rozdział 1 Elektryczność i magnetyzm.pdf

WładysławTomaszewicz—PrzemysławCiesielski

Elektryczno±¢imagnetyzm

(naprawachr¦kopisu)

WydziałFizykiTechnicznejiMatematykiStosowanej

PolitechnikaGda«ska2002

Wst¦p

Przedmiotemwykładujest elektrodynamikaklasyczna .Zajmujesi¦ona

ładunkamielektrycznymi,pr¡damielektrycznymiorazichoddziaływaniem

zapo±rednictwempólelektrycznychimagnetycznych.Elektrodynamikakla-

sycznawyja±niaogromn¡liczb¦do±wiadcze«zzakresuelektryczno±ciima-

gnetyzmuistanowipodstaw¦zastosowa«zjawiskelektromagnetycznychw

takichdziedzinachjakelektrotechnika,elektronikaczyradiotechnika.Pra-

waklasycznejelektrodynamikizostałysformułowanewostatecznejpostaci

wXIXw.,wwynikupracwieluuczonych,jakm.in.A.Amp`ere,M.Faraday,

J.C.Maxwell.

Zakresstosowalno±cielektrodynamikiklasycznejjestmimowszystkoog-

raniczony.Przedewszystkimnieuwzgl¦dniaonaefektówkwantowych.Wia-

domonp.,»epromieniowanieelektromagnetycznemanieci¡gł¡struktur¦—

składasi¦zkwantówenergiizwanychfotonami.Energiapojedynczegofo-

tonuwyra»asi¦wzorem E f = h ( h —stałaPlancka, —cz¦stotliwo±¢

promieniowania).Toskwantowanieenergiipromieniowaniaopisujeelektro-

dynamikakwantowa.Elektrodynamikaimechanikaklasycznanies¡te»w

staniewyja±ni¢wieluelektrycznychimagnetycznychwłasno±cisubstancji

materialnych.Jesttozrozumiałe,poniewa»poprawnyopiswłasno±ciato-

mówicz¡steczekdajedopieromechanikakwantowa.Wobecnymwykładzie

zagadnieniateb¦d¡wi¦czkonieczno±ciomawianewuproszczonysposób.

Elektrodynamikaklasycznajestteori¡zgodn¡zeszczególn¡teori¡wzgl¦-

dno±ci—jestteori¡relatywistyczn¡.Historycznierzeczbior¡c,transforma-

cj¦Lorentzawyprowadzonoporazpierwszynapodstawieanalizyrówna«

elektrodynamikiMaxwella.

Wnauceoelektromagnety¹mieu»ywasi¦obecniekilkuró»nychukła-

dówjednostek.Problemwyboruokre±lonegoukładujednostekjestbardzo

istotny,poniewa»zale»yodniegoposta¢równa«elektromagnetyzmu.W

obecnymwykładzieb¦dziestosowanytzw.zracjonalizowanyukładMKSA,

b¦d¡cy„podzbiorem”układuSI,opartynaczterechwielko±ciachpodsta-

wowych(tabela1).Okre±lenietrzechpierwszychjednostekpodstawowych

powinnoby¢znanezmechaniki,deﬁnicj¦jednostkinat¦»eniapr¡du—am-

perapodamyniecopó¹niej.

Wielko±¢podst.Jedn.podst.Ozn.j.p.

długo±¢ metr m

masa kilogram kg

czas sekunda s

nat¦».pr¡duel. amper A

Tabela1:

Rozdział1

Elektrostatyka

1.1Ładunekelektryczny.Przewodnikiiizolatory.

Prawozachowaniaładunku

Elektrostatykajestcz¦±ci¡elektrodynamiki,rozpatruj¡c¡zjawiskazwi¡zane

zoddziaływaniemładunkówelektrycznychwstaniespoczynku.Wtymroz-

dzialeb¦dziemyrozpatrywa¢oddziaływanieładunkówelektrycznychwpró»-

ni(oddziaływanieładunkówwpowietrzuiinnychgazachjestniemaliden-

tyczne).Oddawnabyłowiadomo,»eprzezpotarcieniektórychciałmo»na

jenaelektryzowa¢—„wytworzy¢”nanichładunekelektryczny.Je»elidwie

pałeczkiszklanepotartejedwabiemzbli»ymydosiebie,b¦d¡si¦oneodpy-

cha¢.Taksamob¦d¡si¦odpycha¢dwiepałeczkiebonitowepotartefutrem.

Natomiastpotartepałeczki—szklanaiebonitowab¦d¡si¦przyci¡ga¢.Fak-

tytetłumaczymy,zakładaj¡c,»eprzezpotarciegromadz¡si¦napałeczkach

ładunkielektryczne,któreoddziaływuj¡nasiebieokre±lonymisiłami.Zró»-

nychkierunkówdziałaniasiłwynika,»eładunkiszkłaiebonituró»ni¡si¦od

siebie.Umówionosi¦nazywa¢ładunki,któregromadz¡si¦napotartymszkle

dodatnimiagromadz¡cesi¦napotartymebonicie—ujemnymi.Mo»nawi¦c

stwierdzi¢,»eładunkijednoimienne(jednegoznaku)odpychaj¡si¦aładun-

kiró»noimienne(ró»nychznaków)przyci¡gaj¡si¦.Zjawiskoelektryzowania

przezpotarcieobserwujesi¦dlawieluciał.Porównuj¡cładunekdanegociała

zładunkiemnagromadzonymnaszklelubeboniciemo»naustali¢jegoznak.

Przezpocieraniewełn¡pr¦tametalowego,trzymanegowr¦ku,niemo»-

nagonaelektryzowa¢.Mo»nanatomiastnaelektryzowa¢wtensposóbpr¦t

metalowy,zamocowanynaszklanejlubebonitowejpodstawce.Dlawyja±nie-

niategozjawiskaprzyjmujemy,»emetale,ciałoludzkieiziemias¡dobrymi

przewodnikamiładunkuelektrycznego—ładunkimog¡si¦wnichprze-

mieszcza¢.Natomiastszkło,ebonitiwi¦kszo±¢innychtworzywsztucznych

s¡złymiprzewodnikamiładunkuelektrycznego,zwanymiizolatoramilub

dielektrykami.

Zjawiskoelektryzowaniaprzezpotarcietłumaczymyzakładaj¡c,»ecia-

4 Elektrostatyka

łonienaelektryzowanezawierarówneilo±ciładunkudodatniegoiujemnego.

Podczaspocieraniadwóchciałcz¦±¢ładunkuprzechodzizjednegociałado

drugiegoiobaciałaelektryzuj¡si¦.Ciałomo»nanaelektryzowa¢równie»

przezpoł¡czeniegoprzewodnikiemzinnymnaelektryzowanymciałem.Jest

te»mo»liwenaelektryzowanieciałaprzezindukcj¦.Je»elidoprzewodnika

zbli»ymynaelektryzowaneciało,wprzewodnikunast¡pirozdzielenieładun-

kówobuznaków.Przypodzieleniuprzewodnikanadwiecz¦±ciobiezostan¡

naładowane.Pozetkni¦ciuobucz¦±ciprzewodnikastaniesi¦onznówobo-

j¦tny.Omówionedo±wiadczeniapozwalaj¡sformułowa¢ zasad¦zachowania

ładunku : całkowityładunekukładuodosobnionego,tzn.sumaalgebraiczna

ładunkówdodatnichiujemnychnieulegazmianie .Dobadanianaelektryzo-

waniaciałsłu»yprostyprzyrz¡d,zwanyelektroskopem.

1.2PrawoCoulomba.Jednostkaładunku.G¦sto±¢

ładunku

Napodstawieprostychdo±wiadcze«mo»nastwierdzi¢,»esiłaoddziaływa-

niadwóchładunkówro±niezewzrostemichwielko±ciizezmniejszaniemsi¦

odległo±cimi¦dzynimi.Prawooddziaływaniaładunkówpunktowychusta-

liłw1785r.Ch.Coulombzapomoc¡wagiskr¦ce«(rys.1.1a).Wczasach

Coulombanieznanojeszcze»adnejmetodypomiaruładunkuelektrycznego.

Coulombwswoimdo±wiadczeniuwykorzystałnast¦puj¡cyfakt:je»elina-

ładowan¡przewodz¡c¡kulk¦zetkniemyzidentyczn¡,nienaładowan¡kulk¡,

toładunekka»dejznichstaniesi¦połow¡ładunkuwyj±ciowego.Ładunek

kulkimo»nawtensposóbzmniejszy¢2-krotnie,4-krotnieitd.Okre±lone

Rysunek1.1:

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: