Biologie 

Všeobecné. Elektromagnetické pole

V důsledku studia této kapitoly musí student:

znát

  • Empirické a teoretické základy teorie elektromagnetického pole;
  • Historie tvorby teorie elektromagnetického pole, historie otevření tlaku světla a elektromagnetických vln;
  • fyzikální podstata Maxwellových rovnic (v integrálních a diferenciálních formách);
  • Hlavní fáze biografie J. K. Maxwell;
  • Hlavní směry vývoje elektrodynamiky po J. K. Maxwell;
  • Úspěchy J. K. Maxwell v molekulární fyzice a termodynamice;

být schopný

  • Posoudit roli Maxwell ve vývoji učení o elektřině a magnetismu, základním významem Maxwellových rovnic, místo knihy "pojednání o elektřině a magnetismu" v historii vědy, historických experimentů Hertz a P. N. Lebedevu;
  • Diskutujte o biografiích největších vědců, kteří pracovali v oblasti elektromagnetismu;

vlastní

Provozní dovednosti s hlavními pojmy teorie elektromagnetického pole.

Klíčové výrazy: Elektromagnetické pole, Maxwell rovnice, elektromagnetické vlny, lehký tlak.

Otevření Faraday revolucionizoval vědu o elektřině. S jeho světelnou rukou začal elektřina dobýt všechny nové pozice v technice. Elektromagnetický telegraf. Na počátku 70. let. XIX Century, on již spojil Evropu s USA, Indií a Jižní Ameriku, objevily se první elektrické proudové generátory a elektromotory, elektřina začala být široce používána v chemii. Elektromagnetické procesy rostly hlouběji do vědy. Epocha přišel, když byl elektromagnetický obraz světa připraven změnit mechanické. Potřebovali jsme skvělou osobu, která by mohla, stejně jako v jeho době Newton, sjednotit fakta a znalosti akumulované v této době a na základě jejich vytvoření nové teorie popisující základy nového světa. J. K. Maxwell se stal takovou osobou.

James Clerk Maxwell (Obr. 10.1) narozen v roce 1831. Jeho otec-John Clerk Maxwell byl jasně vynikající. Právník na zelenější, nicméně, však zaplatil značný čas ostatním, zajímavější věci pro něj: cestoval, navržené automobily, dát fyzické zkušenosti a dokonce publikoval několik vědeckých článků. Když se Maxwell otočil 10 let, jeho otec ho poslal, aby se naučil Edinburgh akademii, kde zůstal šest let starý - až do přijetí na univerzitu. Ve věku 14 let napsal Maxwell první vědeckou práci věnovanou geometrii oválných křivek. Její shrnutí bylo publikováno v "Zahřívání královské společnosti" společnosti Edinburgh společnosti pro 1846

V roce 1847, Maxwell vstoupil do University of Edinburgh, kde začal do hloubky studovat matematiku. V této době, dvě další vědecké práce nadaného studenta byly publikovány v "Práce Edinburgh Royal Society". S obsahem jednoho z nich (o kolejových křivkách), společnost byla zavedena profesorem Kellandem, další (o elastických vlastnostech pevných látek) byl poprvé představen samotným autorem.

V roce 1850, Maxwell pokračoval ve vzdělávání v Petrohradu - St. Peter College of Cambridge University a odtud přešel na vysokou školu Svaté Trinity - Trinity College, který dal svět I. Newton, a později VV Nabokova, B. Russell atd. V roce 1854 se Maxwell odolává zkoušku a přijímá bakalářský titul. Pak byl ponechán v Trinity College jako učitele. Vědecké problémy se však více obávaly. V Cambridge Maxwell začal studovat barvu a barevné vidění. V roce 1852 dospěl k závěru, že míchání spektrálních barev se neshoduje s mícháním barev. Maxwell vyvíjí teorii barevného vidění, navrhl barvu (obr. 10.2).

Obr. 10.1.

Obr. 10.2.

Kromě svých starých koníčků - geometrie a květinových problémů se Maxwell zajímal o elektřinu. V 1854, 20. února, píše dopis od Cambridge do Glasgow W. Thomsonu. Zde je začátek tohoto slavného dopisu:

"Drahý Thomson! Když jsem vstoupil do bezbožné školy bakalářů, začal jsem přemýšlet o čtení. Je velmi příjemný někdy být mezi zaslouženě uznávanými knihy, které ještě nečetli, ale měli by číst. Ale máme silnou touhu vrátit se do fyzických subjektů a někteří z nás chtějí útočit na elektřinu. "

Po absolvování kurzu se Maxwell stal členem Trinity College of Cambridge University a v roce 1855 vstoupil do královské společnosti Edinburgh. Nicméně, on brzy opustil Cambridge a vrátil se do svého rodného Skotska. Profesor Forbes ho informoval, že v Aberdeenu, volné místo profesorů fyziky byl otevřen v Marihan College a on má každou šanci ji vzít. Maxwell přijal návrh a v dubnu 1856 (za 24 let!) Zadal novou pozici. V Aberdeen Maxwell pokračuje v práci na problematice elektrodynamiky. V roce 1857 posílá M. Faraday svou práci "na Faraday Power Lines."

Maxwell v Aberdeen široce slávy obdržel svou práci na stabilitě prstenů Saturn. Od studia mechaniky Saturn kroužků byl přechod k posouzení pohybu molekul plynu zcela přirozené. V roce 1859, Maxwell uskutečnil zasedání britské asociace pro rozvoj vědy se zprávou o dynamické teorii plynů. Tato zpráva označila svůj plodný výzkum v oblasti kinetické teorie plynů a statistické fyziky.

V roce 1860, Maxwell přijal pozvání Londýnské Royal College a vypracoval tam v hodnosti profesora. Nebyl to skvělý přednášející a neudělal přednášku zvlášť. Proto další přestávka ve výuce byla poněkud žádoucí než nepříjemná, a umožnila plně ponořit se při řešení fascinujících problémů teoretické fyziky.

Podle A. Einstein, Faraday a Maxwell hrál ve vědě elektřiny stejné role, které Galilee a Newton v mechanice. Vzhledem k tomu, že Newton dal otevřené galilejské mechanické účinky na matematickou formu a tělesné odůvodnění a Maxwell to udělal ve vztahu k objeví Faraday. Maxwell dal nápady na Faraday přísné matematické formy, představil termín "elektromagnetické pole", formulované matematické zákony popisující toto pole. Galilee a Newton položili základy mechanického obrazu světa, Faraday a Maxwell - elektromagnetické.

Maxwell začal své představy o elektromagnetismu od roku 1857, kdy byl napsán již zmíněný článek "na Faraday Power Lines". Zde je široce používán hydrodynamickými a mechanickými obdobími. To umožnilo Maxwell aplikovat matematické přístroje irské matematiky U. Hamiltonu a exprese elektrodynamických poměrů v matematickém jazyce. V budoucnu se metody teorie pružnosti nahrazují hydrodynamickými obdobími: pojmy deformace, tlak, vír, a podobně. Na základě toho společnost Maxwell přichází na pole rovnice, které v této fázi ještě nebyly sníženy na jeden systém. Zkoumání dielektroric, Maxwell vyjadřuje myšlenku "posunu proudu", stejně jako stále mlhavé, myšlenka spojení světla a elektromagnetického pole ("Electrotonic State") v Faraday formulaci, který Maxwell pak použil.

Tyto myšlenky jsou uvedeny v článcích "o fyzických liniích síly" (1861-1862). Jsou napsány v nejúplnějším londýnském období (1860-1865). Zároveň byly uvolněny slavné výrobky Maxwell "Dynamic teorie elektromagnetického pole" (1864-1865), kde byly myšlenky vyrobeny o sjednocené povaze elektromagnetických vln.

Od roku 1866 do roku 1871, Maxwell žil ve svém porodu Mocleby, opouštějící občas do Cambridge pro zkoušky. Maxwell neopustil vědecké třídy. Sotva pracoval na hlavní práci svého života "pojednání o elektřině a magnetismu," napsal knihu "Teorie tepla", řadu článků o teorii kinetických plynů.

V roce 1871 nastala důležitá událost. Na agenti potomkům potomků Cavendish v Cambridge, byla zavedena ministerstvo experimentální fyziky a byla zahájena výstavba experimentální laboratoře, která je v historii fyziky známa jako cavendish laboratoř (obr. 10.3). Maxwell byl vyzván, aby se stal prvním profesorem na katedře a pracovat laboratoře. V říjnu 1871 přečetl inaugurační přednášku na pokyny a význam experimentálního výzkumu ve vysokoškolském vzdělávání. Tato přednáška se stala vzdělávacím programem experimentální fyziky po mnoho let dopředu. 16. června 1874 byla otevřená laboratoř Cavendish.

Od té doby laboratoř se stala centrem světové fyzikální vědy po mnoho desetiletí, to samé je nyní. Již více než sto let projeli tisíce vědců, mezi nimiž mnozí z těch, kteří dosáhli slávy světové fyzikální vědy. Po Maxwell, cavendish laboratoř v čele s mnoha vynikajícími vědci: J. J. Thomson, E. Rutherford, L. Bragg, N. F. Mott, A. B. Pippard, a další.

Obr. 10.3.

Po výstupu "pojednání o elektřině a magnetismu", ve kterém byla formulována teorie elektromagnetického pole, Maxwell se rozhodne napsat knihu "elektřina elektřiny na základní prezentaci", aby se vytvořil a distribuoval své myšlenky. Maxwell pracoval na knize, ale jeho pohoda se stala horší. Zemřel 5. listopadu 1879 a bez svědky triumfu jeho teorie.

Držme nás na kreativním dědictví vědce. Maxwell opustil hlubokou stezku ve všech oblastech fyzikální vědy. Není divu, že řada fyzických teorií nosí jeho jméno. On navrhl termodynamický paradox, který již mnoho let nedal mír s fyzikem, "Demon Maxwell." V kinetické teorii byly zavedeny pojmy známé jako: "Maxwellova distribuce" a statistiky "Maxwell - Boltzmann". Jeho Peru patří také elegantní studium stability prstenů Saturn. Kromě toho Maxwell vytvořil mnoho malých vědeckých mistrovských děl v široké škále oblastí - od první barevné fotografie na světě před vývoji metody pro radikální odstranění tukových skvrn z oblečení.

Obraťme se k diskusi teorie elektromagnetických polí - quintessence vědecké kreativity Maxwell.

Je pozoruhodné, že James Clerk Maxwell se narodil v tenhle rok, kdy Michael Faraday otevřel fenomén elektromagnetické indukce. V Maxwell, kniha Faraday "Experimentální výzkum elektřiny" byla provedena zvláštní dojem.

Během Maxwell, tam byly dvě alternativní teorie elektřiny: teorie "mocenských linek" Faraday a teorie vyvinuté francouzskými vědci přívěskem, Ampery, Bio, Savar, Arago a Laplase. Počáteční poloha druhé je myšlenka dlouhého rozsahu - okamžitého přenosu interakce z jednoho těla do druhého bez pomoci jakéhokoliv středního média. Realistický zloděj Faraday nemohl sladit s takovou teorií. Byl naprosto přesvědčen, že "nemohou jednat, kde to není." Středa, kterým je náraz vysílán, Faradays nazývá "pole". Pole, to věřilo, pronikl, magnetické a elektrické "elektrické vedení".

V roce 1857 se článek Maxwell objevil v "Práce filozofické společnosti Cambridge" - "na Faraday Power Lines". Obsahoval celý program výzkumu na elektřinu. Všimněte si, že v tomto článku byla Maxwellova rovnice již napsána, ale zatím bez posunu proudu. Požadoval výrobek "na Faraday Power Lines" pokračoval. Elektrohydraulické analogie dávaly hodně. S jejich pomocí byly zaznamenány užitečné diferenciální rovnice. Ale ne všichni se podařilo podrobit elektrohydraulické analogie. To nehodilo nejdůležitější zákon elektromagnetické indukce v jejich rámci. Bylo nutné přijít s novým pomocným mechanismem, který usnadňuje pochopení procesu, což odráží současně a translační tok proudů a rotační, vírovou povahu magnetického pole.

Maxwell nabídl speciální prostředí, jehož víry, ve kterých jsou tak malé, které se hodí uvnitř molekul. Otáčení "molekulárních vír" vytváří magnetické pole. Směr os vortices molekul se shoduje s jejich pevnostními liniemi a sami mohou být reprezentovány jako tenké rotující válce. Vnější, v kontaktu s víry by se mělo pohybovat v opačných směrech, tj. Zabránit vzájemnému pohybu. Jak můžete zajistit otáčení dvou dalších převodů v jednom směru? Maxwell navrhl, že mezi řadami molekulárních vír umístily vrstvu nejmenších sférických částic ("volnoběžná kola") schopná otočit. Teď by se vortice mohly otáčet v jednom směru a vzájemně ovlivnit.

Maxwell začal studovat chování svého mechanického modelu v případě vodičů a dielektriků a dospěl k závěru, že v médiu mohou nastat elektrické jevy, které zabraňuje průchodu proudu v dielektriku. Nechte "volnoběžná kola" nemohla v těchto prostředích v rámci působení elektrického pole pohybovat postupně, ale jsou posunuty z jejich poloh při aplikaci a odstranění elektrického pole. Maxwell vyžadovala velká vědecká odvaha, aby identifikovala toto posunutí poplatků za poplatek. Koneckonců, tento proud - aktuální offset - Nikdo se nesledoval. Po tom, Maxwell nevyhnutelně musel udělat další krok - rozpoznat schopnost vytvořit samofické pole za tímto proudem.

Maxwell Mechanical model tak umožnil nakreslit následující závěr: změna elektrického pole vede k vzhledu magnetického pole, tj. K fenoménu, naproti Fardayayevsky, když změna magnetického pole vede k vzhledu pole elektrického.

Další článek Maxwell věnovaný elektřině a magnetismu je "na fyzických elektrických vedeních". Elektrické jevy potřebné pro jejich vysvětlení pevné látky, jako ocel, ether. Maxwell neočekávaně se ocitl v roli O. Fresnel, nucen "vymyslet" vysvětlit polarizační jevy jeho "optický" ether, pevný, oba ocel, a propustný jako vzduch. Maxwell poukazuje na podobnost dvou prostředí: "Lighton" a "Elektro". Postupně se blíží k jeho velkému objevu "jediné přírody" světelných a elektromagnetických vln.

V dalším článku, "Dynamická teorie elektromagnetického pole" - Maxwell poprvé použil termín "elektromagnetické pole". "Teorie, kterou navrhuje, může být nazýván teorií elektromagnetického pole, protože se zabývá prostorem okolních elektrických nebo magnetických těles a může být také nazýván dynamickou teorií, protože umožňuje, aby v tomto prostoru je v tomto prostoru pohyb, skrze který se vyrábějí pozorované elektromagnetické jevy.

Když Maxwell přivedl rovnice v "Dynamické teorii elektromagnetického pole", z nichž jeden z nich svědčil, zdálo se, že tam bylo ještě pojmenováno po Fardays: Magnetické účinky byly ve formě příčných vln. Maxwell si všiml, že by mělo být více z jeho rovnic: spolu s magnetickými účinky, elektrická porucha je distribuována ve všech směrech. Elektromagnetická vlna v plném smyslu slova, včetně elektrických a magnetických poruch současně, se objevila v Maxwell později, již ve výlevě, v roce 1868, v článku "na způsob přímého porovnání elektrostatického výkonu s elektromagnetickým Poznámka o elektromagnetické teorii světla ".

Masleby Maxwell dokončil hlavní práci života - "pojednání o elektřině a magnetismu", nejprve publikován v roce 1873 a následně překročen několikrát. Obsah této knihy, samozřejmě, byl především články pro elektromagnetismu. "Dovážte" systematicky dává základy vektorového počtu. Poté jsou dodržovány čtyři části: elektrostatika, elektrocintrakční, magnetismus, elektromagnetismus.

Všimněte si, že Maxwell výzkumná metoda je ostře odlišná od metod jiných výzkumných pracovníků. Nejen každá matematická hodnota, ale každá matematická operace je obdařena hlubokým fyzickým významem. Každá fyzická hodnota zároveň odpovídá jasné matematické charakteristiky. Jeden z hlav "pojednání" se nazývá "hlavní rovnice elektromagnetického pole". Zde jsou hlavní rovnice elektromagnetického pole z této pojednání. Tak, s pomocí vektorového výpočtu, Maxwell jednoduše udělal, co bylo dříve provedeno s pomocí mechanických modelů, ukázalo se elektromagnetické pole rovnice.

Zvažte fyzický význam Maxwellových rovnic. První rovnice naznačuje, že zdroje magnetického pole jsou proudové a mění elektrické pole. Brilantní hádání Maxwell byl zavedení zásadně nového konceptu - proudem posunutí - jako samostatný termín v generalizovaném Amper Act - Maxwell:

kde N. - Vektorové magnetické pole pole; j. - elektrická proudová hustota vektoru, ve kterém je posuvný proud přidán do Maxwell; D. - vektor elektrické indukce; C je určité trvalé.

Tato rovnice vyjadřuje magnetoelektrickou indukci, otevřený maxwell a na základě zobrazení aktuálního posunu.

Dalším okamžitým uznáním myšlenky Maxwell byla myšlenka Faraday povahy elektromagnetické indukce - výskyt indukčního proudu v obvodu, počet magnetických elektrických vedení, ve kterém se mění nebo vzhledem k relativnímu pohybu obvodu a magnetu nebo kvůli změně magnetického pole. Maxwell zaznamenal následující rovnici:

kde E. - Vektorová síla elektrické pole; V -

magnetický napínací moment napětí a odpovídajícím způsobem: -

změna magnetického pole v čase, C je určitý trvalý.

Tato rovnice odráží zákon elektromagnetické indukce Faraday.

Je třeba vzít v úvahu další důležitou vlastnost elektrických a magnetických indukčních vektorů. E. V. Zatímco elektrické elektrické vedení začínají a končí na poplatcích, které jsou zdroji polí, elektrické vedení magnetického pole jsou na sobě uzavřeny.

V matematice se používá operátor "Divergence" (terénní diferenciace) - DIV k označení vlastností vektoru pole. Pomocí tohoto, maxwell přidá další dva na dvě dostupné rovnice:

kde p je hustota elektrických nábojů.

Třetí rovnice Maxwell vyjadřuje zákon zachování množství elektřiny, čtvrtý - vortexový charakter magnetického pole (nebo nepřítomnosti magnetických nábojů).

Elektrické a magnetické indukční vektory zahrnuté v uvažovaně rovnicích a napětí elektrických a magnetických polí jsou spojeny s jednoduchými poměry a mohou být zaznamenány ve formě následujících rovnic:

kde e je dielektrická konstanta; P je magnetická permeabilita média.

Kromě toho můžete napsat další poměr, který váže vektor napětí E. a specifická vodivost:

Pro reprezentaci plného systému Maxwellových rovnic je nutné zaznamenat více okrajových podmínek. Tyto podmínky by měly splňovat elektromagnetické pole na okraji sekce dvou prostředí.

kde o - povrchová hustota elektrických nábojů; I je povrchová hustota proudu vodivosti na zvažovaném rozhraní. V konkrétním případě, kdy nejsou žádné povrchové proudy, poslední podmínka jde do:

J. Maxwell tedy přichází k definici elektromagnetického pole jako typ hmoty, vyjadřující všechny své projevy ve formě systému rovnic. Všimněte si, že Maxwell nepoužíval vektorové označení a zaznamenal své rovnice v dostatečně těžkopádném složce. Moderní forma Maxwellových rovnic se objevila kolem roku 1884 po dílech O. Heviside a Gersi.

Maxwellovy rovnice jsou jedním z největších úspěchů nejen fyziky, ale také civilizace obecně. Kombinují přísnou logičťost charakteristiku přírodních věd, krásy a proporcionality, která se vyznačuje uměleckými a humanitárními vědami. Rovnice s nejvyšší možné přesností odrážejí podstatou přírodních jevů. Potenciál Maxwellových rovnic není zdaleka vyčerpaný, na jejich základě se objevují všechny nové práce, vysvětlení nejnovějších objevů v různých oblastech fyziky - od supravodivosti k astrofyzice. Systém Maxwell Equations je základem moderní fyziky, a stále neuskutečňuje fakt, který by odporoval těmto rovnicím. Znalost Maxwellových rovnic, přinejmenším jejich fyzické subjekty, je nutně pro každou vzdělanou osobu, nejen fyzikální fyziku.

Maxwellovy rovnice byly předchůdce nové neinikální fyziky. Ačkoli Maxwell sám, ve svých vědeckých odsouzeních, byl "klasický" muž k mozku kostí, napsal samotné rovnice patřily jiné vědě jiné než ten, který byl známý a blízký vědce. To dokazuje alespoň skutečnost, že Maxwellovy rovnice jsou nerovnoměrné vůči transformacím Galilie, ale jsou invariantní s ohledem na transformace Lorentz, které zase podloží relativistickou fyziku.

Na základě získaných rovnic se Maxwell vyřešil specifické úkoly: stanovení koeficientů elektrické permeability řady dielektrika, vypočtené koeficienty samo-indukce, vzájemně indukce cívek atd.

Maxwellovy rovnice umožňují provést řadu základních závěrů. Může být hlavní - existence příčných elektromagnetických vln šířených rychlostí.

Maxwell zjistil, že neznámé číslo C se ukázalo být přibližně roven přístupu elektromagnetických a elektrostatických nábojových jednotek, což je přibližně 300 000 kilometrů za sekundu. Přesvědčen o univerzálnosti jeho rovnic, ukazuje, že "Světlo je elektromagnetické rozhořčení." Uznání konečného, \u200b\u200bi když velmi velká, rychlost šíření elektromagnetického pole kamene na kameni nenechala teorie příznivců "okamžitého dlouhého dosahu".

Nejdůležitějším důsledkem elektromagnetické teorie světla bylo předpovězeno maxwell lehký tlak. Podařilo se mu vypočítat, že v případě, kdy v jasném počasí, sluneční světlo absorbované rovinou v jednom čtverečním měřiči dává 123,1 kg měřiče energie za sekundu. To znamená, že na tomto povrchu tlačí směrem k jejímu pádu se silou 0,41 miligramů. Tak, Maxwellova teorie byla posílena nebo rozpadající se v závislosti na výsledcích dosud implementovaných experimentů. Existují nějaké elektromagnetické vlny s vlastnostmi podobnými světlu? Je tam lehký tlak? Po smrti Maxwell, Heinrich Hertz odpověděl na první otázku, na druhém - Peter Nikolaevich Lebedev.

J. K. Maxwell je gigantická postava ve fyzikální vědě a jako osobě. Ve vzpomínce na Maxwell Lidé budou žít stejně jako lidstvo. Maxwellovo jméno je imortalizováno ve jménu kráteru na Měsíci. Nejvyšší hory na Venuše jsou pojmenovány po Velkého vědce (Maxwell Mountain). Stoupají 11,5 km nad střední hladinou povrchu. Také jeho jméno nese největší dalekohled na světě, který může pracovat v podkladovém rozsahu (0,3-2 mm) -Tolescale. J. K. Maxwell (JCMT). Nachází se na havajských ostrovech (USA), na Highland Terrain Maunu Kea (4200 m). Hlavní 15metrové dálkové zrcadlo JCMT je vyrobeno z 276 samostatných hliníkových fragmentů pevně spojených dohromady. Teleskop Maxwell se používá k prozkoumání sluneční soustavy, mezihvězdného prachu a plynu, stejně jako vzdálené galaxie.

Po Maxwell se elektrodynamika stala zásadně odlišná. Jak se rozvíjela? Všimli jsme si nejdůležitější směr vývoje - experimentální potvrzení hlavních ustanovení teorie. Ale teorie sama také vyžadovala určitý výklad. V tomto ohledu je nutné poznamenat zásluhy ruského vědce Nikolai Alekseevich UMOVA, kteří vedli oddělení fyziky Moskevské univerzity od roku 1896 do roku 1911

Nikolai Alekseevich Umov (1846-1915) - Ruský fyzik, narozený ve městě Simbirsk (nyní Ulyanovsk), vystudoval Moskevskou univerzitu. Učil se na univerzitě Novorossiysk (Odessa), a pak v Moskvě, kde od roku 1896 po smrti A. G. Zoltolova v čele s oddělením fyziky.

Práce je věnována různým problémům fyziky. Hlavním byl vytvoření učení o pohybu energie (Vector Umov), který nastínil v roce 1874 v jeho doktorské disertační práci. Mindiony zátoce jsou obdařeny s vysokou občanskou odpovědností. Spolu s dalšími profesory (V. I. Vernadský, K. A. Timiryazev,

N. D. Zelinsky, P. N. Lebedev) On v roce 1911 opustil Moskevskou univerzitu v protest proti činu reakčního ministra školství L. A. Casso.

Mysl byla aktivní propaganda vědy, popularizátor vědeckých poznatků. Téměř první z vědců fyziků, pochopil potřebu vážných a účelných studií pedagogických technik fyziky. Většina vědců z nejstarší generace jsou jeho studenti a následovníci.

Hlavní zásluhy UMOVA - vývoj cvičení na energetické hnutí. V roce 1874 získal obecný výraz pro vektoru hustoty energie toku energie ve vztahu k elastickým médiím a viskózním tekutinám (vektorová umika). Po 11 letech anglický vědec John Henry ukazuje (1852-1914) udělal totéž pro proud elektromagnetické energie. Takže v teorii elektromagnetismu se objevil známý vektor UMOVA. - Směřující.

Polohování bylo jedním z těch vědců, kteří okamžitě přijali teorii Maxwell. Je nemožné říci, že tito vědci měli spoustu dost, Maxwell sám pochopil. Maxwell teorie nebyla okamžitě pochopena i v cavendish laboratoři vytvořené ho. Nicméně, s příchodem teorie elektromagnetismu, poznání přírody vzrostla na kvalitativně odlišnou úroveň, což, jak se to vždy stává, je stále více a více odstranění z přímých smyslných nápadů. Jedná se o normální proces sentrity doprovázející veškerý vývoj fyziky. Historie fyziky dává mnoho podobných příkladů. Stačí připomenout ustanovení kvantové mechaniky, zvláštní teorie relativity, jiné moderní teorie. Takže elektromagnetické pole během Maxwell byl sotva k dispozici pro pochopení lidí, včetně vědeckého média, a čím více není k dispozici pro jejich smyslové vnímání. Nicméně po experimentálních prací, Hertz vznikl představy o vytvoření bezdrátové komunikace pomocí elektromagnetických vln, které skončily vynálezem rádia. Vznik a vývoj technologie rozhlasového komunikace tedy otočilo elektromagnetické pole do známého a obvyklého konceptu.

Klíčovou roli v vítězství teorie elektromagnetického pole Maxwell hrála německý fyzik Heinrich Rudolf Hertz. Hertzův zájmu o elektrodynamiku byl stimulován G. L. Helmholtzem, který s ohledem na to, že je nutné "Objednat" tuto oblast fyziky, navrhl, že voláky pracují v procesech v odemknutých elektrických obvodech. Zpočátku Hertz opustil téma, ale pak pracoval v Carlsruhe, objevil zařízení, které by mohly být použity pro tyto studie. To předurčilo jeho volbu, zejména proto, že Hertz sám, dobrý poznání teorie Maxwell, byl plně připraven na tento výzkum.

Henry Rudolf Hertz (1857-1894) - Německý fyzik, se narodil v roce 1857 v Hamburku v rodině právníka. Studoval na univerzitě v Mnichově, a pak v Berlíně v helmholts. Od roku 1885 pracuje Hertz pracuje ve vyšší technické škole v Karlsruhe, kde jeho výzkum začíná, odejde na objev elektromagnetických vln. Byly pokračovány v roce 1890 v Bonnu, kde Hertz přesunul, nahrazoval jako profesor experimentální fyziky R. Clausius. Zde se stále zapojuje do elektrodynamiky, ale postupně se jeho zájmy přesunou do mechaniky. Hertz zemřel 1. ledna 1894 v rozkvětu talentu ve věku 36 let.

Začátkem prací, Hertz Elektrické oscilace byly již studovány poměrně detailní. William Thomson (Lord Kelvin) byl získán výraz, který je nyní známý každý školák:

kde T. - období elektrických oscilací; ALE - indukčnost, která thomson volala "elektrodynamickou kapacitu" vodiče; C - kapacita kondenzátoru. Formule obdržel potvrzení v experimentech Berenda Wilhelm Feddersen.(1832-1918), který studoval oscilace vypouštění Leiden Bank.

Článek "Na velmi rychlých elektrických výkyvách" (1887), Hertz vede popis jejich experimentů. Jejich podstata vysvětluje Obrázek 10.4. V konečné formě používané firmou Herz byl oscilující okruh dvě kondicionáři SIS ", umístěný ve vzdálenosti asi 3 m od sebe a připojeného měděného drátu, uprostřed, z nichž došlo k vypouštění V indukční cívka. Přijímač byl obrys aCDB. s rozměry 80 x 120 cm, s jiskrovou mezerou M. V jedné z krátkých stran. Detekce byla stanovena přítomností slabé jiskry v pojmu M. Vodiče, s nimiž experimentoval Hertz, jsou v moderním jazyce antény s detektorem. Nyní nosí jména vibrátor a rezonátor Hertz.


Obr. 10.4.

Podstatou získaných výsledků bylo, že elektrická jiskrou v pojmu V způsobil jiskru v pojmenu M.Zpočátku Hertz, vysvětlující experimenty, nemluví o Maxwell Waves. Mluví jen o "interakci dirigentů" a snaží se hledat vysvětlení v teorii dlouhého dosahu. Provádění experimentů, Hertz zjistil, že při nízkých vzdálenostech je povaha distribuce "elektrické energie" podobná oblasti dipólu, a pak snižuje pomalejší a má úhlovou závislost. Nyní bychom řekli, že jestavec má anizotropní vzor orientace. To je samozřejmě radikálně v rozporu s teorií dlouhého dosahu.

Po analýze výsledků experimentů a provádění vlastních teoretických studií, Hertz přijme teorii Maxwell. Získá se k závěru o existenci elektromagnetických vln rozmnožujících konečnou rychlost. Nyní Maxwell rovnice již nejsou abstraktní matematický systém a měly by být přivedeny k tomuto druhu tak, aby byly vhodné použít.

Hertz získal experimentálně předpovězenou teorii elektromagnetických vln Maxwell a ne méně důležitých, prokázal jejich identitu se světlem. K tomu bylo nutné prokázat, že s pomocí elektromagnetických vln je možné dodržovat známé účinky optiky: lomu a odraz, polarizace atd. Hertz splnil tyto studie, které požadovaly virtuózní experimentální dovednosti: prováděl experimenty na šíření, odrazu, lomu, polarizaci elektromagnetických vln otevřených jim. Zrcadla se vestavěná pro experimenty s těmito vlnami (Hertzová zrcátka), asfaltový hranol atd. Hertzová zrcátka jsou znázorněna na OBR. 10.5. Experimenty ukázaly úplnou identitu pozorovaných účinků s těmi, které byly dobře známé pro světelné vlny.

Obr. 10.5.

V roce 1887, v práci "na vlivu ultrafialového světla na elektrické výboji", Hertz popisuje fenomén, který začal volat externí fotografie. Zjistil, že když je ozářen s ultrafialovými paprsky, vysokonapěťovými elektrodami, výtok dochází ve větší vzdálenosti mezi elektrodami než bez ozáření.

Tento efekt pak komplexně zkoumal ruský vědec Alexander Grigorievich Tsoletov. (1839-1896).

V roce 1889, na Kongresu německých přírodovědců a lékařů, si Hertz přečetl zprávu o vztahu mezi světlem a elektřinou, která vyjádřila svůj názor na obrovský význam teorie Maxwell, nyní potvrzeno experimenty.

Experimenty Hertz produkovaly furoru ve vědeckém světě. Mnohokrát se opakují a lišili. Jeden z těch, kteří to byli Peter Nikolaevich Lebedev. Dostal nejkratší elektromagnetické vlny v té době a v roce 1895 udělal experimenty s nimi na dvojité bempoine. Ve své práci se Lebedev dal úkol postupného snížení vlnové délky elektromagnetického záření, takže nakonec je nemocní s dlouhými infračervenými vlnami. Samotný Lebedev se nemohl udělat, ale to bylo provedeno ve 20. století ruských vědců 20. století Alexandra Andreevna Glagolev-Arkadyev (1884-1945) a Maria Afanasyevna Levitskaya. (1883-1963).

Peter Nikolaevič Lebedev (1866-1912) - Ruský fyzik, narozený v roce 1866 v Moskvě, vystudoval Univerzitu ve Štrasburku a začal pracovat v Moskvě University v roce 1891. Lebedev zůstal v historii fyziky jako experimentátor-virtuoso, autor výzkumu provedeného skromným způsobem na pokraji technických schopností té doby, stejně jako zakladatelem obecně uznávané vědecké školy v Moskvě, odkud slavný Ruský vědci PP Lazarev, od SI Vavilov přišel. A. R. Collie atd.

Lebedev zemřel v roce 1912, brzy poté, co spolu s ostatními profesory opustil Moskevskou univerzitu v protest proti jednání reakčního ministra školství L. A. Casso.

Nicméně, hlavní zásluhy Lebedevu před fyzikou je, že experimentálně měřil předpovězenou teorii světelného tlaku Maxwell. Studie tohoto účinku Lebedevu věnovala celou životnost: v roce 1899 byl zvýšen experiment, což dokázalo přítomnost tlaku světla na pevných látkách (obr. 10.6) a v roce 1907 - na Gaze. Leedevova práce na lehkém tlaku se stala klasickou, jsou jedním z vrcholů experimentu konce XIX - raného XX století.

Libedevovy experimenty na lehkém tlaku mu přinesl svět slávu. Při této příležitosti, W. Thomson řekl: "Bojoval jsem celý život s Maxwellem, aniž bych rozpoznal jeho lehký pohyb, ale ... Lebedev mě odehrál před jeho experimenty."

Obr. 10.6.

Experimenty Hertz a Lebedevu konečně schválily prioritu teorie Maxwell. Co se týče praxe, tj. Praktická aplikace zákonů elektromagnetismu, pak začátkem XX století. Lidstvo již žilo ve světě, ve kterém se elektřina stala obrovskou roli. To bylo usnadněno bouřlivými inventivními aktivitami v aplikaci elektrických a magnetických jevů otevřených fyziků. Všimněte si některých z těchto vynálezů.

Jednou z prvních aplikací elektromagnetismu nalezeného v komunikační techniku. Telegraph existoval od roku 1831 v roce 1876. Americký fyzik, vynálezce a podnikatel Alexander Bell. (1847-1922) vynalezl telefon, který byl pak zlepšen slavným americkým vynálezcem Thomas Alva Edison. (1847-1931).

V roce 1892 Anglický fyzik William Cruks. (1832-1912) Formuloval principy rozhlasové komunikace. Ruský fyzik Alexander Stepanovich Popov. (1859-1906) a italský vědec Gullymo Marconi. (1874-1937) ve skutečnosti je současně aplikován v praxi. Obvykle se objeví otázka priority podle tohoto vynálezu. Popov trochu dříve demonstroval možnosti zařízení vytvořeného ho, ale nepozoroval ho jako Marconi. Ten druhý a určil tradiční tradici, aby zvážila Marconi "otec" rádio na západě. To bylo usnadněno oceněním Nobelovy ceny v roce 1909. Popov, zřejmě by také byl mezi laureáty, ale v té době už byl naživu, a Nobelova cena byla udělena pouze zdravými vědci. Přečtěte si více o historii vynálezu, rádio bude řečeno v části VI knihy.

Elektrické jevy se snažily používat pro osvětlení v XVIII století. (Voltova Arc), v budoucnu bylo toto zařízení zlepšeno Pavlom Nikolayevich Yablochkov.(1847-1894), který v roce 1876 vynalezl první-vhodný elektrický světelný zdroj pro praktické použití (Svíčka jablka). Nicméně, ona nenalezla široké použití, především, protože v roce 1879. T. Edison byl vytvořen žárovku poměrně odolný design a pohodlný pro průmyslovou výrobu. Všimněte si, že žárovka byla vynalezena v roce 1872 ruskou elektrotechniku Alexander Nikolayevich Lodygina (1847- 1923).

Otázky řízení

  • 1. Jaké studie Maxwell pracoval v Marisal College? Jakou roli Maxwell hraje ve vývoji učení o elektřině a magnetismu?
  • 2. Kdy byla organizována cavendish laboratoř? Kdo se stal svým prvním ředitelem?
  • 3. Jaký zákon se nepopsal s pomocí elektrohydraulických analogií?
  • 4. S jakým modelem Maxwell dospěl k závěru o existenci posunu proudu a fenoménu magnetoelektrického indukce?
  • 5. V jakém článku Maxwell nejprve použil termín "elektromagnetické pole"?
  • 6. Jak je systém rovnic vypracovaných Maxwell zaznamenaným?
  • 7. Proč jsou Maxwell rovnice považovány za jeden z triumfálních úspěchů lidské civilizace?
  • 8. Jaké závěry Maxwell z teorie elektromagnetického pole?
  • 9. Jak se elektrodynamika rozvíjela po Maxwell?
  • 10. Jak se Hertz uzavřel o existenci elektromagnetických vln?
  • 11. Jaké je hlavní zásluhy Lebedevu před fyzikou?
  • 12. Jak je teorie elektromagnetického pole používané v technice?

Úkoly pro nezávislou práci

  • 1. J. K. Maxwell. Životopis a vědecké úspěchy v elektrodynamice a dalších oblastech fyziky.
  • 2. Empirické a teoretické základy teorie elektromagnetického pole Maxwell.
  • 3. Historie vytváření Maxwellových rovnic.
  • 4. Fyzická podstata Maxwellových rovnic.
  • 5. J. K. Maxwell - první ředitel Cavendish Laboratory.
  • 6. Jak je systém Maxwell rovnice v současné době zaznamenán: a) v integrální podobě; b) V diferenciální podobě?
  • 7. G. Herz. Životopis a vědecké úspěchy.
  • 8. Historie detekce elektromagnetických vln a jejich identifikace se světlem.
  • 9. Experimenty P. N. Lebedevu pro detekci lehkého tlaku: schéma, úkoly, obtíže a význam.
  • 10. Práce A. A. Glagolevoy-Arkadyeva a M. A. Levitskaya pro generování krátkých elektromagnetických vln.
  • 11. Historie otevření a studia fotografického efektu.
  • 12. Vývoj Maxwellovy elektromagnetické teorie. Pracuje J. G. Pininging, N. A. UMOVA, O. Heviside.
  • 13. Jak byl elektrický telegraf vynalezen a zlepšil a zlepšil?
  • 14. Historické fáze vývoje elektrického a rádiového inženýrství.
  • 15. Historie vytváření osvětlovacích zařízení.
  • 1. Kudryavtsev, P. S. Historie fyziky. - 2. ed. - M.: Enlightenment, 1982.
  • 2. Kudryavtsev, P. S. Historie fyziky: Ve 3 tunách. - M.: Enlightenment, 1956-1971.
  • 3. Spassky, B. I. Historie fyziky: Ve 2 tunách. - M.: Vyšší škola, 1977.
  • 4. Dorfman, ya. G. Světová historie fyziky: 2 tuny. - M.: Věda, 1974-1979.
  • 5. Golin, pane Klasika fyzikální vědy (od starověku před začátkem XX století) / M. Golin, S. R. Filonovich. - M.: Vyšší škola, 1989.
  • 6. Khramov, yu. A. Fyzika: Biografická referenční kniha. - M.: Věda, 1983.
  • 7. Virginsky, V. S. Eseje historie vědy a technologie v letech 1870-1917. / V. S. Virginsky, V. F. Hotenkov. - M.: Vzdělání, 1988.
  • 8. Viktovski, N. Sentimentální historie vědy. - M.: Hummingbird, 2007.
  • 9. Maxwell, J. K. Vybrané práce na teorii elektromagnetického pole. - M.: Gittle, 1952.
  • 10. Kuznetsova, O. V. Maxwell a vývoj fyziky XIX-XX Centuries: So. Články / d. ed. L. S. Polak. - M.: Věda, 1985.
  • 11. Maxwell, J. K. Pojednání o elektřině a magnetismu: ve 2 tunách. - M.: Věda, 1989.
  • 12. Kartsev, V. P. Maxwell. - M.: Mladý stráž, 1974.
  • 13. Niven, w. Život a vědecká činnost J. K. Maxwell: Stručná esej (1890) // J. K. Maxwell. Hmoty a pohyb. - M.: Izhevsk: RHD, 2001.
  • 14. Harman, R. M. Přírodní filozofie Jamese Clerk Maxwell. - Cambridge: Univerzitní tisk, 2001.
  • 15. Bolotovsky, B. M. Oliver Heviside. - M.: Věda, 1985.
  • 16. Gorokhov, V. G. Tvorba radiotechnická teorie: Od teorie k praxi na příkladu technických důsledků z otevření města Hertz // Viet. - 2006. - № 2.
  • 17. Rezervovaná série "ZHZL": "Lidé vědy", "tvůrci vědy a technologie."
Co říká Světlo Suvorov Sergey Georgievich

Teorie elektromagnetického pole Maxwell

Maxwell's Merit je, že našel matematickou formu rovnic, ve kterých jsou přidruženy hodnoty elektrického a magnetického napětí, které vytvářejí elektromagnetické vlny, s rychlostí šíření v prostředí s určitými elektrickými a magnetickými vlastnostmi. Stručně řečeno, zásluhy Maxwell je vytvořit teorii elektromagnetickýpole.

Vytvoření této teorie umožnila maxwell vyjádřit další nádherný nápad.

Ve specifickém případě interakce proudů a poplatků měřilo elektrické a magnetické namáhání, což představuje veličiny charakterizující elektrické a magnetické vlastnosti prostoru zbaveného reálného média ("dutiny"). Nahrazují všechny tyto údaje do svých rovnic, vypočítá rychlost šíření elektromagnetické vlny. Podle něj se ukázalo, že se rovná 300 tisíc kilometrů za sekundu, tj. Stejná rychlost světla! Ale ve své době byla rychlost světla určena čistě opticky: vzdálenost pořízená světelným signálem ze zdroje do přijímače byla rozdělena během jeho pohybu; Nikdo nemohl přemýšlet o elektrických a magnetických napětí nebo elektrických a magnetických vlastnostech média.

Má takovou shodu rychlostí?

Maxwell provedl odvážný předpoklad: rychlost světla a rychlost elektromagnetických vln jsou stejné, protože světlo má stejnou povahu - elektromagnetické.

Z dobrodružství pana Tompkins autorem Gama Georgy.

KAPITOLA 9 MAXWELL DEMON Účast na neuvěřitelných dobrodružstvích, během něhož profesor nezmeškal pohodlný případ věnovat panu Tompkins v tajemství fyziky, pan Tompkins byl stále více proniknut šarmem slečny Mod. Konečně přišel den

Z knihy Lékařská fyzika Autor Podcolzina vera aleksandrovna

42. Koncepce teorie Maxwell. SHIFT proud J. Maxwell vytvořil teorii elektromagnetického pole v rámci klasické fyziky. V srdci teorie J. Maxwell položila dvě ustanovení.1. Jakékoliv vysídlené elektrické pole generuje vírové magnetické pole. Proměnné

Z knihy Teorie relativity - podvody dvacátého století Autor Sekerin Vladimir Illyich.

6.4. Na invariéci Maxwellových rovnic, požadavku invariance (beze změny) Maxwellových rovnic při popisu šíření elektromagnetického záření v systému, vztaženo, na které se zdroj pohybuje nějakou rychlostí, je matematická forma

Z knihy Průběh dějin fyziky Autor Stepanovich Kudryavtsev Pavel.

Od knihy Laser Historie Autor Bertalotti Mario.

Vznik a vývoj teorie elektromagnetického pole příčných světelných vln Fresnelů stanovilo řadu obtížných problémů týkajících se povahy etheru, tj. Tento hypotetický prostředek, ve kterém jsou distribuovány světelné oscilace. Před nimi

Z knihy historie etheru Autor Terentyev Michail Vasilyevich.

Maxwellova teorie Maxwelle století později, v roce 1864, J. K. Maxwell (1831-1879) otevřel elektromagnetickou a ne pružnou povahu světelných výkyvy, shrnuje ji ve slavných rovnicích, které nesou své jméno a popisují rozdílné elektrické a magnetické jevy

Z knihy, která vynalezla moderní fyziku? Z kyvadla Galilejního k kvantové gravitaci Autor Gorlinea Gennady Efimovich.

Kapitola 4 Vznik konceptu elektromagnetického pole. M. Faraday, J. K. Maxwell 4.1. Anglie v 19. století, není možné najít přímé spojení mezi těmito událostmi jako objevem samo-indukce Faraday (1831), zavedení Bias současné Maxwell (1867), a řekněme, parlamentní reformy

Z knihy Hyperspace Kaku Michio.

Z knihy Nová mysl krále [o počítačích, myšlení a zákonech fyziky] Autor penrose roger.

Z knihy autora

Kapitola 5 Teorie první a jediné pole

Z knihy autora

Z elektrických vedení Faraday do pole Maxwell Field talentovaný člověk, který by učinil velký objev, pomáhá i nedostatku vzdělání. Syn kováře, student reboter, Faraday byl samoučit, ale jeho zájem o vědu a schopnosti věnovala pozornost prominentnímu

Z knihy autora

Teorie pole - jazyk fyziky Pojem polí nejprve představil vynikající britský vědec XIX století. Michael Faraday. Syn chudého kovář, Faraday byl samo-lepený génius, který dělal komplikované experimenty s elektřinou a magnetismem. Reprezentoval elektrické vedení, které, jako dlouho

Z knihy autora

Teorie gravitačního pole Einstein, který formuloval jeho fyzický princip, nevěděl o dílech Riemann, nemá matematický jazyk a schopnosti nezbytné pro vyjádření tohoto principu. Tři dlouhé, odrazující roky (1912-1915) strávil

Z knihy autora

Silná teorie pole Od univerzitní práce, Faraday, všechny fyzické teorie byly zaznamenány ve formě polí. Na teorii pole byla založena teorie Maxwellova teorie světla, jako je Einstein teorie. V podstatě se veškerá fyzika částic spoléhá na teorii pole. Není založen pouze na něm

Fyzické pole - Jedná se o speciální formu hmoty, která existuje v každém místě prostoru, který projevuje vliv na látku s vlastnostem souvisejícím s tím, který vytvořil tuto oblast.

tělo + náboj pole Tělo + náboj

Například v případě jediného rádiového pulsního záření, při značné vzdálenosti mezi vysílacími a přijímacími anténami v určitém okamžiku se ukázalo, že signál je již vyzařován vysílací anténou, ale dosud nepřijal recepci. V tomto okamžiku bude energetika signálu lokalizována ve vesmíru. V tomto případě je zřejmé, že energetický dopravce není známým materiálovým prostředím, ale představuje jinou fyzickou realitu pole .

Existuje zásadní rozdíl v chování látky a oborů.

Hlavní rozdíl je hladkost. Látka má vždy ostrou hranici objemu, kterou trvá, a pole nebude mít zásadně ostré hranici ( makroskopický přístup ), mění hladce z bodu do bodu. V jednom bodě prostoru může dojít k nekonečnému počtu fyzických oblastí, které se nemají dotýkat, což nelze říci o látce. Pole a látka se mohou vzájemně proniknout.

EMF a elektrický náboj jsou základními pojmy týkajícími se fyzikálních jevů elektromagnetismu.

EMP. - Jedná se o speciální formu hmoty, kterým se provádí interakce mezi elektrickými poplatky. nepřetržitý distribuce ve vesmíru (EMV, EMF nabitá částice) a detekce diskrétnost struktury (fotony), charakterizované schopností šířit ve vakuu při rychlosti blízké zzajištění nárazového dopadu částic v závislosti na jejich rychlosti .

EMF může být plně popsán pomocí skalárního a vektorového potenciálu podle teorie relativity, jediného čtyřrozměrného vektoru v prostoru, jejichž součásti jsou transformovány do přechodu z jednoho inerciálního referenčního systému do druhého v souladu s Transformace Lorenz.

Elektrický náboj - majetek částic látky nebo těles charakterizujících jejich vztah s vlastním EMF a jejich interakcí s externím EMF; Má dva druhy známé jako kladný náboj (protonový náboj) a záporný (elektronový náboj) náboj; Kvantitivně stanovena energetickou interakcí těles s elektrickými poplatky .

Idealizace je vhodná pro analýzu EMF "Point Charge" - náboj zaměřený na bod. Nejmenší poplatek v přírodě je považován za elektronový náboj e. el. \u003d 1,602 10 -19 Cl, takže Tel Poplatky musí být více e. el. .

Je však často vhodné zvážit náboj nepřetržitě distribuovaný (makroskopický přístup). Existuje koncept objemového (, Cl / m 3), povrchní (
, Cl / m 2) a lineární ( , CL / M) Hustota náboje.

. (1.1)

. (1.2)

. (1.3)

EMF pevných elektrických nábojů je neoddělitelně spojeno s částicemi, které jej generují, ale EMF na nabitý pohyb částic zrychlené může existovat nezávisle na látku ve formě EMV .

EMV. - Em oscilace se šíří v prostoru časem s konečnou rychlostí.

Ve studii EMF jsou detekovány dvě formy jeho projevu - elektrická a magnetická pole, která mohou být podávány následující definice.

Elektrické pole - jeden z projevy EMF, v důsledku elektrických nábojů a změnou magnetického pole, které má účinek na nabité částice a tělesy zjištěné silou pevný nabitá těla a částic.

Magnetické pole - jeden z projevy EMF v důsledku elektrických poplatků pohyblivý nabité částice (a těly) a změna elektrického pole, které ovlivňuje výkon pohyblivý nabité částice detekované silou působícími normálně ke směru pohybu těchto částic a úměrné jejich rychlosti .

Oddělení EMF na elektrickém a magnetickém poli je relativní, protože závisí na volbě setrvačného referenčního systému, ve kterém je vyšetřen EMF. Například, pokud se některý systém skládá z odpočinku elektrických poplatků, pak ve studii EMP v tomto systému, bude stanovena přítomnost elektrického pole a nepřítomnost magnetického. Pokud se však jiný souřadný systém pohybuje ve vztahu k tomuto systému, bude magnetické pole detekováno ve druhém systému.

Hlavní vlastnosti EMF.zvážit (napnutí elektrické komponenty ) I. (magnetická indukce ), které popisují projev mechanických sil v EMF a může být přímo měřeno. Síla elektrického pole může být definována jako síla působící na bodový náboj známé hodnoty ( síla sh. Kulona ):

. (1.4)

Magnetická indukce určená silou působícím na bodový poplatek q. známá velikost pohyblivý v magnetickém poli rychlostí , (síla lorentze )
:

. (1.5)

Pomocné charakteristiky EMF jsou (elektrická indukce nebo elektrické posunutí ) I. (napětí magnetické složky EMF ). Jména charakteristik EMF nejsou nesporné, ale vyvinuly se historicky. Jednotky měření hlavních vlastností EMF jsou uvedeny na straně 3. Budeme používat Mezinárodní systémové jednotky SI nejpohodlnější pro. \\ t praktický aplikace.

Připojení mezi hlavními a pomocnými vlastnostmi se provádí pomocí materiálové rovnice :

. (1.6)

. (1.7)

Ve většině mediálních vektorů a jako já. a ,collinearny. (Příloha 1). Ale v případě hyroelektrického (feroelektrického) a gyromagnetických (feromagnetů) prostředí a stát se tenzor hodnoty a specifikované ve vektorových vektorech mohou ztratit kolinearitu.

Hodnota
volala magnetický průtok .

Hodnota -vodivost střední. S ohledem na tuto hodnotu se můžete připojit hustota kondolence proudu (j. atd ) a síla pole:

. (1.8)

Rovnice (1.8) je diferenciální forma zákon ohm. pro pozemek řetězu.

Pole jsou rozděleny skalární , vektor a tenzor .

Skalární pole - To je nepřetržitě distribuováno v každém bodě prostoru určitou skalární funkci s oblastí definování (obr. 1.1). Scalar pole je charakterizováno povrchová úroveň (například na obr. 1.1 - ekvipotenciální řádky), že rovnice specifikuje:
.

Vektorové pole - Jedná se o nepřetržitou vektorovou hodnotu nastavenou v každém bodě prostoru s oblastí definování (obr. 1.2) Hlavní charakteristikou tohoto pole je vector linka , v každém bodě vektor pole zaměřená tečnou. Fyzický záznam stejně jako nejsilnější linie :
.

Tenzorové pole - Jedná se o kontinuální tenzorovou hodnotu distribuovanou ve vesmíru. Například pro anizotropní dielektrikou se jeho relativní dielektrická konstanta stává hodnotou tenzoru:
.

Shmelev v.e., Sbitsv S.A.

"Teoretické základy elektrotechniky"

"Teorie elektromagnetického pole"

Kapitola 1. Základní pojmy teorie elektromagnetického pole

§ 1.1. Stanovení elektromagnetického pole a jeho fyzikálních veličin.
Matematický přístroj teorie elektromagnetického pole

Elektromagnetické pole(EMF) se nazývá typ hmoty, která má silný účinek na nabité částice a stanoveno ve všech bodech dvou párů vektorových hodnot, které charakterizují dvě strany - elektrická a magnetická pole.

Elektrické pole - Jedná se o EMF složku, která se vyznačuje vystavením elektricky nabité částice s silou úměrnou nabití částic a nezávisí na jeho rychlosti.

Magnetické pole - Jedná se o EMF složku, která je charakterizována vystavením pohybující se částici s sílou úměrnou nabití částic a jeho rychlosti.

Hlavní vlastnosti a metody výpočtu EMF, studovaných v průběhu teoretických základů EMF, naznačují kvalitativní a kvantitativní studium EMF, nalezené v elektrických, radiosměrově elektronických a biomedicínských zařízeních. Za tímto účelem elektrodynamické rovnice jsou nejvhodnější v integrálních a diferenčních formách.

Matematické zařízení teorie elektromagnetického pole (temp) je založen na teorii skalárního pole, vektoru a tenzorové analýzy, stejně jako diferenciální a integrální počet.

Otázky řízení

1. Co je to elektromagnetické pole?

2. Co se nazývá elektrické a magnetické pole?

3. Co je matematický přístroj teorie elektromagnetického pole?

§ 1.2. Fyzikální veličiny charakterizující EMF

Elektrické pole síly vektoru V Point. Q. Volaný vektor síly působící na elektricky nabitou částici umístěnou na bod Q. Pokud má tato částice jeden kladný náboj.

V souladu s touto definicí elektrickou silou působící na bodový poplatek q. rovná:

kde E. měří se v per / m.

Magnetické pole je charakterizováno vektor magnetická indukce. Magnetická indukce při některém pozorovacím bodě Q. - Jedná se o vektoru, jehož modul se rovná magnetickému výkonu působícímu na nabité částici umístěné v bodě Q. mající jediný náboj a pohyb při jedné rychlosti a vektory síly, rychlostí, magnetické indukce, stejně jako náboje částic splňují podmínku

.

Magnetická síla působící na křivkovací vodič s proudem může být stanovena vzorcem

.

Na rovném vodiči, pokud je v jednotném poli, následující magnetické síly

.

Ve všech nedávných vzorcích B. - magnetická indukce, která se měří v teslas (TL).

1 TL je taková magnetická indukce, při které se magnetická síla působí na přímém vodiči s proudem 1a, rovnou 1N, pokud jsou magnetické indukční vedení směrovány kolmo k vodiči s proudem, a pokud je délka vodiče 1m .

Kromě napětí elektrického pole a magnetické indukce v teorii elektromagnetického pole se uvažují následující vektorové množství:

1) elektrická indukce D. (Elektrický posunutí), který se měří v Cl / m 2,

EMF vektory jsou prostorové a časové funkce:

kde Q. - pozorovací bod, t. - Moment času.

Pokud je pozorovací bod Q. Mezi odpovídajícími vektorovými výpary se nachází ve vakuu, pak se uskuteční tyto poměry.

kde - absolutní dielektrická permeabilita vakua (hlavní elektrická konstanta), \u003d 8,85419 * 10 -12;

Absolutní magnetická permeabilita vakua (základní magnetická konstanta); \u003d 4π * 10 -7.

Otázky řízení

1. Co je síla elektrické pole?

2. Co se nazývá magnetická indukce?

3. Jaká je magnetická síla působící na pohyblivou nabitou částici?

4. Jaká je magnetická síla působící na dirigenta s proudem?

5. Jaké vektorové hodnoty jsou elektrické pole?

6. Jaké hodnoty vektorové hodnoty jsou magnetické pole?

§ 1.3. Zdroje elektromagnetického pole

Zdroje EMF jsou elektrické náboje, elektrické dipóly, pohybující se elektrické náboje, elektrické proudy, magnetické dipóly.

Koncepty elektrického náboje a elektrického proudu jsou v průběhu fyziky informováni. Elektrické proudy jsou tři typy:

1. Aktuální proudy.

2. Posuňte proudy.

3. Přeneste proudy.

Současné vedení - rychlost průchodu pohyblivých nábojů elektricky vodivého tělesa přes nějaký povrch.

Shift Current. - Rychlost změn v proudu elektrického vysídlovacího vektoru přes nějaký povrch.

.

Přenosový proud Charakterizované následujícím výrazem

kde pROTI. - přenosová rychlost těl přes povrch S.; n. - vektor jednotlivé normální k povrchu; - lineární hustota náboje těles létajících povrchem, ve směru normálu; ρ je objemová hustota elektrického náboje; ρ. pROTI. - Přeneste hustotu proudu.

Elektrický dipolem Volal pár bodových poplatků + q. a - q.Nachází se ve vzdálenosti l.od sebe (obr. 1).

Bodový elektrický dipól je charakterizován elektrickým momentem dipólu:

Magnetický dipól. Volal plochý okruh s úrazem elektrickým proudem I. I. Magnetický dipól je charakterizován magnetickým dipólovým momentem vektoru

kde S. - Vektorové čtverec plochého povrchu natažené na obrysu s proudem. Vektor S. řízený kolmo k tomuto rovnému povrchu, a pokud se podíváte z konce vektoru S. Pohyb podél obrysu ve směru, který se shoduje se směrem proudu, dojde proti směru hodinových ručiček. To znamená, že směr dipólového magnetického momentu vektoru je spojen se směrem proudu podle pravidla pravého šroubu.

Atomy a molekuly látky jsou elektrické a magnetické dipóly, takže každý bod reálného typu v EMF může být charakterizován hromadnou hustotou elektrického a magnetického momentu dipólu:

P. - Látka elektrická polarita:

M. - Magnetizace hmoty:

Elektrická polarita hmoty - Jedná se o velikost vektoru rovnou volumetrickou hustotou elektrického momentu dipólu v určitém bodě reálného těla.

Magnetizace hmoty - Jedná se o vektorovou velikost rovnou hromadnou hustotou magnetického momentu dipólu v určitém bodě reálného těla.

Elektrické posunutí - Jedná se o vektorovou hodnotu, která pro jakýkoliv bod pozorování, bez ohledu na to, zda se jedná o ve vakuu nebo v látce, je určen z poměru:

(pro vakuum nebo látku),

(pouze pro vakuum).

Napětí magnetického pole - Vrstvová velikost, která pro jakýkoliv pozorovací bod, bez ohledu na to, zda se jedná o ve vakuu nebo v látce, je stanovena z poměru:

,

kde se měří pevnost magnetického pole v a / m.

Kromě polarity a magnetizace existují i \u200b\u200bdalší zdroje distribuované objemem EMF:

- hustota objemu elektrického náboje ; ,

kde se měří objemová hustota elektrického náboje v Cl / m3;

- vektor elektrické proudové hustotynormální složka, která je rovna

V obecnějším případě proud tekoucí přes neosknutý povrch S.se rovná průtoku vektoru proudu hustoty tímto povrchem:

tam, kde se vektoru elektrické proudové hustoty měří v A / M 2.

Otázky řízení

1. Jaké jsou zdroje elektromagnetického pole?

2. Co je vedení proudu?

3. Jaký je proud posunu?

4. Jaký je přenosový proud?

5. Co je to elektrický dipól a elektrický dipólový moment?

6. Jaký je magnetický dipól a magnetický dipólový moment?

7. Co se nazývá elektrická polarita a magnetizace hmoty?

8. Co se nazývá elektrické posunutí?

9. Co se nazývá napětí magnetického pole?

10. Jaká je hustota objemu elektrického náboje a proudové hustoty?

Příklad aplikace MATLAB

Úkol.

Dano.: Elektrický proudový obrys I. I. Prostor je obvod trojúhelníku, kartézské souřadnice vrcholů, které jsou uvedeny: x. 1 , x. 2 , x. 3 , y. 1 , y. 2 , y. 3 , z. 1 , z. 2 , z. 3. Zde jsou nižší indexy - vrcholy čísla. Vrcholy jsou očíslovány ve směru elektrického proudu.

Požadované Funkce MATLAB Computing Dipól magnetický točivý moment vektor. Při tvorbě M-souboru lze předpokládat, že prostorové souřadnice se měří v metrech a proud v Amperes. Je povolena libovolná organizace vstupních a výstupních parametrů.

Rozhodnutí

% m_dip_moment - výpočet magnetického momentu dipólu trojúhelníkového obvodu s proudem ve vesmíru

% Pm \u003d m_dip_moment (tok, uzly)

% Vstupních parametrů

% TOK - proud v obvodu;

% Uzly je čtvercová matice pohledu. "V každém řádku jsou zaznamenány souřadnice odpovídajícího vrcholu.

% Výstupního parametru

% Pm - matrice-linka kartézských složek magnetického momentu dipólu.

funkce pm \u003d m_dip_moment (tok, uzly);

pm \u003d tok *)]) det ()]) det ()])] / 2;

% V posledním operátora vektoru čtverečního trojúhelníku se násobí současným

\u003e\u003e uzly \u003d 10 * rand (3)

9.5013 4.8598 4.5647

2.3114 8.913 0.18504

6.0684 7.621 8.2141

\u003e\u003e PM \u003d M_DIP_MOMENT (1, uzly)

13.442 20.637 -2.9692

V tomto případě se ukázalo P. M \u003d (13.442 * 1 X. + 20.637*1 y. - 2.9692*1 Z.) A * m 2, pokud je proud v obvodu 1 A.

§ 1.4. Prostorové diferenciální operátory v teorii elektromagnetického pole

Spád skalární pole φ ( Q.) = Φ( x, Y, Z) Vektorové pole se nazývá vzorec:

,

kde PROTI. 1 - plocha obsahující bod Q.; S. 1 - Omezující oblast uzavřeného povrchu PROTI. 1 , Q. 1 - bod patřící k povrchu S. jeden ; Δ - největší vzdálenost od bodu Q.na tečky na povrchu S. 1 (max. | Q Q. 1 |).

Divergence Vektorové pole F. (Q.)=F. (x, Y, Z) To se nazývá skalární pole definované vzorcem:

Rotor(spirála) vektoru pole F. (Q.)=F. (x, Y, Z) To se nazývá vektorové pole definované vzorcem:

trouchnivění. F. =

Provozovatel Nádsyl. - Jedná se o vektorový diferenciální operátor, který v kartézských souřadnicích je určen vzorcem:

Představte si Grad, Div a Hot přes operátora jménem:

Tyto operátory píšeme v kartézských souřadnicích:

; ;

Laplace operátor v kartézských souřadnicích je určen vzorcem:

Diferenciální operátory druhého řádu:

Integrální věty

Gradient teorém ;

Věta o divergenci

Teorém rotoru

V teorii EMP se také používá jeden z integrálních větrodností:

.

Otázky řízení

1. Co se nazývá skalární pole gradient?

2. Co se nazývá vektorové pole divergence?

3. Co se nazývá vektorové pole Rotor?

4. Co je nábor operátora a jak je diferenciální diferenciální operátoři prvního řádu vyjádřit?

5. Jaké jsou integrální věty platné pro skalární a vektorové pole?

Příklad aplikace MATLAB

Úkol.

Dano.: V objemu tetrahedry se skalární a vektorová pole mění podle lineárního zákona. Souřadnice vrcholů tetrahedronu jsou dány matricí formy [ x. 1 , y. 1 , z. 1 ; x. 2 , y. 2 , z. 2 ; x. 3 , y. 3 , z. 3 ; x. 4 , y. 4 , z. čtyři]. Hodnoty skalárního pole ve vrcholech jsou nastaveny matricí [F1; F 2; F3; F 4]. Cartesian komponenty vektorového pole ve vrcholech jsou nastaveny matricí [ F. 1 X., F. 1y., F. 1z.; F. 2x., F. 2y., F. 2z.; F. 3x., F. 3y., F. 3z.; F. 4x., F. 4y., F. 4z.].

Určit V objemu gradientu tetrahedronu skalárního pole, stejně jako divergence a rotor pole vektoru. Funkce MATLAB.

Rozhodnutí. Níže je uveden text funkce M.

% grad_div_rot - výpočet gradientu, divergence a rotor ... v objemu tetrahedry

% \u003d Grad_div_rot (uzly, skalární, vektor)

% Vstupních parametrů

% Uzlů - tetrahedronový vrcholový souřadnicový matrice:

% řádků odpovídají vrcholům, sloupci - souřadnice;

% Scalar - sloupec matrice hodnot skalárního pole ve vrcholech;

% Vektor - Matrix komponenty vektoru pole ve vrcholech:

% Výstupních parametrů

% Grad - matrice-linka kartézských složek gradientu skalárního pole;

% DIV - hodnota divergence vektoru vektoru v objemu tetrahedronu;

% ROT - matrice-linka kartézských komponent vektoru polní rotor.

% V případě výpočtů se předpokládá, že v objemu tetrahedronu

% Vektorové a skalární pole měnit v prostoru lineární zákon.

funkce \u003d grad_div_rot (uzly, skalární, vektorové);

a \u003d INV (); % Matice lineárních interpolačních koeficientů

grad \u003d (A (2: konec, :) * skalární). "% Komponenty gradientu skalárního pole

div \u003d * vektor (:); % Vektorové pole divergence

rot \u003d součet (kříž (2: konec, :), vektor. "), 2).";

Příklad zahájení vyvinuté funkce M:

\u003e\u003e uzly \u003d 10 * rand (4,3)

3.5287 2.0277 1.9881

8.1317 1.9872 0.15274

0.098613 6.0379 7.4679

1.3889 2.7219 4.451

\u003e\u003e SCALAR \u003d RAND (4,1)

\u003e\u003e Vector \u003d Rand (4.3)

0.52515 0.01964 0.50281

0.20265 0.68128 0.70947

0.67214 0.37948 0.42889

0.83812 0.8318 0.30462

\u003e\u003e \u003d grad_div_rot (uzly, skalární, vektor)

0.16983 -0.03922 -0.17125

0.91808 0.20057 0.78844

Pokud předpokládáme, že prostorové souřadnice jsou měřeny v metrech a vektorové a skalární pole jsou bezrozměrné, pak v tomto příkladu se ukázalo:

grad f \u003d (-0,16983 * 1 X. - 0.03922*1 y. - 0.17125*1 Z.) M -1;

divák F. \u003d -1,0112 m -1;

trouchnivění. F. = (-0.91808*1 X. + 0.20057*1 y. + 0.78844*1 Z.) M -1.

§ 1.5. Základní zákony teorie elektromagnetického pole

EMF rovnice v integrované formě

Kompletní aktuální:

nebo

Magnetické pole napětí vektoru cirkulace podél obrysu l.rovna plnému elektrickému proudu proudícím povrchem S., natažený na obrysu l.Pokud je směr proudu vytvořen se směrem obvodu obvodu projekčního systému.

Elektromagnetický indukční zákon:

,

kde E. C je síla elektrické pole třetí strany.

EMF elektromagnetická indukce e. A v obrysu l.rovna rychlosti změny magnetického toku přes povrch S., natažený na obrysu l.a směr míry změny formy magnetického toku se směrem e. a levý systém.

Gaussova věta v integrované formě:

Proud elektrického vysídlovacího vektoru přes uzavřený povrch S. rovna množství volných elektrických poplatků v omezeném povrchu S..

Zákon kontinuity magnetických indukčních linek:

Magnetický průtok skrz jakýkoliv uzavřený povrch je nula.

Přímé použití rovnic v integrální podobě umožňuje výpočet nejjednodušších elektromagnetických polí. Pro výpočet elektromagnetických polí složitější formy se používají rovnice v diferenciální formě. Tyto rovnice se nazývají Maxwell rovnice.

Maxwell rovnice pro pevné médium

Tyto rovnice jsou přímo následovány z odpovídajících rovnic v integrální podobě az matematických definic prostorových diferenciálních operátorů.

Kompletní aktuální zákon v diferenciální podobě:

,

Plná elektrická proudová hustota

Hustota třetích stran,

Hustota kondolence proudu

Posunutí proudové hustoty:,

Přeneste hustotu proudu :.

To znamená, že elektrický proud je vírový zdroj vektoru magnetického pole síly.

Zákon elektromagnetické indukce v diferenciální podobě:

To znamená, že střídavé magnetické pole je vírový zdroj pro prostorové rozložení vektoru pevnosti v poli.

Rovnice kontinuity magnetických indukčních linek:

To znamená, že pole magnetického indukčního vektoru nemá zdroje, tj. V přírodě nejsou žádné magnetické náboje (magnetické monopoly).

Gaussova věta v diferenciální podobě:

To znamená, že zdroje vektoru vektoru elektrického posuvu jsou elektrické náboje.

Aby byla zajištěna jedinečnost řešení problému analýzy EMF, je nutné doplnit Maxwellovy rovnice s rovnicemi materiálové komunikace mezi vektory E. a D. , jakož i B. a H. .

Vztahy mezi vektorovými vektory a elektrofyzikálními vlastnostmi média

Je známo že

(1)

Všechny dielektriky jsou polarizovány pod akcí elektrického pole. Všechny magnetiky jsou magnetizovány pod působením magnetického pole. Statické dielektrické vlastnosti látky mohou být plně popsány funkční závislostí polarizačního vektoru P. Z elektrické pole síly vektoru E. (P. =P. (E. )). Statické magnetické vlastnosti látky mohou být plně popsány funkční závislostí magnetizačního vektoru M. z magnetického pole síly vektoru H. (M. =M. (H. )). Obecně jsou tyto závislosti nejednoznačné (hystereze). To znamená, že vektor polarity nebo magnetizace v bodě Q. určeno nejen hodnotou vektoru E. nebo H. V tomto bodě, ale také prehistorie změny vektoru E. nebo H. V tomto bodě. Experimentálně prozkoumat a model tyto závislosti jsou velmi obtížné. Proto v praxi často předpokládá, že vektory P. a E. , jakož i M. a H. Collinear a elektrofyzikální vlastnosti látky popisují skalární hystereze funkce (| P. |=|P. |(|E. |), |M. |=|M. |(|H. |). Pokud mohou být charakteristika hystereze výše uvedených funkcí zanedbáno, jsou elektrofyzikální vlastnosti popsány jednoznačnými funkcemi. P.=P.(E.), M.=M.(H.).

V mnoha případech mohou být tyto funkce přibližně lineární, tj.

Poté s ohledem na vztah (1) můžete zaznamenat následující

, (4)

Relativní dielektrická a magnetická propustnost látky tedy: \\ t

Absolutní dielektrická konstanta látky:

Absolutní magnetická propustnost látky:

Vztahy (2), (3), (4) charakterizují dielektrické a magnetické vlastnosti látky. Elektricky vodivé vlastnosti látky mohou být popsány zákonem OHM v diferenciální formě.

kde - specifická elektrická vodivost látky měřená v cm / m.

Ve všeobecném případě je závislost mezi hustotou vedení proudu a vektoru elektrického pole nelineární vektor-hystereze.

Energie elektromagnetického pole

Volumetrická hustota energie elektrického pole je stejná

,

kde W. EH se měří v J / m 3.

Hustota hromadné energie magnetického pole je rovna

,

kde W. M se měří v J / m 3.

Hustota volumetrické energie elektromagnetického pole je rovna

V případě lineárních elektrických a magnetických vlastností látky se hromadná hustota energie EMF rovná

Tento výraz platí pro okamžité hodnoty specifické energie a EMF vektorů.

Specifická síla tepelných ztrát z vodivodivých proudů

Specifická síla zdrojů třetích stran

Otázky řízení

1. Jak je plný aktuální zákon v integrální podobě?

2. Jak je zákon elektromagnetické indukce v integrované formě?

3. Jak je to Gaussova věta a zákon kontinuity magnetického toku v integrální formě Formulad?

4. Jak je plné současné právo v diferenciální podobě?

5. Jak je zákon elektromagnetické indukce v diferenciální podobě?

6. Jak je to Gaussova věta a zákon kontinuity magnetických indukčních linek v integrální podobě?

7. Jaké poměry jsou elektrofyzikální vlastnosti látky popisují?

8. Jak je energie elektromagnetického pole přes vektorové magnitudy, které ji určuje?

9. Jak je specifická síla tepelné ztráty a specifickou sílu zdrojů třetích stran?

Příklady MATLAB.

Úkol 1..

Dano.: Uvnitř objemu magnetické indukce tetrahedry a magnetizace látky se liší podle lineárního zákona. Dává se také souřadnice vrcholů tetrahedra, jsou také specifikovány hodnoty magnetických indukčních vektorů a magnetizace látky ve vrcholech.

Vypočítat Elektrická hustota proudu v objemu tetrahedronu pomocí funkce M, zkompilovaná řešením problému v předchozím odstavci. Výpočet je vyroben v příkazovém okně MATLAB, za předpokladu, že prostorové souřadnice se měří v milimetrech, magnetické indukci - v teslasu, napětí magnetického pole a magnetizace - v kA / m.

Rozhodnutí.

Určete zdrojová data ve formátu kompatibilním s m-funkcí grad_div_rot:

\u003e\u003e uzly \u003d 5 * rand (4,3)

0.94827 2.7084 4.3001

0.96716 0.75436 4.2683

3.4111 3.4895 2.9678

1.5138 1.8919 2.4828

\u003e\u003e b \u003d rand (4.3) * 2.6-1.3

1.0394 0.41659 0.088605

0.83624 -0.41088 0.59049

0.37677 -0.54671 -0.49585

0.82673 -0.4129 0.88009

\u003e\u003e MU0 \u003d 4E-4 * pi% absolutní magnetická vakuová permeabilita, ichn / mm

\u003e\u003e m \u003d rand (4.3) * 1800-900

122.53 -99.216 822.32

233.26 350.22 40.663

364.93 218.36 684.26

83.828 530.68 -588.68

\u003e\u003e \u003d grad_div_rot (uzly, ty (4,1), b / m0-m)

0-3.0358E-017 0

914.2 527.76 -340.67

V tomto příkladu se ukázalo, že vektoru plné proudu hustoty ve zvážení objemu se ukázalo jako stejný (-914.2 * 1 X. + 527.76*1 y. - 340.67*1 Z.) A / mm 2. Chcete-li určit modul aktuální hustoty, proveďte následující prohlášení:

\u003e\u003e CUR_D \u003d SQRT (CUR_DENS * CUR_DENS. ")

Vypočítaná hodnota proudu hustota nelze získat ve vysoce magnetizovaných médiích v reálných technických zařízeních. Tento příklad je čistě vzdělávací. A nyní zkontrolujte správnost úkolu distribuce magnetické indukce v objemu tetrahedronu. Chcete-li to provést, proveďte následující operátor:

\u003e\u003e \u003d grad_div_rot (uzly, ty (4,1), b)

0-3.0358E-017 0

0.38115 0.37114 -0.55567

Zde jsme dostali hodnotu div B. \u003d -0.34415 TL / mm, který nemůže být v souladu se zákonem kontinuity magnetických indukčních linek v diferenciální formě. Z toho vyplývá, že distribuce magnetické indukce v objemu tetrahedronu je definována správně.

Úloha 2..

Nechte tetrahedron, souřadnice vrcholů, jejichž jsou nastaveny, je ve vzduchu (měřicí jednotky - metry). Nechte napětí elektrického pole ve svých vrcholů (jednotky měření - KV / m) jsou specifikovány.

Požadované Vypočtěte objemovou hustotu elektrického náboje uvnitř tetrahedronu.

Rozhodnutí Můžete udělat totéž:

\u003e\u003e uzly \u003d 3 * rand (4,3)

2.9392 2.2119 0.59741

0.81434 0.40956 0.89617

0.75699 0.03527 1.9843

2.6272 2.6817 0.85323

\u003e\u003e EPS0 \u003d 8.854E-3% Absolutní dielektrická propustnost vakua, NF / m

\u003e\u003e e \u003d 20 * rand (4,3)

9.3845 8.4699 4.519

1.2956 10.31 11.596

19.767 6.679 15.207

11.656 8.6581 10.596

\u003e\u003e \u003d grad_div_rot (uzly, ty (4,1), e * eps0)

0.076467 0.21709 -0.015323

V tomto příkladu se objemová hustota náboje ukázala jako 0,10685 μl / m3.

§ 1.6. Hraniční podmínky pro vektory EMF.
Zákon o úspoře. Teorem UMOVA-Shooting

nebo

Zde je uvedeno: H. 1 - Vektor napnutí magnetického pole na povrchu média oddílu v médiu č. 1; H. 2 - totéž ve středu číslo 2; H. 1t. - tangenciální (tangenta) složka napětí magnetického pole na povrchu média oddíl ve středu č. 1; H. 2t. - totéž ve středu číslo 2; E. 1 Vektor kompletní napětí elektrického pole na povrchu média oddílu v médiu č. 1; E. 2 - totéž ve středu číslo 2; E. 1 C je složka třetí strany napětí elektrického pole na povrchu média oddíl ve středu č. 1; E. 2c - totéž ve středu číslo 2; E. 1t. - tangenciální složka vektoru napětí elektrického pole na povrchu média oddíl ve středu č. 1; E. 2t. - totéž ve středu číslo 2; E. 1c. t. - tangenciální složka třetí strany napětí elektrického pole na povrchu média ve středu č. 1; E. 2t. - totéž ve středu číslo 2; B. 1 - Vektor magnetické indukce na povrchu mediálního oddílu v médiu č. 1; B. 2 - totéž ve středu číslo 2; B. 1n. - normální složka magnetického indukčního vektoru na povrchu média ve středu č. 1; B. 2n. - totéž ve středu číslo 2; D. 1 - Vektor elektrického posunutí na povrchu média v médiu č. 1; D. 2 - totéž ve středu číslo 2; D. 1n. - normální složka elektrického vysídlovacího vektoru na povrchu média ve středu č. 1; D. 2n. - totéž ve středu číslo 2; σ Je povrchová hustota elektrického náboje na rozhraní rozhraní, měřená v Cl / m 2.

Zákon o úspoře

Pokud nejsou žádné zdroje proudu třetích stran

,

a v obecném případě, tj. Plně proudová hustota vektoru nemá zdroje, tj. Plné současné řádky jsou vždy zavřené

Teorem UMOVA-Shooting

Volumetrická hustota výkonu spotřebovaná hmotným bodem v EMF je rovna

V souladu s totožností (1)

Jedná se o rovnici kapacity rovnice pro objem PROTI.. V obecném případě, v souladu s rovností (3), elektromagnetický výkon generovaný zdroji uvnitř objemu PROTI., Jedná se do tepelných ztrát, na akumulaci EMF energie a záření do okolního prostoru přes uzavřený povrch, který omezuje tento objem.

Integrovaný výraz v integrálu (2) se nazývá ukazující vektor:

,

kde P. Měřeno ve w / m 2.

Tento vektor se rovná hustotě elektromagnetického výkonu v určitém pozorovacím bodě. Rovnost (3) - Existuje matematická vyjádření věty melova-směřující.

Elektromagnetická síla emitovaná oblast PROTI. V okolním prostoru se rovná průtoku polohovacího vektoru přes uzavřený povrch S.Omezující oblast PROTI..

Otázky řízení

1. Jaké výrazy popisují okrajové podmínky pro elektromagnetické pole vektor na povrchu média?

2. Jak je zákon úsporného poplatku v diferenciální podobě?

3. Jak je pořadí uložení poplatku v integrální podobě?

4. Jaké výrazy popisují okrajové podmínky pro hustotu proudu na povrchu části média?

5. Jaká je objemová hustota výkonu spotřebovaná hmotným bodem v elektromagnetickém poli?

6. Jak je elektromagnetická rovnicová rovnice napsaná pro nějaký objem?

7. Co ukazuje vektor?

8. Jak je UMOVA-ukazující teorém Formulad?

Příklad aplikace MATLAB

Úkol.

Dano.: Ve vesmíru je trojúhelníkový povrch. Souřadnice vrcholů jsou nastaveny. Jsou také specifikovány hodnoty vektorových vektorů napětí elektrického a magnetického pole ve vrcholech. Složka třetí strany napětí elektrického pole je nula.

Požadované Vypočítejte elektromagnetickou výkon procházející tímto trojúhelníkovým povrchem. Proveďte funkci MATLABu, která provede tento výpočet. Když výpočty předpokládají, že vektor pozitivních norem je zaměřen tak, že pokud se podíváte od jeho konce, pohyb v pořadí zvyšování vrcholů bude probíhat proti směru hodinových ručiček.

Rozhodnutí. Níže je uveden text funkce M.

% Em_power_tri - výpočet elektromagnetické energie procházejících

% trojúhelníkový povrch ve vesmíru

% P \u003d em_power_tri (uzly, e, h)

% Vstupních parametrů

% uzly - čtvercová matice typu. ",

% V každé řadě, z nichž jsou zaznamenány souřadnice odpovídajícího vrcholu.

% E - matrice složek napěťového vektoru elektrického pole ve vrcholech:

% řádků odpovídají vrcholům, sloupci - kartézské komponenty.

% H - matrice komponenty magnetického pole napětí v vrcholů.

% Výstupního parametru

% P - elektromagnetická síla procházející trojúhelníkem

% V výpočtech se předpokládá, že na trojúhelníku

% Pole Napětí vektory se mění v prostoru lineárním zákonem.

funkce P \u003d EM_Power_tri (uzly, E, H);

% Vypočítat vektor dvojitý čtvereček trojúhelník

S \u003d)]) det ()]) det ()])];

P \u003d součet (kříž (E, ty (3.3) oko (3)) * h, 2)) * s. "/ 24;

Příklad zahájení vyvinuté funkce M:

\u003e\u003e uzly \u003d 2 * rand (3,3)

0.90151 0.5462 0.4647

1.4318 0.50954 1.6097

1.7857 1.7312 1.8168

\u003e\u003e e \u003d 2 * rand (3,3)

0.46379 0.15677 1.6877

0.47863 1.2816 0.3478

0.099509 0.38177 0.34159

\u003e\u003e h \u003d 2 * rand (3,3)

1.9886 0.62843 1.1831

0.87958 0.73016 0.23949

0.6801 0.78648 0.076258

\u003e\u003e p \u003d em_power_tri (uzly, e, h)

Předpokládá se, že prostorové souřadnice jsou měřeny v metrech, vektoru pevnosti elektrického pole je ve voltech na měřiči, vektor magnetického pole pevnosti vektoru - v ampéri na metr, pak v tomto příkladu, elektromagnetická síla procházející trojúhelníkem se ukázalo být 0.18221 W.

V praxi, když je elektromagnetická situace charakteristická, podmínky "Elektrické pole", "magnetické pole", "elektromagnetické pole". Stručně vysvětlete, co to znamená a jaká komunikace mezi nimi existuje.

Elektrické pole je vytvořeno poplatky. Například ve všech známých školních experimentech je elektrifikace Ebony přítomna jen elektrickým polem.

Magnetické pole je vytvořeno, když jsou elektrické náboje přesunuty přes vodič.

Pro vlastnosti elektrického pole se používá koncept pevnosti elektrického pole, označení E, jednotka měření v / m (Volt-Na-metr). Velikost magnetického pole se vyznačuje napětím magnetického pole H, jednotka A / m (Amper-on-metr). Při měření ultra nízkých a extrémně nízkých frekvencí se často používá koncept magnetické indukce B, jednotka TL (TESLA), jeden miliónth TL odpovídá 1,25 vozy.

Podle definice je elektromagnetické pole speciální formou hmoty, kterým se účinek provádí mezi elektrickými nabitými částicemi. Fyzické důvody pro existenci elektromagnetického pole jsou spojeny se skutečností, že elektrické pole-měnící se elektrické pole E generuje magnetické pole H a změna H je vortex elektrické pole: obě složky E a H, mění se nepřetržitě, vzrušující navzájem. EMF pevné nebo rovnoměrně pohyblivé nabité částice je neoddělitelně spojeno s těmito částicemi. S urychleným pohybem nabitých částic, EMF "odešel" od nich a existuje nezávisle ve formě elektromagnetických vln, nezmizí s eliminacím zdroje (například rádiové vlny nezmizí a v nepřítomnosti proudu v vyzařující anténa).

Elektromagnetické vlny se vyznačují vlnovou délkou. Zdroj vytváří záření a v podstatě vytváří elektromagnetické oscilace, jsou charakterizovány frekvencí.

Život na Zemi vznikl, vyvinutý a po dlouhou dobu tekla v podmínkách relativně slabých elektromagnetických polí (EMF) vytvořených přírodními zdroji. Patří mezi ně elektrické a magnetické pole Země, prostorové zdroje rádiových vln (slunce a jiných hvězd), procesy vyskytující se v atmosféře půdy, například bleskových výbojů, oscilace v ionosféře. Člověk je také zdrojem slabého EMF. Být trvalým faktorem životního prostředí mají tyto oblasti určitý význam v životně důležité činnosti všech organismů, včetně osoby.

Za posledních 50-60 let se však objevil nový významný faktor životního prostředí a tvořil - elektromagnetické oblasti antropogenního původu. Vytvářejí 2 velké skupiny umělých zdrojů:

Výrobky, které jsou speciálně vytvořeny pro záření elektromagnetické energie, jsou rozhlasové a televizní vysílání stanic, radarové instalace, fyzioterapeutické stroje, různé rádiové komunikační systémy, technologická zařízení v průmyslu;

Vyprázdněna těmito zařízeními elektromagnetická pole spolu s přírodními poli Země a prostor vytvářejí komplexní a těkavé elektromagnetické prostředí. V důsledku toho se celkový napětí EMF v různých místech zemského povrchu zvýšil ve srovnání s přirozeným pozadím 100-10 000 krát. Zvláště ostře vzrostl v blízkosti LEP, rádiových a televizních stanic, radarových prostředků a rádiových komunikací, různé energetické a energeticky náročné instalace, městská elektrická doprava. V rozsahu evolučního pokroku lze tento obrovský nárůst napětí EMF považovat za simumitantní skok se špatně předvídatelnými biologickými důsledky.

Látka a pole - Základní fyzické pojmy označující dva hlavní typy hmoty na makroskopické úrovni:

Látka - Sada diskrétních formací, které mají hmota odpočinku (atomy, molekuly a co je postaveno);

pole - typ hmoty charakterizované kontinuitou a mající nulu zbytku (elektromagnetické pole a gravitační pole). Otevření pole jako typu hmoty byla obrovskou filosofickou hodnotou, protože selhání metafyzické identifikace hmoty s látkou objevila. Vývoj leninové dialektické a materialistické stanovení hmoty do značné míry spoléhal na filozofické zobecnění vývoje pole pole. Na úrovni subatominálu (tj. Na úrovni elementárních částic), rozdíl v látce a pole se stává příbuzným. Pole (elektromagnetické a gravitační) je ztraceno čistě kontinuální charakter: potřebují diskrétní útvary - kvanta (fotony a štěrkové). A elementární částice, ze kterých se látka skládají - protony, neutrony, elektrony, mesons atd. - působí jako kvanta odpovídajícího nukleonu, mesonu a dalších oborů a ztrácí svůj čistě diskrétní charakter. To je nelegálně v úrovni subatoman, aby se rozlišoval mezi látkou a oblastí a přítomností nebo nepřítomností hmotnosti odpočinku, protože nukleon, meson, atd. Pole mají klid odpočinku. V moderní fyzice, pole a částice působí jako dvě nerozlučně příbuzná strana mikromyr, jako exprese jednoty korpuskulárních (diskrétních) a vlnových (kontinuálních) vlastností mikro-objektů. Zobrazení pole se také zobrazují jako základ pro vysvětlení procesů interakce, ztělesnění principu CloseStream.

Hlavní vlastnosti látky a pole

1. Látka a pole se liší hmotou zbytku

Částice látek mají hmotnost odpočinku, elektromagnetických a gravitačních polí - č. Nicméně, v mikroworld, každé pole odpovídá částici (kvantové z tohoto pole) a každá částice je považována za kvantum odpovídajícího pole. Pro jaderná pole (meson, nukleon atd.), Tento rozdíl je již nesprávný - kvanta těchto polí má konečnou hmotnost odpočinku.

2. Látka a pole se liší v pohybových vzorech

Rychlost propagace elektromagnetických a gravitačních polí se vždy rovná rychlosti světla v neplatné (c) a rychlost pohybu látky je vždy menší než. Přítomnost jaderných polí však tuto hranici eliminuje. Pro Quanta jsou tato pole pouze charakterizována nemožností pohybu rychlostí rovnající se.

3. Látka a pole se liší ve stupni propustnosti

Látka je málo propustná, elektromagnetická a gravitační pole - naopak.

Na úrovni Microme a tato hranice zmizí. U částic, jako je neutrino, látka se rozsvítí být velmi propustná, na druhé straně, jaderná pole mohou mít velmi malou propustnost.

4. Látka a pole se liší ve stupni hmotnostní koncentrace a energie

Velmi velký - v částech látky a velmi malých - v elektromagnetických a gravitačních polích. V mikróně a tento rozdíl je vymazán. Jaderná pole mají obrovskou koncentraci hmoty a energie a dokonce i kvanta elektromagnetického pole může dosáhnout energetických koncentrací, významně lepší než ty, které jsou v částicách látky.

5. Látka a pole se liší jako korpuskulární a vlnová entita

Tento rozdíl zmizí na úrovni mikroprocesů. Částice látky mají vlnové vlastnosti a elektromagnetické pole kontinuální v makroskopických procesech detekuje jeho korpuskulární aspekt na úrovni mikrormir.

Obecný závěr:

Rozdíl v látce a polích správně charakterizuje reálný svět v makroskopické aproximaci. Tento rozdíl není absolutní a během přechodu na mikrojects je jasně detekován jeho relativitu. V mikrometrech působí pojmy "částic" (látky) a "vln" (pole) jako další vlastnosti vyjadřující vnitřní protichůdnou podstatu mikroodlicových přednášek.