazýva homogénne, ktorého sila je vo všetkých bodoch vesmíru rovnaká.

V elektrostatickom poli nie sú siločiary uzavreté, vždy začínajú kladnými nábojmi a končia zápornými nábojmi. Nikde sa nepretínajú, priesečník siločiar by naznačoval neistotu smeru sily poľa v priesečníku. Hustota siločiar je väčšia v blízkosti nabitých telies, kde je sila poľa väčšia.

Nabité loptové ihrisko. Intenzita poľa nabitej vodivej gule vo vzdialenosti od stredu gule presahujúcej jej polomer $ r≥R $ je určená rovnakým vzorcom ako pole bodového náboja. Svedčí o tom rozloženie siločiar, podobne ako rozloženie siločiar bodového náboja.

Náboj lopty je rozložený rovnomerne po jej povrchu. Sila poľa vo vnútri vodivej gule je nulová.

Magnetické pole. Interakcia magnetov

Fenomén interakcie permanentných magnetov (zriadenie magnetickej šípky pozdĺž magnetického poludníka Zeme, príťažlivosť opačných pólov, odpudzovanie tých istých) je známy už od staroveku a systematicky ho študoval W. Hilbert. (výsledky boli publikované v roku 1600 v jeho pojednaní O magnete, magnetických telesách a veľkom magnete - Zemi).

Prírodné (prírodné) magnety

Magnetické vlastnosti niektorých prírodných minerálov boli známe už v staroveku. Napríklad pred viac ako 2000 rokmi existujú písomné dôkazy o používaní prírodných permanentných magnetov ako kompasov v Číne. Príťažlivosť a odpudzovanie magnetov a ich magnetizácia železných pilín sa spomína v prácach starovekých gréckych a rímskych vedcov (napríklad v básni Lucretius Kara „O povahe vecí“).

Prírodné magnety sú kúsky magnetickej železnej rudy (magnetit) zložené z $ FeO $ (31%) a $ Fe_2O $ (69%). Ak sa taký kúsok minerálu dostane k malým železným predmetom - klincom, pilinám, tenkej čepeli atď., Bude ich to priťahovať.

Umelé trvalé magnety

Permanentný magnet Je produkt vyrobený z materiálu, ktorý je autonómnym (nezávislým, izolovaným) zdrojom konštantného magnetického poľa.

Umelé trvalé magnety sú vyrobené zo špeciálnych zliatin, medzi ktoré patrí železo, nikel, kobalt atď. Tieto kovy získavajú magnetické vlastnosti (magnetizované), ak sú privedené na trvalé magnety. Preto, aby sa z nich vyrobili trvalé magnety, sú špeciálne držané v silných magnetických poliach, potom sa samy stanú zdrojmi konštantného magnetického poľa a sú schopné dlhodobo udržiavať magnetické vlastnosti.

Obrázok znázorňuje oblúkový a pásový magnet.

Na obr. sú uvedené obrázky magnetických polí týchto magnetov, získané metódou, ktorú prvýkrát aplikoval M. Faraday vo svojom výskume: pomocou železných pilín rozptýlených na hárku papiera, na ktorom leží magnet. Každý magnet má dva póly - sú to miesta s najväčšou koncentráciou magnetických siločar (nazývajú sa tiež čiary magnetického poľa, alebo čiary magnetickej indukcie poľa). To sú miesta, kam najviac lákajú železné piliny. Jeden z pólov sa zvyčajne nazýva severný(($ N $), druhé je južná($ S $). Ak k sebe privediete dva magnety s rovnakými pólmi, uvidíte, že sa odpudzujú, a ak sú proti sebe, priťahujú ich.

Na obr. je jasne vidieť, že magnetické čiary magnetu - uzavreté linky... Zobrazené sú siločiary magnetického poľa dvoch magnetov oproti sebe s rovnakými a opačnými pólmi. Stredná časť týchto obrázkov pripomína obrázky elektrických polí dvoch nábojov (protiľahlých a rovnakého mena). Významným rozdielom medzi elektrickými a magnetickými poľami je však to, že čiary elektrického poľa začínajú na nábojoch a končia na nich. Magnetické náboje v prírode neexistujú. Čiary magnetického poľa opúšťajú severný pól magnetu a vstupujú na juh, pokračujú v tele magnetu, to znamená, ako je uvedené vyššie, sú to uzavreté čiary. Polia, ktorých polia sú uzavreté, sa nazývajú vír... Magnetické pole je vírové pole (to je jeho rozdiel od elektrického).

Aplikácia magnetov

Najstarším magnetickým zariadením je známy kompas. V modernej technológii sa magnety používajú veľmi široko: v elektromotoroch, v rádiotechnike, v elektrických meracích zariadeniach atď.

Magnetické pole Zeme

Zemeguľa je magnet. Ako každý magnet, má svoje vlastné magnetické pole a svoje vlastné magnetické póly. Preto je strelka kompasu orientovaná určitým smerom. Je presne jasné, kam by mal smerovať severný pól magnetickej strelky, pretože opačné póly sa priťahujú... Preto severný pól magnetickej ihly ukazuje na južný magnetický pól Zeme. Tento pól sa nachádza na severe zemegule, trochu ďalej od geografického severného pólu (na ostrove Prince of Wales – asi 75 ° $ severnej zemepisnej šírky a 99 ° $ západnej dĺžky, vo vzdialenosti asi 2 100 $ $ km od geografický severný pól).

Pri približovaní sa k severnému geografickému pólu sa siločiary magnetického poľa Zeme nakláňajú vo väčšom uhle k horizontu a v oblasti južného magnetického pólu sa stávajú zvislými.

Magnetický severný pól Zeme sa nachádza v blízkosti geografického južného pólu, konkrétne na 66,5 ° $ južnej šírky a 140 ° $ východnej dĺžky. Tu vychádzajú zo Zeme siločiary magnetického poľa.

Inými slovami, magnetické póly Zeme sa nezhodujú s jej geografickými pólmi. Smer magnetickej ihly sa preto nezhoduje so smerom geografického poludníka a magnetická ihla kompasu ukazuje iba zhruba smer na sever.

Niektoré prírodné javy môžu napríklad ovplyvniť aj ručičku kompasu magnetické búrky,čo sú dočasné zmeny v magnetickom poli Zeme spojené so slnečnou aktivitou. Slnečnú aktivitu sprevádza vyvrhovanie prúdov nabitých častíc, najmä elektrónov a protónov, z povrchu Slnka. Tieto prúdy, pohybujúce sa vysokou rýchlosťou, vytvárajú svoje vlastné magnetické pole, ktoré interaguje s magnetickým poľom Zeme.

Na zemeguli (s výnimkou krátkodobých zmien magnetického poľa) existujú oblasti, v ktorých dochádza k konštantnej odchýlke smeru magnetickej šípky od smeru magnetickej čiary Zeme. Toto sú oblasti magnetická anomália(z gréckej anomálie - odchýlka, abnormalita). Jednou z najväčších takýchto oblastí je Kurská magnetická anomália. Príčinou anomálií sú obrovské ložiská železnej rudy v relatívne malej hĺbke.

Zemské magnetické pole spoľahlivo chráni zemský povrch pred kozmickým žiarením, ktorého pôsobenie na živé organizmy je deštruktívne.

Lety medziplanetárnych vesmírnych staníc a kozmických lodí umožnili zistiť, že Mesiac a planéta Venuša nemajú magnetické pole a planéty Mars je veľmi slabé.

Experimenty s Oerstedai ​​Ampere. Indukcia magnetického poľa

V roku 1820 dánsky vedec G. X. Oersted zistil, že magnetická ihla umiestnená v blízkosti vodiča, ktorým preteká prúd, sa otáča a má tendenciu byť umiestnená kolmo na vodič.

Schéma experimentu G. X. Oersteda je znázornená na obrázku. Vodič zahrnutý v obvode zdroja prúdu je umiestnený nad magnetickou ihlou rovnobežne s jeho osou. Keď je obvod uzavretý, magnetická ihla sa odchýli zo svojej pôvodnej polohy. Keď je obvod otvorený, magnetická ihla sa vráti do svojej pôvodnej polohy. Z toho vyplýva, že vodič s prúdom a magnetická ihla sa navzájom ovplyvňujú. Na základe tejto skúsenosti možno usúdiť, že existuje magnetické pole spojené s tokom prúdu vo vodiči a vírivým charakterom tohto poľa. Popísaný experiment a jeho výsledky boli najdôležitejšou vedeckou zásluhou spoločnosti Oersted.

V tom istom roku objavil francúzsky fyzik Ampere, ktorý sa zaujímal o Oerstedove experimenty, interakciu dvoch priamych vodičov s prúdom. Ukázalo sa, že ak prúdy vo vodičoch prúdia v jednom smere, to znamená, že sú rovnobežné, potom sú vodiče priťahované, ak sú v opačných smeroch (to znamená, že sú antiparalelné), potom sú odpudzované.

Interakcie medzi vodičmi s prúdom, to znamená interakcie medzi pohybujúcimi sa elektrickými nábojmi, sa nazývajú magnetické a sily, ktorými na seba vodiče s prúdom pôsobia, sa nazývajú magnetické sily.

Podľa teórie pôsobenia krátkeho dosahu, ktorej sa držal M. Faraday, prúd v jednom z vodičov nemôže priamo ovplyvniť prúd v druhom vodiči. Podobne ako v prípade stacionárnych elektrických nábojov, okolo ktorých je elektrické pole, sa dospelo k záveru, že v priestore obklopujúcom prúdy je magnetické pole, ktorý pôsobí určitou silou na iný vodič s prúdom umiestneným v tomto poli, alebo na permanentný magnet. Na druhej strane magnetické pole generované druhým vodičom s prúdom pôsobí na prúd v prvom vodiči.

Tak ako je elektrické pole detegované jeho účinkom na skúšobný náboj zavedený do tohto poľa, magnetické pole je možné detegovať pomocou orientačného účinku magnetického poľa na rám s prúdom malým (v porovnaní so vzdialenosťami, na ktoré magnetické pole). pole sa citeľne mení) rozmery.

Drôty dodávajúce prúd do rámu by mali byť opletené (alebo umiestnené blízko seba), potom bude výsledná sila pôsobiaca zo strany magnetického poľa na tieto vodiče nulová. Sily pôsobiace na taký rámec prúdom ho budú otáčať, takže jeho rovina bude nastavená kolmo na indukčné čiary magnetického poľa. V tomto prípade sa rám bude otáčať tak, aby bol vodič nesúci prúd v rovine rámu. Keď sa zmení smer prúdu vo vodiči, rám sa otočí o 180 ° $. V poli medzi pólmi permanentného magnetu sa rám bude otáčať v rovine kolmej na magnetické siločiary magnetu.

Magnetická indukcia

Magnetická indukcia ($ В↖ (→) $) je vektorová fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje magnetické pole.

Smer vektora magnetickej indukcie $ В↖ (→) $ sa berie:

1) smer od južného pólu $ S $ k severnému pólu $ N $ magnetickej strelky, ktorá je voľne inštalovaná v magnetickom poli, príp.

2) smer kladného normálu k uzavretému obvodu s prúdom na pružnom zavesení, voľne inštalovanom v magnetickom poli. Normál je považovaný za pozitívny, smerovaný k pohybu špičky kardanu (s pravým rezom), ktorého držadlo sa otáča v smere prúdu v ráme.

Je jasné, že smery 1) a 2) sa zhodujú, čo bolo preukázané Amperovými experimentmi.

Pokiaľ ide o veľkosť magnetickej indukcie (tj. Jej modul) $ B $, ktorá by mohla charakterizovať silu pôsobenia poľa, bolo experimentálne stanovené, že maximálna sila $ F $, s ktorou pole pôsobí na vodič s prúd (umiestnený kolmo na čiary indukčného magnetického poľa), závisí od prúdu $ I $ vo vodiči a od jeho dĺžky $ ∆l $ (im úmernej). Sila pôsobiaca na prúdový prvok (jednotková dĺžka a sila prúdu) však závisí len od samotného poľa, tj pomer $ (F) / (I∆l) $ pre dané pole je konštantná hodnota (podobná ako napr. pomer sily k náboju pre elektrické pole). Táto hodnota je definovaná ako magnetická indukcia.

Indukcia magnetického poľa v danom bode sa rovná pomeru maximálnej sily pôsobiacej na vodič prúdom k dĺžke vodiča a sily prúdu vo vodiči umiestnenom v tomto mieste.

Čím väčšia je magnetická indukcia v danom bode poľa, tým väčšia sila bude pole v tomto bode pôsobiť na magnetickú ihlu alebo pohybujúci sa elektrický náboj.

Jednotkou magnetickej indukcie v SI je tesla(Tl), pomenovaná po srbskom elektrotechnikovi Nikolovi Teslovi. Ako je zrejmé zo vzorca, $ 1 $ T $ = l (H) / (A m) $

Ak existuje niekoľko rôznych zdrojov magnetického poľa, ktorých indukčné vektory sa v danom bode priestoru rovnajú $ (B_1) ↖ (→), (B_2) ↖ (→), (B_3) ↖ (→), ... $, potom podľa princíp superpozície polí, indukcia magnetického poľa v tomto bode sa rovná súčtu vektorov indukcie magnetických polí vytvorených každý zdroj.

$ В↖ (→) = (В_1) ↖ (→) + (В_2) ↖ (→) + (В_3) ↖ (→) + ... $

Magnetické indukčné čiary

Na vizuálne znázornenie magnetického poľa M. Faraday predstavil koncept čiary magnetického poľa,čo opakovane predvádzal vo svojich experimentoch. Vzor siločiar možno ľahko získať pomocou železných hoblín nasypaných na kartón. Na obrázku sú: čiary magnetickej indukcie jednosmerného prúdu, solenoid, kruhový prúd, jednosmerný magnet.

Línie magnetickej indukcie, alebo magnetické siločiary, alebo jednoducho magnetické čiary sa nazývajú priamky, dotyčnice, ku ktorým sa v ktoromkoľvek bode zhoduje smer vektora magnetickej indukcie $ В↖ (→) $ v tomto bode poľa.

Ak sú namiesto železných pilín umiestnené malé magnetické šípky okolo dlhého priamočiareho vodiča s prúdom, potom môžete vidieť nielen konfiguráciu siločiar (sústredné kruhy), ale aj smer siločiar (severné) pól magnetickej šípky udáva smer indukčného vektora v danom bode).

Smer jednosmerného magnetického poľa možno určiť pomocou správne kardanové pravidlo.

Ak otáčate kardanovou rukoväťou tak, aby translačný pohyb hrotu kardanu udával smer prúdu, potom smer otáčania kardanovej rukoväte bude udávať smer siločiar aktuálneho magnetického poľa.

Smer jednosmerného magnetického poľa je možné tiež určiť pomocou prvé pravidlo pravej ruky.

Ak uchopíte vodič pravou rukou a nasmerujete svoj ohnutý palec v smere prúdu, potom konce zvyšných prstov v každom bode ukážu smer indukčného vektora v tomto bode.

Vírové pole

Čiary magnetickej indukcie sú uzavreté, čo naznačuje, že v prírode neexistujú žiadne magnetické náboje. Polia, ktorých siločiary sú uzavreté, sa nazývajú vírové polia.... To znamená, že magnetické pole je vírivé pole. Tým sa líši od elektrického poľa vytvoreného nábojmi.

Solenoid

Solenoid je drôtová cievka prenášajúca prúd.

Solenoid je charakterizovaný počtom závitov na jednotku dĺžky $ n $, dĺžky $ l $ a priemeru $ d $. Hrúbka drôtu v solenoide a stúpanie špirály (helix) sú malé v porovnaní s jej priemerom $ d $ a dĺžkou $ l $. Pojem „solenoid“ sa používa aj v širšom zmysle - toto je názov pre cievky s ľubovoľným prierezom (štvorcový solenoid, obdĺžnikový solenoid) a nie nevyhnutne valcové (toroidný solenoid). Rozlišuje sa dlhý solenoid ($ l >> d $) a krátky solenoid ($ l

Solenoid vynašiel v roku 1820 A. Ampere na zvýšenie magnetického pôsobenia prúdu, ktorý objavil H. Oersted a použil ho D. Arago pri pokusoch magnetizácie oceľových tyčí. Magnetické vlastnosti solenoidu experimentálne študoval Ampere v roku 1822 (súčasne predstavil termín „solenoid“). Bola stanovená ekvivalencia solenoidu k trvalým prírodným magnetom, čo bolo potvrdením Ampérovej elektrodynamickej teórie, ktorá vysvetľovala magnetizmus interakciou prstencových molekulárnych prúdov skrytých v telách.

Sily na magnetickom poli solenoidu sú znázornené na obrázku. Smer týchto čiar je určený pomocou druhé pravidlo pravej ruky.

Ak uchopíte solenoid dlaňou pravej ruky a v zákrutách nasmerujete štyri prsty prúdom, potom palce nabok naznačia smer magnetických čiar vo vnútri solenoidu.

Porovnaním magnetického poľa solenoidu s poľom permanentného magnetu môžete vidieť, že sú si veľmi podobné. Solenoid má podobne ako magnet dva póly – severný ($ N $) a južný ($ S $). Severný pól je ten, z ktorého vychádzajú magnetické čiary; južný pól je ten, do ktorého vstupujú. Severný pól solenoidu je vždy umiestnený na strane, na ktorú palec ukazuje, keď je umiestnený v súlade s druhým pravidlom pravej ruky.

Ako magnet sa používa solenoid vo forme cievky s veľkým počtom závitov.

Štúdie magnetického poľa solenoidu ukazujú, že magnetické pôsobenie solenoidu sa zvyšuje so zvyšujúcou sa silou prúdu a počtom závitov v solenoide. Okrem toho sa magnetické pôsobenie solenoidu alebo cievky s prúdom zvyšuje zavedením železnej tyče do nej, tzv. jadro.

Elektromagnety

Solenoid so železným jadrom vo vnútri je tzv elektromagnet.

Elektromagnety môžu obsahovať nie jednu, ale niekoľko cievok (vinutí) a majú jadrá rôznych tvarov.

Podobný elektromagnet prvýkrát skonštruoval anglický vynálezca W. Sturgeon v roku 1825. S hmotnosťou 0,2 $ kg držal elektromagnet W. Sturgeona zaťaženie 36 N. V tom istom roku J. Joule zvýšil zdvíhaciu silu elektromagnetu na 200 dolárov N a o šesť rokov neskôr americký vedec J. Henry zostrojil elektromagnet s hmotnosťou 300 dolárov kg, schopný udržať náklad s hmotnosťou 1 dolár t!

Moderné elektromagnety môžu zdvíhať bremená s hmotnosťou niekoľko desiatok ton. Používajú sa v továrňach pri manipulácii s ťažkými výrobkami zo železa a ocele. Elektromagnety sa používajú aj v poľnohospodárstve na odstraňovanie buriny zo zŕn mnohých rastlín a v iných odvetviach.

Ampérová sila

Sila $ F $ pôsobí na priamy úsek vodiča $ ∆l $, ktorým preteká súčasný $ I $, v magnetickom poli s indukciou $ B $.

Na výpočet tejto sily použite výraz:

$ F = B | I | ∆lsinα $

kde $ α $ je uhol medzi vektorom $ B↖ (→) $ a smerom segmentu vodiča s prúdom (prúdový prvok); smer prúdového prvku sa berie ako smer, ktorým prúd preteká vodičom. Sila $ F $ sa nazýva od Ampere na počesť francúzskeho fyzika A. M. Ampéra, ktorý ako prvý objavil vplyv magnetického poľa na vodič s prúdom. (V skutočnosti Ampere stanovil zákon pre silu interakcie medzi dvoma prvkami vodičov s prúdom. Bol zástancom teórie pôsobenia na veľké vzdialenosti a nepoužíval koncept poľa.

Podľa tradície a na pamiatku vedeckých zásluh sa však výraz pre silu pôsobiacu na vodič prúdom zo strany magnetického poľa nazýva aj Ampérov zákon.)

Smer ampérovej sily sa určuje pomocou pravidla ľavej ruky.

Ak umiestnite dlaň ľavej ruky tak, aby siločiary magnetického poľa do nej vstupovali kolmo a štyri vystreté prsty naznačovali smer prúdu vo vodiči, potom nastavený palec bude ukazovať smer sily pôsobiacej na vodič s prúdom. Ampérová sila je teda vždy kolmá na vektor magnetickej indukcie a smer prúdu vo vodiči, tj. Kolmo na rovinu, v ktorej ležia tieto dva vektory.

Dôsledkom pôsobenia ampérovej sily je rotácia rámu prúdom v konštantnom magnetickom poli. Toto nachádza praktické uplatnenie v mnohých zariadeniach, napríklad v elektrické meracie prístroje- galvanometre, ampérmetre, kde sa pohyblivý rám s prúdom otáča v poli permanentného magnetu a podľa uhla vychýlenia šípky, nehybne spojenej s rámom, možno posúdiť veľkosť prúdu tečúceho v obvode.

Vďaka rotačnému pôsobeniu magnetického poľa na rám s prúdom bolo tiež možné vytvárať a používať elektromotory- stroje, v ktorých sa elektrická energia premieňa na mechanickú energiu.

Lorentzova sila

Lorentzova sila je sila pôsobiaca na pohyblivý bodový elektrický náboj vo vonkajšom magnetickom poli.

Holandský fyzik H. A. Lorenz na konci 19. storočia. zistil, že sila pôsobiaca z magnetického poľa na pohybujúcu sa nabitú časticu je vždy kolmá na smer pohybu častice a siločiary magnetického poľa, v ktorom sa táto častica pohybuje.

Smer Lorentzovej sily je možné určiť pomocou pravidla ľavej ruky.

Ak položíte dlaň ľavej ruky tak, aby štyri vystreté prsty naznačovali smer pohybu náboja a vektor magnetickej indukcie poľa vstupoval do dlane, potom nastavený palec bude ukazovať smer pôsobenia Lorentzovej sily. na kladný náboj.

Ak je časticový náboj negatívny, Lorentzova sila bude smerovaná opačným smerom.

Lorentzov silový modul sa dá ľahko určiť z Amperovho zákona a je:

kde $ q $ je náboj častice, $ υ $ je rýchlosť jeho pohybu, $ α $ je uhol medzi vektormi rýchlosti a indukciou magnetického poľa.

Ak existuje okrem magnetického poľa aj elektrické pole, ktoré pôsobí na náboj silou $ (F_ (el)) ↖ (→) = qE↖ (→) $, potom celková sila pôsobiaca na náboj je:

$ F↖ (→) = (F_ (e)) ↖ (→) + (F_l) ↖ (→) $

Táto celková sila sa často nazýva Lorentzova sila a sila vyjadrená vzorcom $ F = | q | υBsinα $ sa nazýva magnetická časť Lorentzovej sily.

Pretože Lorentzova sila je kolmá na smer pohybu častice, nemôže meniť svoju rýchlosť (nefunguje), ale môže meniť iba smer svojho pohybu, to znamená, že môže ohýbať svoju trajektóriu.

Takéto zakrivenie trajektórie elektrónov v televíznej obrazovke je ľahké pozorovať, ak na jej obrazovku privediete permanentný magnet: obraz bude skreslený.

Pohyb nabitej častice v rovnomernom magnetickom poli. Nabitá častica nech letí rýchlosťou $ υ $ do rovnomerného magnetického poľa kolmého na čiary intenzity. Sila pôsobiaca na magnetické pole na časticu spôsobí, že sa bude rovnomerne otáčať okolo kruhu s polomerom r, ktorý je ľahké nájsť pomocou druhého Newtonovho zákona, výrazu pre dostredivé zrýchlenie a vzorca $ F = | q | υBsinα $:

$ (mυ ^ 2) / (r) = | q | υB $

Odtiaľto sa dostaneme

$ r = (mυ) / (| q | B) $

kde $ m $ je hmotnosť častice.

Aplikácia Lorentzovej sily. Pôsobenie magnetického poľa na pohybujúce sa náboje sa využíva napr hmotnostné spektrografy ktoré umožňujú oddeliť nabité častice podľa ich špecifických nábojov, tj. pomer náboja častice k jej hmotnosti a zo získaných výsledkov presne určiť hmotnosti častíc.

Vákuová komora zariadenia je umiestnená v poli (indukčný vektor $ B↖ (→) $ je kolmý na obrázok). Nabité častice (elektróny alebo ióny) urýchlené elektrickým poľom po opísaní oblúka dopadajú na fotografickú platňu, kde zanechávajú stopu, čo umožňuje s veľkou presnosťou zmerať polomer trajektórie $ r $. Tento polomer sa používa na určenie špecifického náboja iónu. Keď poznáte náboj iónu, je ľahké vypočítať jeho hmotnosť.

Magnetické vlastnosti látok

Aby sa vysvetlila existencia magnetického poľa permanentných magnetov, Ampere naznačil, že v látke s magnetickými vlastnosťami existujú mikroskopické kruhové prúdy (nazývali sa molekulárny). Táto myšlienka bola následne, po objavení elektrónu a štruktúry atómu, brilantne potvrdená: tieto prúdy vznikajú pohybom elektrónov okolo jadra a keďže sú orientované rovnakým spôsobom, celkovo vytvárajú pole okolo a vo vnútri. magnet.

Na obr. roviny, v ktorých sa nachádzajú elementárne elektrické prúdy, sú orientované náhodne v dôsledku chaotického tepelného pohybu atómov a látka nevykazuje magnetické vlastnosti. V magnetizovanom stave (pôsobením napríklad vonkajšieho magnetického poľa) sú tieto roviny orientované rovnakým spôsobom a ich pôsobenie sa sčítava.

Magnetická priepustnosť. Reakcia média na pôsobenie vonkajšieho magnetického poľa s indukciou $ B_0 $ (pole vo vákuu) je určená magnetickou susceptibilitou $ μ $:

kde $ B $ je indukcia magnetického poľa v látke. Magnetická permeabilita je podobná dielektrickej konštante $ ε $.

Podľa magnetických vlastností sa látky delia na diamagnety, paramagnety a feromagnety... Pre diamagnety je koeficient $ μ $, ktorý charakterizuje magnetické vlastnosti média, menší ako 1 $ (napríklad pre bizmut $ $ = 0,999824 $); pre paramagnety $ μ> 1 $ (pre platinu $ μ = 1 00036 $); pre feromagnety $ μ >> 1 $ (železo, nikel, kobalt).

Diamagnety odpudzujú magnet, paramagnety priťahujú. Z týchto dôvodov ich možno od seba odlíšiť. Pre väčšinu látok sa magnetická permeabilita prakticky nelíši od jednoty, iba vo feromagnetoch ju výrazne prevyšuje a dosahuje niekoľko desiatok tisíc jednotiek.

Feromagnety. Feromagnety vykazujú najsilnejšie magnetické vlastnosti. Magnetické polia generované feromagnetikami sú oveľa silnejšie ako vonkajšie magnetizačné pole. Je pravda, že magnetické polia feromagnetov sa nevytvárajú v dôsledku cirkulácie elektrónov okolo jadier - orbitálny magnetický moment, a vďaka správnej rotácii elektrónu - vlastný magnetický moment, tzv točiť.

Curieova teplota ($ T_c $) je teplota, nad ktorou feromagnetické materiály strácajú svoje magnetické vlastnosti. Pre každé feromagnetikum má svoje. Napríklad pre železo $ T_c = 753 ° $ C, pre nikel $ T_c = 365 ° $ C, pre kobalt $ T_c = 1000 ° $ C. Existujú feromagnetické zliatiny, v ktorých $ T_c

Prvé podrobné štúdie magnetických vlastností feromagnetov vykonal vynikajúci ruský fyzik A.G. Stoletov (1839-1896).

Feromagnety sa používajú veľmi široko: ako trvalé magnety (v elektrických meracích prístrojoch, reproduktoroch, telefónoch atď.), Oceľové jadrá v transformátoroch, generátoroch, elektrických motoroch (na zvýšenie magnetického poľa a úsporu energie). Na magnetické pásky vyrobené z feromagnetov sú zaznamenávané zvuky a obrázky pre kazety a videorekordéry. Informácie sa zaznamenávajú na tenké magnetické filmy pre pamäťové zariadenia v elektronických počítačoch.

Lenzove pravidlo

Lenzovo pravidlo (Lenzov zákon) zaviedol E. H. Lenz v roku 1834. Objasňuje zákon elektromagnetickej indukcie, objavený v roku 1831 M. Faradayom. Lenzovo pravidlo určuje smer indukčného prúdu v uzavretej slučke, keď sa pohybuje vo vonkajšom magnetickom poli.

Smer indukčného prúdu je vždy taký, že sily, ktoré zažíva zo strany magnetického poľa, odporujú pohybu obvodu a magnetický tok $ Ф_1 $ vytvorený týmto prúdom má tendenciu kompenzovať zmeny vo vonkajšom magnetickom toku $ Ф_e $.

Lenzov zákon je vyjadrením zákona o zachovaní energie pre elektromagnetické javy. Skutočne, keď sa uzavretá slučka pohybuje v magnetickom poli v dôsledku vonkajších síl, je potrebné vykonať určitú prácu proti silám, ktoré vznikajú pri interakcii indukovaného prúdu s magnetickým poľom a sú nasmerované v opačnom smere pohybu.

Lenzove pravidlo je znázornené na obrázku. Ak je permanentný magnet zatlačený do cievky uzavretej na galvanometri, indukčný prúd v cievke bude mať smer, ktorý vytvorí magnetické pole s vektorom $ B "$ nasmerovaným oproti indukčnému vektoru magnetického poľa $ B $ , to znamená, že vytlačí magnet z cievky alebo bude brániť jeho pohybu. Pri vyťahovaní magnetu z cievky naopak pole vytvorené indukčným prúdom pritiahne cievku, čiže opäť zabráni jej pohybu .

Ak chcete použiť Lenzovo pravidlo na určenie smeru indukčného prúdu $ I_e $ v obvode, musíte dodržiavať tieto odporúčania.

1. Určte smer čiar magnetickej indukcie $ В↖ (→) $ vonkajšieho magnetického poľa.
2. Zistite, či sa tok magnetickej indukcie tohto poľa zvyšuje po povrchu ohraničenom obrysom ($ ∆Ф> 0 $), alebo klesá ($ ∆Ф
3. Nastavte smer magnetických indukčných čiar $ В "↖ (→) $ magnetického poľa indukčného prúdu $ I_i $. Tieto čiary by mali byť podľa Lenzovho pravidla nasmerované opačne k čiaram $ В↖ (→) $ , ak $ ∆Ф> 0 $, a majú rovnaký smer ako oni, ak $ ∆Ф
4. Keď poznáte smer línií magnetickej indukcie $ В "↖ (→) $, určte smer indukčného prúdu $ I_i $ pomocou kardanové pravidlo.

Relácia sa blíži a je načase prejsť od teórie k praxi. Cez víkend sme si sadli a mysleli si, že mnoho študentov by chcelo mať po ruke výber základných fyzikálnych vzorcov. Suché vzorce s vysvetlením: stručné, výstižné, nič zbytočné. Viete, veľmi užitočná vec pri riešení problémov. A na skúške, keď presne to, čo sa deň predtým brutálne zapamätalo, takýto výber poslúži výbornou službou.

Väčšina problémov je zvyčajne priradená k trom najobľúbenejším oblastiam fyziky. to Mechanika, termodynamika a Molekulárna fyzika, elektriny... Zoberme si ich!

Základné vzorce pre fyziku dynamiku, kinematiku, statiku

Začnime tým najjednoduchším. Starý dobrý obľúbený priamy a rovnomerný pohyb.

Kinematické vzorce:

Samozrejme, nezabúdajme na pohyb v kruhu a potom prejdeme k dynamike a Newtonovým zákonom.

Po dynamike je čas zvážiť podmienky rovnováhy telies a kvapalín, t.j. statika a hydrostatika

Teraz uvedieme základné vzorce na tému „Práca a energia“. Kde sme bez nich!

Základné vzorce molekulárnej fyziky a termodynamiky

Sekciu mechaniky ukončujeme vzorcami pre vibrácie a vlny a pokračujeme k molekulárnej fyzike a termodynamike.

Účinnosť, Gay-Lussacov zákon, Clapeyron-Mendelejevova rovnica - všetky tieto krásne vzorce sú zhromaždené nižšie.

Mimochodom! Teraz je tu zľava pre všetkých našich čitateľov 10% na .

Základné fyzikálne vzorce: elektrina

Je čas prejsť na elektrinu, hoci termodynamika ju miluje menej. Začnime s elektrostatikou.

A pod valcom bubna končíme vzorcom pre Ohmov zákon, elektromagnetickej indukcie a elektromagnetických oscilácií.

To je všetko. Samozrejme, dala by sa vychovať celá hora vzorcov, ale to je zbytočné. Keď je príliš veľa vzorcov, môžete sa ľahko zmiasť a potom úplne roztopiť mozog. Dúfame, že vám náš cheat pre základné fyzikálne vzorce pomôže rýchlejšie a efektívnejšie vyriešiť vaše obľúbené problémy. A ak chcete niečo objasniť alebo ste nenašli požadovaný vzorec: opýtajte sa odborníkov študentská služba... Naši autori majú v hlave stovky vzorcov a problémy s praskaním ako oriešky. Kontaktujte nás a čoskoro bude pre vás akákoľvek úloha príliš náročná.

Elektrina a magnetizmus (elektrodynamika) študujú elektromagnetické interakcie. Nositeľom týchto interakcií je elektromagnetické pole, je to kombinácia dvoch navzájom prepojených polí: magnetického a elektrického.

Doktríny o elektrine sú dnes založené na Maxwellových rovniciach a určujú polia prostredníctvom ich vírov a zdroja.

Elektrické fakty v histórii

Elektrické javy boli známe v staroveku, medzi nimi možno rozlíšiť tieto skutočnosti:

1. Asi 500 pred Kr NS. Thales of Miletus zistil, že jantár, ktorý sa nosí s vlnou, ľahko priťahuje ľahké chmýří. Dokonca aj jeho dcéra, keď čistila jantárové vreteno vlnou, videla tento efekt. Slovo „elektrón“ je z gréčtiny preložené ako „jantár“, odtiaľ pochádza aj výraz „elektrina“. Tento koncept bol predstavený v r. Anglický lekár 16. storočia Gilbert. Po sérii experimentov zistil, že množstvo látok je elektrifikovaných.
2. V Babylone (pred 4000 rokmi) boli objavené hlinené nádoby obsahujúce medené a železné tyče. V spodnej časti bol bitúmen, ktorý izoluje materiál. Tyčinky boli oddelené kyselinou octovou alebo citrónovou, to znamená, že tento nález pripomína galvanický článok. Zlato na babylonských šperkoch bolo aplikované galvanickým pokovovaním.

Elektromagnetické pole

Definícia 1

Elektromagnetické pole je typ hmoty, prostredníctvom ktorej vzniká elektromagnetická interakcia medzi časticami, ktoré majú elektrický náboj. Je to druh hmoty, ktorá prenáša pôsobenie elektromagnetických síl.

Elektrická energia obsahuje koncept elektromagnetického poľa. Je potrebné pripomenúť, že pojem „pole“ vo fyzike sa používa na označenie množstva rôznych pojmov v ich obsahu, medzi ktoré patria:

1. Slovo "pole" plne charakterizuje rozloženie akejkoľvek fyzikálnej veličiny, skalárneho alebo vektora. Pri štúdiu napríklad tepelného stavu v rôznych bodoch média sa uvádza skalárne teplotné pole. Keď uvažujeme o procese mechanických vibrácií v elastickom médiu, týka sa to mechanického vlnového poľa. V týchto príkladoch pojem „pole“ popisuje fyzikálny stav študovaného materiálneho prostredia.
2. Špeciálny druh hmoty sa nazýva aj pole. Pojem pole (ako druh hmoty) sa objavil kvôli všeobecnému problému interakcie. Teória, kde sa pôsobenie síl prenáša spoločnou prázdnotou okamžite, sa nazýva teória pôsobenia na diaľku. Teória, ktorá tvrdí, že pôsobenie síl sa prenáša konečnou rýchlosťou cez stredné materiálne médium, sa nazýva teória pôsobenia na krátku vzdialenosť.

Elektrické a magnetické polia sa zvyčajne posudzujú oddelene, aj keď v skutočnosti „čisto“ magnetické alebo „čisto“ elektrické javy v skutočnosti neexistujú. Existuje len jeden elektromagnetický proces. Rozdelenie elektromagnetickej interakcie na magnetické a elektrické, ako aj rozdelenie zjednotených elektromagnetických síl na magnetické a elektrické je podmienené a takáto konvencia sa dá ľahko dokázať. Terminológia - „magnetické“, „elektrické“ sily je rovnako podmienená.

Nabíjačka

Definícia 2

Elektrický náboj je inherentnou vlastnosťou, ktorá je súčasťou niektorých „najjednoduchších“ častíc hmoty - „elementárnych“ častíc. Elektrický náboj s energiou, hmotnosťou atď. vytvára „komplex“ základných vlastností častíc.

Zo známych elementárnych častíc majú elektrický náboj iba pozitróny, elektróny, antiprotóny, protóny, niektoré hyperóny a mezóny a ich antičastice. Neutrína, neutróny, neutrálne hyperóny a mezóny a ich antičastice, ako aj fotóny, zároveň nemajú elektrický náboj.

Sú známe iba dva druhy elektrických nábojov, ktoré sa nazývajú podmienene negatívne a pozitívne (pojmy „negatívna“ a „pozitívna“ elektrina prvýkrát predstavil W. Franklin (USA) v 18. storočí).

Priame stanovenie veľkosti elementárneho náboja sa uskutočnilo v rokoch 1909 - 1904. A.F. Ioffe (Rusko), ako aj R.E. Millikan (USA). Po experimentoch Ioffeho a Millikena bola hypotéza o existencii subelektrónov zamietnutá, t.j. náboje, ktoré sú menšie ako náboj elektrónu.

Takýto náboj nemožno oddeliť od častíc, ku ktorým patrí. Všeobecná nezničiteľnosť hmoty znamená nezničiteľnosť elektrického náboja. K zákonom hybnosti, zachovania hmotnosti, energie, momentu hybnosti, populárnym v teoretickej mechanike, treba pridať zákon zachovania elektrického náboja: v uzavretom systéme častíc alebo telies je algebraický súčet nábojov konštantný, nezáleží na tom. aké procesy v tomto systéme prebiehajú. Všeobecný zákon zachovania náboja experimentálne stanovili M. Faraday (Anglicko) a F. Epinus (Rusko).

Prítomnosť elektromagnetického mikropoľa je prepojená s pohybom každého elementárneho náboja. Stojí za zmienku, že elektrické a magnetické polia študované makroskopickou a elektrostatickou elektrodynamikou sa spriemerovali: všetky predstavujú superpozíciu alebo superpozíciu mikropolí, ktoré vytvárajú veľký súbor pohyblivých elementárnych nábojov. Prax ukazuje, že priemerné elektrické pole sa môže tiež úplne líšiť od nuly, iba ak je jeho „zdroj“ - makrocharge úplne nehybný, a tiež vtedy, keď je v pohybe.

Fyzika elektriny je niečo, s čím sa musí vyrovnať každý z nás. V tomto článku sa pozrieme na základné pojmy s tým spojené.

Čo je to elektrina? Pre neznalého človeka je spojený s bleskom alebo s energiou, ktorá poháňa televízor a práčku. Vie, že sa používajú elektrické vlaky. O čom ešte môže hovoriť? Našu závislosť od elektriny mu pripomínajú elektrické vedenia. Niekto môže uviesť niekoľko ďalších príkladov.

S elektrickou energiou je však spojených mnoho ďalších, nie až tak očividných, ale každodenných javov. So všetkými nás zoznámi fyzika. V škole začíname študovať elektrinu (úlohy, definície a vzorce). A dozvieme sa veľa zaujímavých vecí. Ukazuje sa, že bijúce srdce, behajúci športovec, spiace dieťa a plávajúca ryba generujú elektrickú energiu.

Elektróny a protóny

Definujme si základné pojmy. Z pohľadu vedca je fyzika elektriny spojená s pohybom elektrónov a iných nabitých častíc v rôznych látkach. Vedecké chápanie povahy fenoménu, ktorý nás zaujíma, preto závisí od úrovne znalostí o atómoch a ich subatomárnych časticiach. Kľúčom k tomuto pochopeniu je malý elektrón. Atómy akejkoľvek látky obsahujú jeden alebo viac elektrónov pohybujúcich sa na rôznych dráhach okolo jadra, rovnako ako sa planéty otáčajú okolo Slnka. Zvyčajne sa v atóme rovná počtu protónov v jadre. Protóny, ktoré sú oveľa ťažšie ako elektróny, však možno považovať za fixované v strede atómu. Tento extrémne zjednodušený model atómu stačí na vysvetlenie základov takého javu, akým je fyzika elektriny.

O čom ešte potrebujete vedieť? Elektróny a protóny majú rovnakú veľkosť (ale opačné znamienko), takže sa navzájom priťahujú. Náboj protónu je kladný a náboj elektrónu záporný. Atóm, ktorý má viac alebo menej elektrónov ako obvykle, sa nazýva ión. Ak ich v atóme nie je dostatok, nazýva sa to kladný ión. Ak ich obsahuje nadbytok, nazýva sa to negatívny ión.

Keď elektrón opustí atóm, získa určitý pozitívny náboj. Elektrón, zbavený svojho protikladu - protónu, sa buď presunie na iný atóm, alebo sa vráti k predchádzajúcemu.

Prečo elektróny opúšťajú atómy?

Príčin je viacero. Najbežnejší je ten, že pod vplyvom svetelného impulzu alebo nejakého vonkajšieho elektrónu môže byť elektrón pohybujúci sa v atóme vyrazený z jeho obežnej dráhy. Teplo spôsobuje, že atómy vibrujú rýchlejšie. To znamená, že elektróny môžu vyletieť zo svojho atómu. Pri chemických reakciách sa tiež pohybujú z atómu na atóm.

Svaly sú dobrým príkladom vzťahu medzi chemickou a elektrickou aktivitou. Ich vlákna sa stiahnu, keď sú vystavené elektrickému signálu z nervového systému. Elektrický prúd stimuluje chemické reakcie. Vedú tiež k svalovej kontrakcii. Externé elektrické signály sa často používajú na umelú stimuláciu svalovej aktivity.

Vodivosť

V niektorých látkach sa elektróny pod vplyvom vonkajšieho elektrického poľa pohybujú voľnejšie ako v iných. O týchto látkach sa hovorí, že majú dobrú vodivosť. Hovorí sa im sprievodcovia. Patrí sem väčšina kovov, zahrievaných plynov a niektorých kvapalín. Vzduch, guma, olej, polyetylén a sklo nevedú dobre elektrický prúd. Hovorí sa im dielektrikum a používa sa na izoláciu dobrých vodičov. Ideálne izolátory (absolútne nevodivé) neexistujú. Za určitých podmienok je možné elektróny odstrániť z akéhokoľvek atómu. Tieto podmienky je však obvykle také ťažké splniť, že z praktického hľadiska je možné takéto látky považovať za nevodivé.

Zoznámime sa s takou vedou ako „Elektrina“) a dozvedáme sa, že existuje špeciálna skupina látok. Sú to polovodiče. Správajú sa čiastočne ako dielektrika a čiastočne ako vodiče. Patria sem najmä: germánium, kremík, oxid meďnatý. Vďaka svojim vlastnostiam nachádza polovodič mnohostranné využitie. Napríklad môže slúžiť ako elektrický ventil: podobne ako ventil pneumatiky pre bicykel umožňuje pohybu nábojov iba v jednom smere. Takéto zariadenia sa nazývajú usmerňovače. Používajú sa v miniatúrnych rádiách aj vo veľkých elektrárňach na konverziu striedavého prúdu na jednosmerný prúd.

Teplo je chaotická forma pohybu molekúl alebo atómov a teplota je mierou intenzity tohto pohybu (vo väčšine kovov sa s poklesom teploty pohyb elektrónov stáva voľnejším). To znamená, že s klesajúcou teplotou klesá odpor voči voľnému pohybu elektrónov. Inými slovami, zvyšuje sa vodivosť kovov.

Supravodivosť

V niektorých látkach pri veľmi nízkych teplotách odpor voči toku elektrónov úplne zmizne a elektróny, ktoré sa začali pohybovať, pokračujú na neurčito. Tento jav sa nazýva supravodivosť. Pri teplotách niekoľko stupňov nad absolútnou nulou (-273 °C) sa pozoruje v kovoch ako cín, olovo, hliník a niób.

Van de Graaffove generátory

Školské osnovy obsahujú rôzne experimenty s elektrickou energiou. Existuje mnoho typov generátorov, z ktorých jeden by sme chceli povedať podrobnejšie. Van de Graaffov generátor sa používa na výrobu ultra vysokého napätia. Ak je do nádoby vložený predmet obsahujúci prebytok kladných iónov, na jeho vnútornom povrchu sa objavia elektróny a na vonkajšom povrchu rovnaký počet kladných iónov. Ak sa teraz dotknete vnútorného povrchu nabitým predmetom, prenesú sa naň všetky voľné elektróny. Navonok zostanú kladné náboje.

Kladné ióny zo zdroja sú uložené na dopravný pás, ktorý prechádza vnútri kovovej gule. Páska je spojená s vnútorným povrchom gule pomocou vodiča v tvare hrebeňa. Elektróny prúdia dole z vnútorného povrchu gule. Navonok sa objavujú pozitívne ióny. Efekt je možné zvýšiť použitím dvoch oscilátorov.

Elektrina

Školský kurz fyziky zahŕňa aj taký koncept ako elektrický prúd. Čo je to? Elektrický prúd je spôsobený pohybom elektrických nábojov. Keď je elektrická žiarovka pripojená k batérii zapnutá, prúd preteká drôtom z jedného pólu batérie k žiarovke, potom cez vlasy, spôsobuje jej žiaru a späť cez druhý vodič k druhému pólu batérie. . Ak je spínač otočený, obvod sa otvorí - prúd prestane prúdiť a lampa zhasne.

Pohyb elektrónu

Aktuálny je vo väčšine prípadov usporiadaný pohyb elektrónov v kove, ktorý slúži ako vodič. Vo všetkých vodičoch a niektorých iných látkach vždy dochádza k nejakému náhodnému pohybu, aj keď prúd netečie. Elektróny v látke môžu byť relatívne voľné alebo silne viazané. Dobré vodiče majú voľné elektróny na pohyb. Ale v zlých vodičoch alebo izolátoroch je väčšina týchto častíc dostatočne pevne viazaná na atómy, čo zabraňuje ich pohybu.

Niekedy prirodzeným alebo umelým spôsobom vzniká vo vodiči pohyb elektrónov v určitom smere. Tento tok sa nazýva elektrický prúd. Meria sa v ampéroch (A). Nosiče prúdu môžu tiež slúžiť ako ióny (v plynoch alebo v roztokoch) a „diery“ (nedostatok elektrónov v niektorých typoch polovodičov. Tieto sa správajú ako kladne nabité nosiče elektrického prúdu. Vynútiť pohyb elektrónov v jednom alebo inom smere, a je potrebná určitá sila. jej zdrojmi môžu byť: vystavenie slnečnému žiareniu, magnetické efekty a chemické reakcie. Niektoré z nich sa používajú na generovanie elektrického prúdu. Obvykle na tento účel slúžia: generátor využívajúci magnetické efekty a článok (batéria), pôsobenie ktorého je dôsledkom chemických reakcií.Oba zariadenia vytvárajúce spôsobujú pohyb elektrónov v jednom smere po obvode.

Veľkosť EMF a sila prúdu spolu súvisia, ako tlak a prietok v kvapaline. Vodné fajky sú vždy naplnené vodou pod určitým tlakom, ale voda začne tiecť, až keď je kohútik otvorený.

Podobne sa dá napojiť na zdroj EMF, ale prúd v ňom nepotečie, kým sa nevytvorí dráha, po ktorej sa môžu elektróny pohybovať. Môžu to byť, povedzme, elektrické žiarovky alebo vysávače, vypínač tu hrá úlohu kohútika, „uvoľňujúceho“ prúd.

Vzťah medzi prúdom a napätím

So stúpajúcim napätím v obvode rastie aj prúd. Študovaním kurzu fyziky sa dozvedáme, že elektrické obvody sa skladajú z niekoľkých rôznych sekcií: spravidla z vypínača, vodičov a zariadenia - spotrebiteľa elektrickej energie. Všetky dohromady spojené vytvárajú odpor voči elektrickému prúdu, ktorý sa (za predpokladu, že je teplota konštantná) pre tieto súčasti v priebehu času nemení, ale pre každú z nich je to iné. Preto ak je na žiarovku a žehličku aplikované rovnaké napätie, tok elektrónov v každom zo zariadení bude odlišný, pretože ich odpory sú rôzne. V dôsledku toho je sila prúdu pretekajúceho určitým úsekom obvodu určená nielen napätím, ale aj odporom vodičov a zariadení.

Ohmov zákon

Elektrický odpor sa vo vede, ako je fyzika, meria v ohmoch (ohmoch). Elektrina (vzorce, definície, experimenty) je rozsiahla téma. Nebudeme vyvodzovať zložité vzorce. Na prvé zoznámenie sa s témou stačí to, čo bolo povedané vyššie. Jeden vzorec však stále stojí za to odvodiť. Nie je to vôbec ťažké. Pre akýkoľvek vodič alebo systém vodičov a zariadení je vzťah medzi napätím, prúdom a odporom daný vzorcom: napätie = prúd x odpor. Je to matematické vyjadrenie Ohmovho zákona, pomenovaného podľa Georga Ohma (1787-1854), ktorý ako prvý nadviazal vzťah medzi týmito tromi parametrami.

Fyzika elektriny je veľmi zaujímavým odvetvím vedy. Uvažovali sme iba o základných pojmoch, ktoré sú s ním spojené. Naučili ste sa, čo je to elektrina, ako vzniká. Dúfame, že vám budú tieto informácie užitočné.