Elektrodynamik Physik alle Formeln in Tabellen. Grundformeln der Elektrodynamik

Coulomb-Gesetz:

Wo F – die Kraft der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen zwei geladenen Körpern;

Q 1 , Q 2 – elektrische Ladungen von Körpern;

ε – relative Dielektrizitätskonstante des Mediums;

ε 0 =8,85·10 -12 F/m – elektrische Konstante;

R– der Abstand zwischen zwei geladenen Körpern.

Lineare Ladungsdichte:

wo d Q - Elementarladung pro Längenabschnitt d l.

Oberflächenladungsdichte:

wo d Q - Elementarladung auf der Oberfläche d S.

Volumenladungsdichte:

wo d Q - Elementarladung, im Volumen d V.

Elektrische Feldstärke:

Wo F – Kraft, die auf die Ladung wirkt Q.

Satz von Gauß:

Wo E– elektrostatische Feldstärke;

D S – Vektor , dessen Modul gleich der Fläche der durchdrungenen Oberfläche ist und deren Richtung mit der Richtung der Normalen zum Standort übereinstimmt;

Q– algebraische Summe der Gefangenen innerhalb der Oberfläche d S Gebühren.

Satz über die Zirkulation des Spannungsvektors:

Elektrostatisches Feldpotential:

Wo W p – potentielle Energie einer Punktladung Q.

Punktladungspotential:

Punktladungsfeldstärke:

.

Die Feldstärke, die von einer unendlich geraden, gleichmäßig geladenen Linie oder einem unendlich langen Zylinder erzeugt wird:

Wo τ – lineare Ladungsdichte;

R– der Abstand von der Gewinde- oder Zylinderachse zum Punkt, an dem die Feldstärke bestimmt wird.

Die von einer unendlich gleichmäßig geladenen Ebene erzeugte Feldstärke:

wobei σ die Oberflächenladungsdichte ist.

Die Beziehung zwischen Potenzial und Spannung im allgemeinen Fall:

E= – gradφ = .

Zusammenhang zwischen Potenzial und Intensität bei einem einheitlichen Feld:

E= ,

Wo D– Abstand zwischen Punkten mit Potentialen φ 1 und φ 2.

Zusammenhang zwischen Potential und Intensität bei einem Feld mit zentraler oder axialer Symmetrie:

Die Arbeit der Feldkräfte, um eine Ladung q von einem Feldpunkt mit Potenzial zu bewegen φ 1 bis zu einem Punkt mit Potenzial φ 2:

A=q(φ 1 – φ 2).

Elektrische Kapazität des Leiters:

Wo Q– Leiterladung;

φ ist das Potential des Leiters, vorausgesetzt, dass das Potential des Leiters im Unendlichen gleich Null angenommen wird.

Kapazität des Kondensators:

Wo Q– Kondensatorladung;

U– Potentialunterschied zwischen den Kondensatorplatten.

Elektrische Kapazität eines Flachkondensators:

wobei ε die Dielektrizitätskonstante des zwischen den Platten befindlichen Dielektrikums ist;

D– Abstand zwischen den Platten;

S– Gesamtfläche der Platten.

Elektrische Kapazität der Kondensatorbank:

b) bei Parallelschaltung:

Energie eines geladenen Kondensators:

,

Wo Q– Kondensatorladung;

U– Potenzialunterschied zwischen den Platten;

C– elektrische Kapazität des Kondensators.

Gleichstrom:

wo d Q– Ladung, die während der Zeit d durch den Querschnitt des Leiters fließt T.

Stromdichte:

Wo ICH– Stromstärke im Leiter;

S– Leiterbereich.

Ohmsches Gesetz für einen Stromkreisabschnitt, der keine EMF enthält:

Wo ICH– aktuelle Stärke in der Region;

U

R– Widerstand des Gebiets.

Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises, der eine EMK enthält:

Wo ICH– aktuelle Stärke in der Region;

U– Spannung an den Enden des Abschnitts;

R– Gesamtwiderstand des Abschnitts;

ε – EMF der Quelle.

Ohmsches Gesetz für einen geschlossenen (vollständigen) Stromkreis:

Wo ICH– Stromstärke im Stromkreis;

R– Außenwiderstand des Stromkreises;

R– Innenwiderstand der Quelle;

ε – EMF der Quelle.

Kirchhoffs Gesetze:

2. ,

wo ist die algebraische Summe der Stromstärken, die an einem Knoten zusammenlaufen;

– algebraische Summe der Spannungsabfälle im Stromkreis;

– algebraische Summe der EMK im Stromkreis.

Leiterwiderstand:

Wo R– Leiterwiderstand;

ρ – Leiterwiderstand;

l– Länge des Leiters;

S

Leiterleitfähigkeit:

Wo G– Leitfähigkeit des Leiters;

γ – Leitfähigkeit des Leiters;

l– Länge des Leiters;

S- Quadrat Querschnitt Dirigent.

Widerstand des Leitersystems:

a) mit serieller Verbindung:

a) in Parallelschaltung:

Derzeitige Arbeit:

,

Wo A- derzeitige Arbeit;

U- Stromspannung;

ICH– aktuelle Stärke;

R- Widerstand;

T- Zeit.

Aktuelle Energie:

.

Joule-Lenz-Gesetz

Wo Q– die Menge der abgegebenen Wärme.

Ohmsches Gesetz in Differentialform:

J=γ E ,

Wo J - Stromdichte;

γ – spezifische Leitfähigkeit;

E– elektrische Feldstärke.

Zusammenhang zwischen magnetischer Induktion und Spannung Magnetfeld:

B=μμ 0 H ,

Wo B – magnetischer Induktionsvektor;

μ – magnetische Permeabilität;

H- magnetische Feldstärke.

Biot-Savart-Laplace-Gesetz:

,

wo d B – Magnetfeldinduktion, die von einem Leiter an einem bestimmten Punkt erzeugt wird;

μ – magnetische Permeabilität;

μ 0 =4π·10 -7 H/m – magnetische Konstante;

ICH– Stromstärke im Leiter;

D l – Leiterelement;

R– Radiusvektor aus Element d l Leiter bis zu dem Punkt, an dem die magnetische Feldinduktion bestimmt wird.

Gesamtstromgesetz für Magnetfelder (Vektorzirkulationssatz). B):

,

Wo N– Anzahl der Leiter mit vom Stromkreis abgedeckten Strömen L freie Form.

Magnetische Induktion im Zentrum des Kreisstroms:

Wo R– Radius der Kreiskurve.

Magnetische Induktion auf der Achse des Kreisstroms:

,

Wo H– der Abstand von der Mitte der Spule bis zum Punkt, an dem die magnetische Induktion bestimmt wird.

Magnetische Induktion des Vorwärtsstromfeldes:

Wo R 0 – Abstand von der Drahtachse zum Punkt, an dem die magnetische Induktion bestimmt wird.

Magnetische Induktion des Magnetfeldes:

B=μμ 0 nICH,

Wo N– das Verhältnis der Anzahl der Windungen des Magneten zu seiner Länge.

Ampere-Leistung:

D F =ich,

wo d F – Ampere-Leistung;

ICH– Stromstärke im Leiter;

D l – Länge des Leiters;

B– Magnetfeldinduktion.

Lorentzkraft:

F=Q E +Q[vB ],

Wo F – Lorentzkraft;

Q– Teilchenladung;

E– elektrische Feldstärke;

v– Teilchengeschwindigkeit;

B– Magnetfeldinduktion.

Magnetischer Fluss:

a) im Fall eines gleichmäßigen Magnetfeldes und einer ebenen Oberfläche:

Φ=B n S,

Wo Φ – magnetischer Fluss;

Mrd– Projektion des magnetischen Induktionsvektors auf den Normalenvektor;

S– Konturbereich;

b) bei ungleichmäßigem Magnetfeld und beliebiger Projektion:

Flussverbindungen (voller Fluss) für Toroid und Magnet:

Wo Ψ – voller Durchfluss;

N – Anzahl der Windungen;

Φ – magnetischer Fluss, der eine Windung durchdringt.

Schleifeninduktivität:

Magnetinduktivität:

L=μμ 0 N 2 V,

Wo L– Magnetinduktivität;

μ – magnetische Permeabilität;

μ 0 – magnetische Konstante;

N– das Verhältnis der Anzahl der Windungen zu seiner Länge;

V– Magnetvolumen.

Gesetz Elektromagnetische Induktion Faraday:

wo ε ich– induzierte EMK;

– Änderung des Gesamtdurchflusses pro Zeiteinheit.

Arbeite daran, eine geschlossene Schleife in einem Magnetfeld zu bewegen:

A=IΔ Φ,

Wo A– an der Konturverschiebung arbeiten;

ICH– Stromstärke im Stromkreis;

Δ Φ – Änderung des magnetischen Flusses, der durch den Stromkreis fließt.

Selbstinduzierte EMK:

Magnetfeldenergie:

Energiedichte des volumetrischen Magnetfelds:

,

wobei ω die volumetrische Magnetfeldenergiedichte ist;

B– Magnetfeldinduktion;

H- magnetische Feldstärke;

μ – magnetische Permeabilität;

μ 0 – magnetische Konstante.

3.2. Konzepte und Definitionen

? Listen Sie die Eigenschaften elektrischer Ladung auf.

1. Es gibt zwei Arten von Ladungen – positive und negative.

2. Gleiche Ladungen stoßen ab, ungleiche Ladungen ziehen sich an.

3. Ladungen haben die Eigenschaft der Diskretion – alle sind Vielfache der kleinsten Elementarladungen.

4. Die Ladung ist invariant, ihr Wert hängt nicht vom Referenzsystem ab.

5. Die Ladung ist additiv – die Ladung eines Körpersystems ist gleich der Summe der Ladungen aller Körper des Systems.

6. Die gesamte elektrische Ladung eines geschlossenen Systems ist ein konstanter Wert

7. Eine stationäre Ladung ist eine Quelle eines elektrischen Feldes, eine bewegte Ladung ist eine Quelle eines magnetischen Feldes.

? Formulieren Sie das Coulombsche Gesetz.

Die Wechselwirkungskraft zwischen zwei stationären Punktladungen ist proportional zum Produkt der Ladungsgrößen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen. Die Kraft ist entlang der Verbindungslinie der Ladungen gerichtet.

? Was elektrisches Feld? Elektrische Feldstärke? Formulieren Sie das Prinzip der Überlagerung elektrischer Feldstärken.

Ein elektrisches Feld ist eine Art Materie, die mit elektrischen Ladungen verbunden ist und die Wirkung einer Ladung auf eine andere überträgt. Spannung ist eine für ein Feld charakteristische Kraft, die der Kraft entspricht, die auf eine darin platzierte positive Ladungseinheit wirkt dieser Punkt Felder. Das Prinzip der Überlagerung – die durch ein System von Punktladungen erzeugte Feldstärke ist gleich der Vektorsumme der Feldstärken jeder Ladung.

? Wie heißen die Kraftlinien eines elektrostatischen Feldes? Listen Sie die Eigenschaften von Kraftlinien auf.

Eine Linie, deren Tangente an jedem Punkt mit der Richtung des Feldstärkevektors übereinstimmt, wird Kraftlinie genannt. Eigenschaften von Kraftlinien – sie beginnen bei positiven Ladungen, enden bei negativen Ladungen, werden nicht unterbrochen und schneiden sich nicht.

? Geben Sie die Definition eines elektrischen Dipols an. Dipolfeld.

Ein System aus zwei elektrischen Punktladungen gleicher Größe und entgegengesetztem Vorzeichen, deren Abstand klein ist im Vergleich zum Abstand zu den Punkten, an denen die Wirkung dieser Ladungen beobachtet wird. Der Intensitätsvektor hat die Richtung, die dem Vektor der Elektrizität entgegengesetzt ist Moment des Dipols (das wiederum von der negativen Ladung weg zur positiven Ladung gerichtet ist).

? Was ist das elektrostatische Feldpotential? Formulieren Sie das Prinzip der potentiellen Superposition.

Eine skalare Größe, die numerisch dem Verhältnis der potentiellen Energie einer an einem bestimmten Punkt im Feld platzierten elektrischen Ladung zur Größe dieser Ladung entspricht. Das Prinzip der Überlagerung – das Potential eines Systems von Punktladungen an einem bestimmten Punkt im Raum ist gleich der algebraischen Summe der Potentiale, die diese Ladungen separat am selben Punkt im Raum erzeugen würden.

? Welcher Zusammenhang besteht zwischen Spannung und Potenzial?

E=- (E ist die Feldstärke an einem bestimmten Punkt im Feld, j ist das Potential an diesem Punkt.)

? Definieren Sie das Konzept des „Vektorflusses der elektrischen Feldstärke“. Geben Sie den elektrostatischen Satz von Gauß an.

Für eine beliebige geschlossene Oberfläche der Fluss des Spannungsvektors E elektrisches Feld F E= . Satz von Gauß:

= (hier Q i– Ladungen, die von einer geschlossenen Oberfläche bedeckt sind). Gültig für eine geschlossene Fläche beliebiger Form.

? Welche Stoffe werden als Leiter bezeichnet? Wie verteilen sich Ladungen und elektrostatisches Feld in einem Leiter? Was ist elektrostatische Induktion?

Leiter sind Stoffe, in denen sich freie Ladungen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes geordnet bewegen können. Unter dem Einfluss eines äußeren Feldes werden die Ladungen umverteilt, wodurch ein eigenes Feld entsteht, dessen Größe dem äußeren Feld entspricht und das entgegengesetzt gerichtet ist. Daher ist die resultierende Spannung im Leiter 0.

Elektrostatische Induktion ist eine Art der Elektrifizierung, bei der unter dem Einfluss eines externen elektrischen Feldes eine Ladungsumverteilung zwischen Teilen eines bestimmten Körpers erfolgt.

? Wie groß ist die elektrische Kapazität eines einzelnen Leiters oder Kondensators? Wie bestimmt man die Kapazität eines Flachkondensators, einer Reihe oder parallel geschalteter Kondensatorbatterie? Maßeinheit der elektrischen Kapazität.

Einsamer Führer: Wo MIT-Kapazität, Q- Ladung, j - Potenzial. Die Maßeinheit ist Farad [F]. (1 F ist die Kapazität eines Leiters, dessen Potenzial sich um 1 V erhöht, wenn dem Leiter eine Ladung von 1 C verliehen wird).

Kapazität eines Parallelplattenkondensators. Serielle Verbindung: . Parallele Verbindung: C gesamt = C 1 +C 2 +…+C N

? Welche Stoffe werden Dielektrika genannt? Welche Arten von Dielektrika kennen Sie? Was ist Polarisation von Dielektrika?

Dielektrika sind Stoffe, in denen normale Bedingungen Es gibt keine kostenlosen Stromgebühren. Es gibt polare, unpolare und ferroelektrische Dielektrika. Polarisation ist der Prozess der Ausrichtung von Dipolen unter dem Einfluss eines externen elektrischen Feldes.

? Was ist ein elektrischer Verschiebungsvektor? Formulieren Sie Maxwells Postulat.

Elektrischer Verschiebungsvektor D charakterisiert das elektrostatische Feld, das durch freie Ladungen (d. h. im Vakuum) erzeugt wird, jedoch mit einer solchen Verteilung im Raum wie in Gegenwart eines Dielektrikums. Maxwells Postulat: . Physikalische Bedeutung– drückt das Gesetz der Entstehung elektrischer Felder durch die Einwirkung von Ladungen in beliebigen Medien aus.

? Formulieren und erklären Sie die Randbedingungen für das elektrostatische Feld.

Wenn ein elektrisches Feld die Grenzfläche zwischen zwei dielektrischen Medien passiert, ändern sich Intensitätsvektor und Verschiebung abrupt in Größe und Richtung. Die diese Veränderungen charakterisierenden Beziehungen werden Randbedingungen genannt. Es gibt 4 davon:

(3), (4)

? Wie wird die Energie eines elektrostatischen Feldes bestimmt? Energiedichte?

Energie W= ( E- Feldstärke, e-Dielektrizitätskonstante, e 0 -elektrische Konstante, V- Feldvolumen), Energiedichte

? Definieren Sie den Begriff „elektrischer Strom“. Arten von Strömen. Eigenschaften elektrischer Strom. Welche Bedingung ist für seine Entstehung und Existenz notwendig?

Strom ist die geordnete Bewegung geladener Teilchen. Typen – Leitungsstrom, geordnete Bewegung freier Ladungen in einem Leiter, Konvektion – treten auf, wenn sich ein geladener makroskopischer Körper im Raum bewegt. Für die Entstehung und Existenz eines Stroms sind geladene Teilchen, die sich geordnet bewegen können, und das Vorhandensein eines elektrischen Feldes erforderlich, dessen Energie, wenn sie wieder aufgefüllt wird, für diese geordnete Bewegung aufgewendet wird.

? Geben und erklären Sie die Kontinuitätsgleichung. Formulieren Sie die Bedingung dafür, dass der Strom stationär ist, in Integral- und Differentialform.

Kontinuitätsgleichung. Drückt den Ladungserhaltungssatz in Differentialform aus. Bedingung für Stationarität (Konstanz) des Stroms in Integralform: und Differential - .

? Schreiben Sie das Ohmsche Gesetz in Integral- und Differentialform.

Integralform – ( ICH-aktuell, U- Stromspannung, R-Widerstand). Differentialform - ( J - Stromdichte, g - elektrische Leitfähigkeit, E - Feldstärke im Leiter).

? Was sind äußere Kräfte? EMF?

Äußere Kräfte trennen Ladungen in positive und negative. EMF ist das Verhältnis der Arbeit zum Bewegen einer Ladung entlang des gesamten geschlossenen Stromkreises zu ihrem Wert

? Wie werden Arbeit und aktuelle Leistung ermittelt?

Beim Bewegen einer Ladung Q durch einen Stromkreis, an dessen Enden Spannung angelegt wird U, Arbeit wird vom elektrischen Feld verrichtet, aktuelle Leistung (t-Zeit)

? Formulieren Sie Kirchhoffs Regeln für verzweigte Ketten. Welche Erhaltungssätze sind in Kirchhoffs Regeln enthalten? Wie viele unabhängige Gleichungen müssen auf der Grundlage des ersten und zweiten Kirchhoffschen Gesetzes erstellt werden?

1. Die algebraische Summe der an einem Knoten zusammenlaufenden Ströme ist gleich 0.

2. In jedem beliebigen geschlossenen Stromkreis ist die algebraische Summe der Spannungsabfälle gleich der algebraischen Summe der in diesem Stromkreis auftretenden EMKs. Kirchhoffs erste Regel folgt aus dem Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung. Die Anzahl der Gleichungen insgesamt muss gleich der Anzahl der gewünschten Größen sein (das Gleichungssystem muss alle Widerstände und EMK umfassen).

? Elektrischer Strom in Gas. Prozesse der Ionisierung und Rekombination. Das Konzept des Plasmas.

Elektrischer Strom in Gasen ist die gerichtete Bewegung freier Elektronen und Ionen. Bei normale Bedingungen Gase sind Dielektrika und werden nach der Ionisierung zu Leitern. Bei der Ionisierung handelt es sich um den Prozess der Bildung von Ionen durch die Trennung von Elektronen aus Gasmolekülen. Tritt aufgrund der Einwirkung eines externen Ionisators auf – starke Erwärmung, Röntgen- oder Ultraviolettbestrahlung, Elektronenbeschuss. Rekombination ist der umgekehrte Prozess der Ionisierung. Plasma ist ein vollständig oder teilweise ionisiertes Gas, in dem die Konzentrationen positiver und negativer Ladungen gleich sind.

? Elektrischer Strom im Vakuum. Glühemission.

Stromträger im Vakuum sind Elektronen, die aufgrund der Emission von der Oberfläche der Elektroden emittiert werden. Thermionische Emission ist die Emission von Elektronen durch erhitzte Metalle.

? Was wissen Sie über das Phänomen der Supraleitung?

Ein Phänomen, bei dem der Widerstand einiger reiner Metalle (Zinn, Blei, Aluminium) bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt auf Null sinkt.

? Was wissen Sie über den elektrischen Widerstand von Leitern? Was ist der spezifische Widerstand, seine Abhängigkeit von der Temperatur und der elektrischen Leitfähigkeit? Was wissen Sie über die Reihen- und Parallelschaltung von Leitern? Was ist ein Shunt, zusätzlicher Widerstand?

Der Widerstand ist ein Wert, der direkt proportional zur Länge des Leiters ist l und umgekehrt proportional zur Fläche S Leiterquerschnitt: (r-Widerstand). Leitfähigkeit ist der Kehrwert des Widerstands. Spezifischer Widerstand (Widerstand eines 1 m langen Leiters mit einem Querschnitt von 1 m2). Der spezifische Widerstand hängt von der Temperatur ab, hier ist a der Temperaturkoeffizient, R Und R 0 , r und r 0 – Widerstände und spezifische Widerstände bei T und 0 0 C. Parallel - , sequentiell R=R 1 +R 2 +…+Rn. Ein Shunt-Widerstand wird parallel zu einem elektrischen Messgerät geschaltet, um einen Teil des elektrischen Stroms abzuleiten und so die Messgrenzen zu erweitern.

? Ein Magnetfeld. Welche Quellen können ein Magnetfeld erzeugen?

Ein Magnetfeld ist eine besondere Art von Materie, durch die sich bewegende elektrische Ladungen interagieren. Der Grund für die Existenz eines konstanten Magnetfelds ist ein stationärer Leiter mit konstantem elektrischem Strom oder Permanentmagnete.

? Formulieren Sie das Amperesche Gesetz. Wie interagieren Leiter, durch die Strom in eine (entgegengesetzte) Richtung fließt?

Auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkt eine Ampere-Kraft von .

B - magnetische Induktion, ICH- Strom im Leiter, D l– Länge des Leiterabschnitts, a-Winkel zwischen der magnetischen Induktion und dem Leiterabschnitt. In einer Richtung ziehen sie an, in der entgegengesetzten Richtung stoßen sie ab.

? Definieren Sie die Amperekraft. Wie kann man seine Richtung bestimmen?

Dies ist die Kraft, die auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkt, der sich in einem Magnetfeld befindet. Die Richtung bestimmen wir wie folgt: Wir positionieren die Handfläche der linken Hand so, dass die magnetischen Induktionslinien in sie eindringen und die vier ausgestreckten Finger entlang des Stroms im Leiter gerichtet sind. Zurückgebogen Daumen zeigt die Richtung der Ampere-Kraft an.

? Erklären Sie die Bewegung geladener Teilchen in einem Magnetfeld. Was ist die Lorentzkraft? Was ist seine Richtung?

Ein sich bewegendes geladenes Teilchen erzeugt sein eigenes Magnetfeld. Wird es in ein äußeres Magnetfeld gebracht, so manifestiert sich die Wechselwirkung der Felder in der Entstehung einer Kraft, die aus dem äußeren Feld auf das Teilchen einwirkt – der Lorentzkraft. Die Richtung erfolgt nach der Linkshandregel. Für eine positive Ladung - Vektor B dringt in die Handfläche der linken Hand ein, vier Finger sind entlang der Bewegung der positiven Ladung (Geschwindigkeitsvektor) gerichtet, der gebogene Daumen zeigt die Richtung der Lorentzkraft. Bei einer negativen Ladung wirkt die gleiche Kraft in die entgegengesetzte Richtung.

(Q-Aufladung, v-Geschwindigkeit, B- Induktion, a- Winkel zwischen Geschwindigkeitsrichtung und magnetischer Induktion).

? Ein Rahmen mit Strom in einem gleichmäßigen Magnetfeld. Wie wird das magnetische Moment bestimmt?

Das Magnetfeld hat eine orientierende Wirkung auf den stromdurchflossenen Rahmen und dreht ihn in einer bestimmten Weise. Das Drehmoment wird durch die Formel bestimmt: M =P M X B , Wo P M- Vektor des magnetischen Moments des Rahmens mit Strom, gleich IST N (Strom pro Konturoberfläche, pro Einheit normal zur Kontur), B -magnetischer Induktionsvektor, quantitative Charakteristik des Magnetfeldes.

? Was ist der magnetische Induktionsvektor? Wie kann man seine Richtung bestimmen? Wie wird ein Magnetfeld grafisch dargestellt?

Der magnetische Induktionsvektor ist die Kraftcharakteristik des Magnetfeldes. Das Magnetfeld wird anhand von Kraftlinien anschaulich dargestellt. An jedem Punkt des Feldes stimmt die Tangente an die Feldlinie mit der Richtung des magnetischen Induktionsvektors überein.

? Formulieren und erklären Sie das Biot-Savart-Laplace-Gesetz.

Mit dem Biot-Savart-Laplace-Gesetz können Sie für einen Leiter mit Strom rechnen ICH Magnetfeldinduktion d B , erstellt an einem beliebigen Punkt im Feld d l Dirigent: (hier ist m 0 die magnetische Konstante, m ist die magnetische Permeabilität des Mediums). Die Richtung des Induktionsvektors wird durch die Regel der rechten Schraube bestimmt, wenn die translatorische Bewegung der Schraube der Richtung des Stroms im Element entspricht.

? Geben Sie das Superpositionsprinzip für ein Magnetfeld an.

Das Prinzip der Überlagerung – die magnetische Induktion des resultierenden Feldes, das von mehreren Strömen oder bewegten Ladungen erzeugt wird, ist gleich der Vektorsumme der magnetischen Induktion der addierten Felder, die von jedem Strom oder jeder bewegten Ladung einzeln erzeugt werden:

? Erklären Sie die Haupteigenschaften eines Magnetfelds: magnetischer Fluss, magnetische Feldzirkulation, magnetische Induktion.

Magnetischer Fluss F durch jede Oberfläche S eine Größe genannt, die dem Produkt aus der Größe des magnetischen Induktionsvektors und der Fläche entspricht S und der Kosinus des Winkels a zwischen den Vektoren B Und N (äußere Normale zur Oberfläche). Vektorzirkulation B über einer gegebenen geschlossenen Kontur wird als Integral der Form bezeichnet, wobei d l - Vektor der Elementarlänge der Kontur. Satz der Vektorzirkulation B : Vektorzirkulation B entlang eines beliebigen geschlossenen Stromkreises ist gleich dem Produkt der magnetischen Konstante und der algebraischen Summe der von diesem Stromkreis abgedeckten Ströme. Der magnetische Induktionsvektor ist die Kraftcharakteristik des Magnetfeldes. Das Magnetfeld wird anhand von Kraftlinien anschaulich dargestellt. An jedem Punkt des Feldes stimmt die Tangente an die Feldlinie mit der Richtung des magnetischen Induktionsvektors überein.

? Schreiben und kommentieren Sie die Bedingung, dass das Magnetfeld magnetisch ist, in integraler und differentieller Form.

Vektorfelder, in denen es keine Quellen und Senken gibt, werden magnetisch genannt. Bedingung für ein elektromagnetisches Magnetfeld in Integralform: und Differentialform:

? Magnetik. Arten von Magneten. Feromagnete und ihre Eigenschaften. Was ist Hysterese?

Ein Stoff ist magnetisch, wenn er unter dem Einfluss eines Magnetfeldes ein magnetisches Moment (Magnetisierung) annehmen kann. Stoffe, die in einem äußeren Magnetfeld entgegen der Feldrichtung magnetisiert werden, nennt man diamagnetische Stoffe. Stoffe, die in einem äußeren Magnetfeld in Feldrichtung magnetisiert werden, nennt man paramagnetische Stoffe. Diese beiden Klassen werden als schwach magnetische Substanzen bezeichnet. Als Ferromagnete werden stark magnetische Stoffe bezeichnet, die auch ohne äußeres Magnetfeld magnetisiert werden . Unter magnetischer Hysterese versteht man den Unterschied der Magnetisierungswerte eines Ferromagneten bei gleicher Magnetisierungsfeldstärke H in Abhängigkeit vom Wert der Vormagnetisierung. Diese grafische Abhängigkeit wird als Hystereseschleife bezeichnet.

? Formulieren und erklären Sie das Gesetz des Gesamtstroms in Integral- und Differentialform (die Hauptebenen der Magnetostatik in der Materie).

? Was ist elektromagnetische Induktion? Formulieren und erklären Sie das Grundgesetz der elektromagnetischen Induktion (Faradaysches Gesetz). Staatliche Lenz-Regel.

Das Phänomen des Auftretens einer elektromotorischen Kraft (Induktions-EMK) in einem Leiter, der sich in einem magnetischen Wechselfeld befindet oder sich in einem konstanten Magnetfeld bewegt, wird als elektromagnetische Induktion bezeichnet. Faradaysches Gesetz: Was auch immer der Grund für die Änderung des magnetischen Induktionsflusses ist, der von einer geschlossenen leitenden Schleife abgedeckt wird, die in der EMF-Schleife entsteht

Das Minuszeichen wird durch die Lenzsche Regel bestimmt – der induzierte Strom im Stromkreis hat immer eine solche Richtung, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld die Änderung des magnetischen Flusses verhindert, die diesen induzierten Strom verursacht hat.

? Was ist das Phänomen der Selbstinduktion? Was ist Induktivität, Maßeinheiten? Ströme beim Schließen und Öffnen eines Stromkreises.

Das Auftreten einer induzierten EMK in einem leitenden Stromkreis unter dem Einfluss seines eigenen Magnetfelds, wenn es sich ändert, was aus einer Änderung der Stromstärke im Leiter resultiert. Die Induktivität ist ein Proportionalitätskoeffizient, der von der Form und Größe des Leiters oder Stromkreises abhängt, [H]. Gemäß der Lenzschen Regel verhindert die selbstinduktive EMK, dass der Strom ansteigt, wenn der Stromkreis eingeschaltet wird, und dass der Strom abnimmt, wenn der Stromkreis ausgeschaltet wird. Daher kann sich die Größe des Stroms nicht sofort ändern (das mechanische Analogon ist die Trägheit).

? Das Phänomen der gegenseitigen Induktion. Gegenseitiger Induktionskoeffizient.

Wenn zwei stationäre Stromkreise nahe beieinander liegen, entsteht bei einer Änderung der Stromstärke in einem Stromkreis eine EMK im anderen Stromkreis. Dieses Phänomen wird als gegenseitige Induktion bezeichnet. Proportionalitätskoeffizienten L 21 und L 12 nennt man die Gegeninduktivität der Stromkreise, sie sind gleich.

? Schreiben Sie die Maxwell-Gleichungen in Integralform. Erklären Sie ihre physikalische Bedeutung.

; ;

; .

Aus Maxwells Theorie folgt, dass die elektrischen und magnetischen Felder nicht als unabhängig betrachtet werden können – eine zeitliche Änderung des einen führt zu einer Änderung des anderen.

? Magnetfeldenergie. Energiedichte des Magnetfelds.

Energie, L-Induktivität, ICH– aktuelle Stärke.

Dichte , IN- magnetische Induktion, N- magnetische Feldstärke, V-Volumen.

? Das Relativitätsprinzip in der Elektrodynamik

Die allgemeinen Gesetze elektromagnetischer Felder werden durch die Maxwell-Gleichungen beschrieben. In der relativistischen Elektrodynamik wurde festgestellt, dass die relativistische Invarianz dieser Gleichungen nur unter der Bedingung der Relativität elektrischer und magnetischer Felder auftritt, d. h. wenn die Eigenschaften dieser Felder von der Wahl der Trägheitsbezugssysteme abhängen. In einem bewegten System ist das elektrische Feld dasselbe wie in einem stationären System, aber in einem bewegten System gibt es ein magnetisches Feld, das in einem stationären System nicht vorhanden ist.

Schwingungen und Wellen

Formeln von Elektrizität und Magnetismus. Das Studium der Grundlagen der Elektrodynamik beginnt traditionell mit einem elektrischen Feld im Vakuum. Um die Wechselwirkungskraft zwischen zwei Punktladungen und die Stärke des von einer Punktladung erzeugten elektrischen Feldes zu berechnen, müssen Sie das Coulombsche Gesetz anwenden können. Zur Berechnung der Feldstärken, die durch ausgedehnte Ladungen (geladener Faden, Ebene usw.) erzeugt werden, wird der Satz von Gauß verwendet. Für ein System elektrischer Ladungen ist die Anwendung des Prinzips notwendig

Beim Studium des Themas „Gleichstrom“ ist es notwendig, die Ohmschen und Joule-Lenzschen Gesetze in allen Formen zu berücksichtigen. Beim Studium des „Magnetismus“ ist zu berücksichtigen, dass das Magnetfeld durch bewegte Ladungen erzeugt wird und auf bewegte Ladungen wirkt. Hier sollten Sie auf das Biot-Savart-Laplace-Gesetz achten. Besondere Aufmerksamkeit man sollte auf die Lorentzkraft achten und die Bewegung eines geladenen Teilchens in einem Magnetfeld berücksichtigen.

Elektrische und magnetische Phänomene sind durch eine besondere Existenzform der Materie verbunden – das elektromagnetische Feld. Die Grundlage der Theorie elektromagnetisches Feld ist Maxwells Theorie.

Tabelle der Grundformeln von Elektrizität und Magnetismus

Physikalische Gesetze, Formeln, Variablen	Formeln Elektrizität und Magnetismus
Coulomb-Gesetz: Wo q 1 und q 2 – Werte der Punktladungen,ԑ 1 - elektrische Konstante; ε - Dielektrizitätskonstante eines isotropen Mediums (für Vakuum ε = 1), r ist der Abstand zwischen den Ladungen.
Elektrische Feldstärke: wo Ḟ - Kraft, die auf die Ladung einwirkt q 0 , an einem bestimmten Punkt im Feld gelegen.
Feldstärke im Abstand r von der Feldquelle: 1) Punktladung 2) ein unendlich langer geladener Faden mit linearer Ladungsdichte τ: 3) eine gleichmäßig geladene unendliche Ebene mit der Oberflächenladungsdichte σ: 4) zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Ebenen
Elektrisches Feldpotential: wobei W die potentielle Energie der Ladung ist q 0 .
Feldpotential einer Punktladung im Abstand r von der Ladung:
Nach dem Prinzip der Feldüberlagerung, Spannung:
Potenzial: wo Ē ich und ϕ ich- Spannung und Potenzial an einem bestimmten Punkt im Feld, erstellt von i-th Aufladung.
Die von elektrischen Feldkräften geleistete Arbeit, um die Ladung q von einem Punkt mit Potenzial zu bewegenϕ 1 bis zu einem Punkt mit Potenzialϕ 2:
Die Beziehung zwischen Spannung und Potenzial 1) für ein ungleichmäßiges Feld: 2) für ein einheitliches Feld:
Elektrische Kapazität eines Einzelleiters:
Kapazität des Kondensators:
Elektrische Kapazität eines Flachkondensators: wobei S die Fläche der Platte (eines) des Kondensators ist, d ist der Abstand zwischen den Platten.
Energie eines geladenen Kondensators:
Aktuelle Stärke:
Stromdichte: wobei S die Querschnittsfläche des Leiters ist.
Leiterwiderstand: l ist die Länge des Leiters; S ist die Querschnittsfläche.
Ohm'sches Gesetz 1) für einen homogenen Abschnitt der Kette: 2) in Differentialform: 3) für einen Abschnitt des Stromkreises, der EMF enthält: Wobei ε die EMK der Stromquelle ist, R und r – äußerer und innerer Widerstand des Stromkreises; 4) für einen geschlossenen Kreislauf:
Joule-Lenz-Gesetz 1) für einen homogenen Abschnitt eines Gleichstromkreises: wobei Q die im stromdurchflossenen Leiter freigesetzte Wärmemenge ist, t – aktuelle Durchgangszeit; 2) für einen Abschnitt eines Stromkreises mit zeitlich variierendem Strom:
Aktuelle Energie:
Zusammenhang zwischen magnetischer Induktion und magnetischer Feldstärke: wobei B der magnetische Induktionsvektor ist, μ √ magnetische Permeabilität eines isotropen Mediums, (für Vakuum μ = 1), µ 0 - magnetische Konstante, H – magnetische Feldstärke.
Magnetische Induktion(Magnetfeldinduktion): 1) im Zentrum der Kreisströmung wobei R der Radius des Kreisstroms ist, 2) Felder mit unendlich langem Vorwärtsstrom wobei r der kürzeste Abstand zur Leiterachse ist; 3) das Feld, das von einem stromführenden Leiterstück erzeugt wird wobei ɑ 1 und ɑ 2 - Winkel zwischen dem Leitersegment und der Verbindungslinie zwischen den Enden des Segments und dem Feldpunkt; 4) Felder eines unendlich langen Elektromagneten Dabei ist n die Anzahl der Windungen pro Längeneinheit des Magneten.

Spickzettel mit Formeln in Physik für das Einheitliche Staatsexamen

und mehr (kann für die Klassen 7, 8, 9, 10 und 11 erforderlich sein).

Erstens ein Bild, das in kompakter Form gedruckt werden kann.

Mechanik

1. Druck P=F/S
2. Dichte ρ=m/V
3. Druck in Flüssigkeitstiefe P=ρ∙g∙h
4. Schwerkraft Ft=mg
5. 5. Archimedische Kraft Fa=ρ f ∙g∙Vt
6. Bewegungsgleichung bei gleichmäßig beschleunigte Bewegung

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

1. Geschwindigkeitsgleichung für gleichmäßig beschleunigte Bewegung υ =υ 0 +a∙t
2. Beschleunigung a=( υ -υ 0)/t
3. Kreisgeschwindigkeit υ =2πR/T
4. Zentripetalbeschleunigung a= υ 2/R
5. Zusammenhang zwischen Periode und Frequenz ν=1/T=ω/2π
6. Newtons II. Gesetz F=ma
7. Hookesches Gesetz Fy=-kx
8. Gesetz Universelle Schwerkraft F=G∙M∙m/R 2
9. Gewicht eines Körpers, der sich mit der Beschleunigung a P=m(g+a) bewegt
10. Gewicht eines Körpers, der sich mit der Beschleunigung à↓ Р=m(g-a) bewegt
11. Reibungskraft Ftr=µN
12. Körperimpuls p=m υ
13. Kraftimpuls Ft=∆p
14. Kraftmoment M=F∙ℓ
15. Potenzielle Energie eines über dem Boden angehobenen Körpers Ep=mgh
16. Potentielle Energie eines elastisch verformten Körpers Ep=kx 2 /2
17. Kinetische Energie des Körpers Ek=m υ 2 /2
18. Arbeit A=F∙S∙cosα
19. Leistung N=A/t=F∙ υ
20. Koeffizient nützliche Aktionη=Ap/Az
21. Schwingungsdauer eines mathematischen Pendels T=2π√ℓ/g
22. Schwingungsdauer eines Federpendels T=2 π √m/k
23. Gleichung harmonischer Schwingungen Х=Хmax∙cos ωt
24. Zusammenhang zwischen Wellenlänge, ihrer Geschwindigkeit und Periode λ= υ T

Molekularphysik und Thermodynamik

1. Stoffmenge ν=N/Na
2. Molmasse M=m/ν
3. Heiraten. Verwandtschaft. Energie einatomiger Gasmoleküle Ek=3/2∙kT
4. Grundlegende MKT-Gleichung P=nkT=1/3nm 0 υ 2
5. Gay-Lussac-Gesetz (isobarer Prozess) V/T =const
6. Charles'sches Gesetz (isochorischer Prozess) P/T =const
7. Relative Luftfeuchtigkeit φ=P/P 0 ∙100 %
8. Int. Energieideal. einatomiges Gas U=3/2∙M/µ∙RT
9. Gasarbeit A=P∙ΔV
10. Boyle-Mariotte-Gesetz (isothermer Prozess) PV=const
11. Wärmemenge beim Erhitzen Q=Cm(T 2 -T 1)
12. Wärmemenge beim Schmelzen Q=λm
13. Wärmemenge bei der Verdampfung Q=Lm
14. Wärmemenge bei der Kraftstoffverbrennung Q=qm
15. Zustandsgleichung eines idealen Gases PV=m/M∙RT
16. Erster Hauptsatz der Thermodynamik ΔU=A+Q
17. Effizienz von Wärmekraftmaschinen η= (Q 1 - Q 2)/ Q 1
18. Effizienz ist ideal. Motoren (Carnot-Zyklus) η= (T 1 - T 2)/ T 1

Elektrostatik und Elektrodynamik – Formeln der Physik

1. Coulombsches Gesetz F=k∙q 1 ∙q 2 /R 2
2. Elektrische Feldstärke E=F/q
3. Elektrische Spannung Punktladungsfeld E=k∙q/R 2
4. Oberflächenladungsdichte σ = q/S
5. Elektrische Spannung Felder einer unendlichen Ebene E=2πkσ
6. Dielektrizitätskonstante ε=E 0 /E
7. Potenzielle Interaktionsenergie. Ladungen W= k∙q 1 q 2 /R
8. Potenzial φ=W/q
9. Punktladungspotential φ=k∙q/R
10. Spannung U=A/q
11. Für ein gleichmäßiges elektrisches Feld U=E∙d
12. Elektrische Kapazität C=q/U
13. Elektrische Kapazität eines Flachkondensators C=S∙ ε ∙ε 0 /d
14. Energie eines geladenen Kondensators W=qU/2=q²/2С=CU²/2
15. Stromstärke I=q/t
16. Leiterwiderstand R=ρ∙ℓ/S
17. Ohmsches Gesetz für den Schaltungsabschnitt I=U/R
18. Gesetze des Letzten. Verbindungen I 1 =I 2 =I, U 1 +U 2 =U, R 1 +R 2 =R
19. Gesetze parallel. Anschl. U 1 =U 2 =U, I 1 +I 2 =I, 1/R 1 +1/R 2 =1/R
20. Elektrische Stromstärke P=I∙U
21. Joule-Lenz-Gesetz Q=I 2 Rt
22. Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis I=ε/(R+r)
23. Kurzschlussstrom (R=0) I=ε/r
24. Magnetischer Induktionsvektor B=Fmax/ℓ∙I
25. Ampereleistung Fa=IBℓsin α
26. Lorentzkraft Fl=Bqυsin α
27. Magnetischer Fluss Ф=BSсos α Ф=LI
28. Gesetz der elektromagnetischen Induktion Ei=ΔФ/Δt
29. Induktions-EMK in einem bewegten Leiter Ei=Вℓ υ sinα
30. Selbstinduktion EMF Esi=-L∙ΔI/Δt
31. Spulenmagnetfeldenergie Wm=LI 2 /2
32. Schwingungsperiode Nr. Schaltung T=2π ∙√LC
33. Induktiver Blindwiderstand X L =ωL=2πLν
34. Kapazität Xc=1/ωC
35. Effektiver Stromwert Id=Imax/√2,
36. Effektiver Spannungswert Uä=Umax/√2
37. Impedanz Z=√(Xc-X L) 2 +R 2

Optik

1. Gesetz der Lichtbrechung n 21 =n 2 /n 1 = υ 1 / υ 2
2. Brechungsindex n 21 = sin α/sin γ
3. Formel für dünne Linsen: 1/F=1/d + 1/f
4. Optische Leistung des Objektivs D=1/F
5. maximale Interferenz: Δd=kλ,
6. minimale Interferenz: Δd=(2k+1)λ/2
7. Differentialgitter d∙sin φ=k λ

Die Quantenphysik

1. Einsteins Formel für den photoelektrischen Effekt hν=Aout+Ek, Ek=U z e
2. Roter Rand des photoelektrischen Effekts ν k = Aout/h
3. Photonenimpuls P=mc=h/ λ=E/s

Physik des Atomkerns

Definition 1

Die Elektrodynamik ist ein riesiges und wichtiges Gebiet der Physik, das die klassischen, nichtquantenspezifischen Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes und die Bewegung positiv geladener magnetischer Ladungen untersucht, die mithilfe dieses Feldes miteinander interagieren.

Abbildung 1. Kurz über Elektrodynamik. Author24 – Online-Austausch studentischer Arbeiten

Die Elektrodynamik scheint ein breites Spektrum unterschiedlicher Problemformulierungen und ihrer intelligenten Lösungen, Näherungsmethoden und Spezialfälle zu sein, die durch allgemeine Anfangsgesetze und Gleichungen zu einem Ganzen zusammengefasst werden. Letztere, die den Hauptteil der klassischen Elektrodynamik ausmachen, werden in Maxwells Formeln ausführlich dargestellt. Derzeit untersuchen Wissenschaftler weiterhin die Prinzipien dieses Bereichs in der Physik, das Grundgerüst seiner Konstruktion und die Beziehungen zu anderen wissenschaftlichen Bereichen.

Das Coulombsche Gesetz in der Elektrodynamik wird wie folgt bezeichnet: $F= \frac (kq1q2) (r2)$, wobei $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$. Die Gleichung der elektrischen Feldstärke lautet wie folgt: $E= \frac (F)(q)$ und der Fluss des magnetischen Feldinduktionsvektors $∆Ф=В∆S \cos (a)$.

In der Elektrodynamik werden vor allem freie Ladungen und Ladungssysteme untersucht, die zur Aktivierung eines kontinuierlichen Energiespektrums beitragen. Die klassische Beschreibung der elektromagnetischen Wechselwirkung wird dadurch begünstigt, dass sie bereits im Niedrigenergielimit wirksam ist, wenn das Energiepotential von Teilchen und Photonen im Vergleich zur Ruheenergie des Elektrons klein ist.

In solchen Situationen kommt es häufig nicht zu einer Vernichtung geladener Teilchen, da sich der Zustand ihrer instabilen Bewegung durch den Austausch einer großen Anzahl niederenergetischer Photonen nur allmählich ändert.

Anmerkung 1

Doch selbst bei hohen Energien der Teilchen im Medium kann die Elektrodynamik trotz der bedeutenden Rolle von Fluktuationen erfolgreich zur umfassenden Beschreibung statistisch gemittelter, makroskopischer Eigenschaften und Prozesse eingesetzt werden.

Grundgleichungen der Elektrodynamik

Die Hauptformeln, die das Verhalten des elektromagnetischen Feldes und seine direkte Wechselwirkung mit geladenen Körpern beschreiben, sind die Maxwell-Gleichungen, die die wahrscheinlichen Wirkungen eines freien elektromagnetischen Feldes in einem Medium und Vakuum sowie die allgemeine Erzeugung des Feldes durch Quellen bestimmen.

Unter diesen Bestimmungen der Physik kann man Folgendes hervorheben:

• Der Satz von Gauß für das elektrische Feld – soll die Erzeugung eines elektrostatischen Feldes durch positive Ladungen bestimmen;
• Hypothese geschlossener Feldlinien – fördert die Wechselwirkung von Prozessen innerhalb des Magnetfelds selbst;
• Faradaysches Induktionsgesetz – legt die Erzeugung elektrischer und magnetischer Felder durch die variablen Eigenschaften der Umgebung fest.

Im Allgemeinen gilt das Ampere-Maxwell-Theorem einzigartige Ideeüber die Zirkulation von Linien in einem Magnetfeld mit der allmählichen Hinzufügung von Verschiebungsströmen, die Maxwell selbst eingeführt hat, bestimmt genau die Transformation des Magnetfelds durch bewegte Ladungen und die Wechselwirkung des elektrischen Feldes.

Ladung und Kraft in der Elektrodynamik

In der Elektrodynamik ergibt sich die Wechselwirkung von Kraft und Ladung des elektromagnetischen Feldes aus der folgenden gemeinsamen Definition der elektrischen Ladung $q$, der Energie $E$ und der magnetischen Felder $B$, die als grundlegendes physikalisches Gesetz auf der Grundlage des Ganzen etabliert werden Satz experimenteller Daten. Die Formel für die Lorentzkraft (im Rahmen der Idealisierung einer Punktladung, die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt) wird mit der Ersetzung der Geschwindigkeit $v$ geschrieben.

Leiter enthalten oft eine große Menge an Ladungen, daher werden diese Ladungen ziemlich gut kompensiert: Die Anzahl der positiven und negativen Ladungen ist immer gleich. Folglich ist auch die gesamte elektrische Kraft, die ständig auf den Leiter einwirkt, Null. Die magnetischen Kräfte, die auf einzelne Ladungen in einem Leiter wirken, werden letztendlich nicht kompensiert, da bei Vorhandensein von Strom die Bewegungsgeschwindigkeiten der Ladungen immer unterschiedlich sind. Die Gleichung für die Wirkung eines Leiters mit Strom in einem Magnetfeld kann wie folgt geschrieben werden: $G = |v ⃗ |s \cos(a) $

Wenn wir keine Flüssigkeit, sondern einen vollständigen und stabilen Fluss geladener Teilchen als Strom untersuchen, dann ist das gesamte Energiepotential, das für $1s$ linear durch die Fläche fließt, die Stromstärke gleich: $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $, wobei $ρ$ die Ladungsdichte (pro Volumeneinheit im Gesamtfluss) ist.

Anmerkung 2

Wenn sich das magnetische und elektrische Feld an einem bestimmten Ort systematisch von Punkt zu Punkt ändert, dann sind in den Ausdrücken und Formeln für Teilströme, wie im Fall von Flüssigkeiten, die Durchschnittswerte $E ⃗ $ und $B ⃗$ auf der Standort muss eingegeben werden.

Die Sonderstellung der Elektrodynamik in der Physik

Bedeutende Stellung der Elektrodynamik in moderne Wissenschaft kann durch das berühmte Werk von A. Einstein bestätigt werden, in dem die Prinzipien und Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie ausführlich dargelegt wurden. Die wissenschaftliche Arbeit des herausragenden Wissenschaftlers trägt den Titel „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“ und umfasst eine Vielzahl wichtiger Gleichungen und Definitionen.

Als eigenständiges Fachgebiet der Physik besteht die Elektrodynamik aus folgenden Abschnitten:

• die Lehre vom bewegungslosen, aber elektrisch geladenen Feld physische Körper und Partikel;
• die Lehre von den Eigenschaften des elektrischen Stroms;
• die Lehre von der Wechselwirkung von Magnetfeld und elektromagnetischer Induktion;
• die Lehre von Elektromagnetische Wellen und Schwankungen.

Alle oben genannten Abschnitte werden durch den Satz von D. Maxwell vereint, der nicht nur eine kohärente Theorie des elektromagnetischen Feldes erstellte und präsentierte, sondern auch alle seine Eigenschaften beschrieb und so seine tatsächliche Existenz bewies. Die Arbeit dieses besonderen Wissenschaftlers zeigte der wissenschaftlichen Welt, dass die damals bekannten elektrischen und magnetischen Felder nur eine Manifestation eines einzelnen elektromagnetischen Feldes waren, das in verschiedenen Bezugssystemen wirkte.

Ein bedeutender Teil der Physik ist dem Studium der Elektrodynamik und elektromagnetischen Phänomenen gewidmet. Dieses Gebiet erhebt weitgehend Anspruch auf den Status einer eigenen Wissenschaft, da es nicht nur alle Muster elektromagnetischer Wechselwirkungen erforscht, sondern diese auch durch mathematische Formeln detailliert beschreibt. Tiefgreifende und langfristige Forschung in der Elektrodynamik hat neue Wege für die praktische Nutzung elektromagnetischer Phänomene zum Nutzen der gesamten Menschheit eröffnet.

Elektrodynamik ist die Wissenschaft von den Eigenschaften und Mustern einer besonderen Art von Materie – dem elektromagnetischen Feld, das zwischen elektrisch geladenen Körpern oder Teilchen interagiert.

Quantenelektrodynamik(QED) – Quantenfeldtheorie elektromagnetischer Wechselwirkungen; der am weitesten entwickelte Teil der Quantenfeldtheorie. Die klassische Elektrodynamik berücksichtigt nur die kontinuierlichen Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes, während die Quantenelektrodynamik auf der Idee basiert, dass das elektromagnetische Feld auch diskontinuierliche (diskrete) Eigenschaften hat, deren Träger Feldquanten – Photonen – sind. Die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit geladenen Teilchen wird in der Quantenelektrodynamik als Absorption und Emission von Photonen durch Teilchen betrachtet.

2.Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes

Elektromagnetisches Feld - E = N/Cl = V/M

E= F/ Q – das Verhältnis der vom Feld wirkenden Kraft zur Größe dieser Ladung.

D- elektrische Feldinduktion – wird als Vektor proportional zum Intensitätsvektor bezeichnet, jedoch unabhängig von den Eigenschaften des Mediums

D = 𝞮 E; 𝞮 = 𝞮 0 𝞮 ’ 0 = 8.85 * 10 -12 F/m

IN- Magnetfeld-Induktionsvektor = N/A*m= 1T

Induktion ist ein Vektor, dessen Modul das Verhältnis des Moduls der Kraft, die vom Feld auf den Leiter mit Strom wirkt, zur Stromstärke im Leiter und seiner Länge ist . B= | F|/ ICH* l(Uns) N– Magnetfeldstärke (A/m) = 80 Oersted =) 80 Gauss, sogenannter Vektor parallel zum Induktionsvektor, aber unabhängig von den Eigenschaften des Mediums. Н= 1/µ, wobei µ = µ 0* µ’

3. Vektorfelder. Integrale und differentielle Eigenschaften eines Vektorfeldes

4. OSTROGRADSKY-GAUSS- UND STOKES-THEOREM

5. COULLOMBS GESETZ

6.Satz von Gauß

7. VEKTORFLUSS

8. KONTINUITÄTSGLEICHUNGEN

9.BIAS-STROM

10. GESETZ DES GESAMTSTROMS

11. GESETZ DER KONTINUITÄT DES MAGNETFLUSSES

12. RANDBEDINGUNGEN

13. JOULE-LENZ-GESETZE IN DIFFERENZFORM

Die pro Zeiteinheit in einem Leiter mit Widerstand R bei Stromstärke I freigesetzte Wärmemenge beträgt nach dem Joule-Lenz-Gesetz:

Wenn wir dieses Gesetz auf einen infinitesimalen Zylinder anwenden, dessen Achse mit der Richtung des Stroms zusammenfällt, erhalten wir:

Wenn man bedenkt, dass es sich dabei um das Volumen eines infinitesimalen Zylinders und die pro Volumeneinheit pro Zeiteinheit freigesetzte Wärmemenge handelt, finden wir

,

Wo ausgedrückt in Watt pro Kubikmeter. Wenn man bedenkt, dass j 2 =j*j und den Ausdruck für j verwendet, können wir die Beziehung in der Form schreiben:

Diese Gleichheit drückt das Joule-Lenz-Gesetz in Differentialform aus.

14. Vollständiges System der Maxwellschen Gleichungen in der Materie

In einem Medium verursachen äußere elektrische und magnetische Felder eine Polarisation und Magnetisierung des Stoffes, die makroskopisch durch den Polarisationsvektor P bzw. den Magnetisierungsvektor M des Stoffes beschrieben werden und durch das Auftreten gebundener Ladungen und Ströme verursacht werden. Dadurch stellt sich heraus, dass das Feld im Medium die Summe der äußeren Felder und der Felder ist, die durch gebundene Ladungen und Ströme verursacht werden.

Die Polarisation P und die Magnetisierung der Materie M hängen durch die folgenden Beziehungen mit den Vektoren der Stärke und Induktion der elektrischen und magnetischen Felder zusammen:

Indem wir die Vektoren D und H durch E, B und ausdrücken, können wir daher ein mathematisch äquivalentes System der Maxwell-Gleichungen erhalten:

Der Index bezeichnet hier freie Gebühren und Ströme. Maxwells Gleichungen in dieser Form sind grundlegend in dem Sinne, dass sie nicht vom Modell der elektromagnetischen Struktur der Materie abhängen. Die Trennung von Ladungen und Strömen in frei und gebunden ermöglicht es, die komplexe mikroskopische Natur des elektromagnetischen Feldes im Medium in und dann in P, M und folglich in D, B zu „verstecken“.