Probajie irina: Electromagnetism

Electromagnetismul este acea ramură a fizicii care studiază sarcinile magnetice și electrice, câmpurile create de acestea (electric și magnetic), legile care descriu interacțiunile dintre acestea.

Efectul magnetic al curentului electric

Ramurile principale ale electronagnetismului sunt:

Electrostatica, care se ocupă cu studiul sarcinilor electrice aflate în repaus și al câmpurilor generate de acestea.
Electrodinamica, care se ocupă cu studiul sarcinilor aflate în mișcare, precum și al câmpurilor generate de acestea.
Magnetismul, care se ocupă cu studiul campului magnetic.

     Magnetostatica studiază câmpurile magnetice produse de curenți electrici staționari la scară macroscopică. Este echivalentul magnetic al electrostaticii, care studiază câmpurile electrice produse de sarcini electrice statice.
      Electrodinamica e teoria clasică a interacțiunilor electromagnetice la scară macroscopică. Ea studiază forțele care se exercită între corpurile încărcate electric, forțe mediate în spațiu și timp de câmpul electromagnetic. Teoria a fost elaborată de Maxwell în a doua jumătate a secolului XIX, prin abstractizarea rezultatelor deja cunoscute din electricitate și magnetism și completarea lor cu fapte experimentale și ipoteze teoretice noi. Consecințe imediate ale electrodinamicii maxwelliene au fost afirmarea existenței undelor electromagnetice și constatarea că lumina e de natură electromagnetică și se propagă sub forma de astfel de unde.
            Câmp electromagnetic:
       Interacțiunea electromagnetica este una din forțele fundamentale care acționează între constituenții elementari ai materiei. Faptul că are o rază mare de acțiune (spre deosebire de interacțiunile tare și slabă) și că interacțiunea gravitaționala (tot cu rază mare de acțiune) devine importantă doar pentru corpuri foarte masive, face ca interacțiunea electromagnetică să fie determinantă pentru proprietățile materiei la scară macroscopică. Manifestarea sa, sub forma unor forțe care acționează, în oricare punct din spațiu și în oricare moment, asupra materiei încărcate electric, constituie câmpul electromagnetic. Noțiunea de câmp electromagnetic (opusă celei de acțiune la distanță din mecanica newtoniana) este o abstractizare și o precizare a noțiunii de linii de forță, pe care Faraday le vedea ca realitate fizică:
    "Faraday, cu ochiul minții, vedea linii de forță traversând întregul spațiu, unde matematicienii vedeau centre de forță atrăgându-se de la distanță; Faraday vedea un mediu, unde ei nu vedeau nimic decât distanță; Faraday căuta sediul fenomenelor în acțiuni reale petrecându-se în mediu, ei erau mulțumiți că găsiseră în el posibilitatea unei acțiuni la distanță ".

Densitate de sarcină și densitate de curent

Sursele câmpului electromagnetic sunt sarcinile electrice elementare din materie: electroni încărcați negativ și protoni încărcați pozitiv. În electrodinamica clasică, la scară macroscopică, sarcina electrică apare însă distribuită continuu; distribuția e caracterizată prin densitatea de sarcina $\rho \left( \mathbf{r} , t \right)$ și densitatea de curent $\mathbf{J} \left( \mathbf{r} , t \right) \,$ , funcții de poziție și de timp. Legea conservării sarcinii electrice cere să fie satisfăcută ecuația de continuitate.

$\frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \mathbf{J} = 0 \, .$

Câmp electric și câmp magnetic

Câmpul electromagnetic e caracterizat cantitativ prin forța exercitată, în fiecare punct din spațiu și în fiecare moment, asupra unei sarcini sondă introdusă în câmp. Aceasta trebuie să fie suficient de mică și suficient de bine localizată, pentru a obține o măsură nedistorsionată și precisă a câmpului, la scară macroscopică. Se constată că forța e proporțională cu sarcina electrică $q \,$ și depinde, pe lângă poziția $\mathbf{r}$ , și de viteza $\mathbf{v}$ a sondei. Ea poate fi parametrizată în forma

$\mathbf{F}= q \left( \mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B} \right) \, ,$
numită forța Lorent.Câmpurile vectoriale $\mathbf{E} \,$ și $\mathbf{B} \,$ se numesc, respectiv, câmp electric și câmp magnetic; ele alcătuiesc împreună câmpul electromagnetic.
Definiția câmpului electromagnetic este completată cu principiul superpoziției: dacă mai multe surse (distribuții de sarcini și curenți) sunt reunite, câmpul electromagnetic rezultant este suma câmpurilor produse de fiecare dintre surse, luată separat.

Unități

Articole principale: Sistemul internațional de unitatii și Sistemul de unități CGS în electromagnetism.
Principiile electrodinamicii sunt exprimate cantitativ prin ecuații (diferențiale sau integrale) care leagă vectorii câmp electromagnetic de sursele lor. Dimensiunile fizice și valorile numerice ale coeficienților din aceste ecuații depind de sistemul de unități de măsură utilizat. În sistemul internațional de unități utilizat curent în aplicațiile electrodinamicii la scară macroscopică, intervin două mărimi fundamentale, definite astfel:
permeabilitatea vidului (magnetică)

$\mu_0 = 4 \pi \times 10^{-7} N \cdot A^{-2}$
și permitivitatea vidului (electrică)

$\epsilon_0 = \frac{1}{\mu_0 \, c^2} \; F \cdot m^{-1} \, .$
Ele sunt așadar legate prin relația

$\mu_0 \, \epsilon_0\ = \frac{1}{c^2} \, ,$
unde $c \,$ este viteza luminii în vid, a cărei valoare e definita ca :

$\, c = 299 \; 792 \; 458 \; m \cdot s^{-1} \, .$

În studiile teoretice, în special în cele privind electrodinamica la scară microscopică, este preferat sistemul de unități Gauss; electrodinamica cuantică utilizează sistemul de unități Heaviside-Lorentz.

Ecuațiile lui Maxwell (într-un mediu material)
	în formă diferențială	în formă integrală
Legea lui Gauss (electrostatică)	$\nabla \mathbf{D} = \rho_f$	(fluxul câmpului D printr-o suprafață închisă) = (sarcina liberă din interiorul volumului delimitat de suprafață)
Legea lui Faraday (reformulată de Maxwell)	$\nabla \times \mathbf{E} = - \frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}$	(circulația câmpului E pe o curbă închisă) = $- \frac{d}{dt}$ (fluxul câmpului B prin suprafața delimitată de curbă)
Legea lui Gauss (magnetostatică)	$\nabla \mathbf{B} = 0$	(fluxul câmpului B printr-o suprafață închisă) = 0
Legea lui Ampère (completată de Maxwell)	$\nabla \times \mathbf{H} = \mathbf{J}_f + \frac{\partial \mathbf{D}}{\partial t}$	(circulația câmpului H pe o curbă închisă) = (curentul liber prin suprafața delimitată de curbă) $+ \frac{d}{dt}$ (fluxul câmpului D prin suprafața delimitată de curbă)

Probajie irina

sâmbătă, 8 iunie 2013

Electromagnetism

Densitate de sarcină și densitate de curent

Câmp electric și câmp magnetic

Unități

Niciun comentariu:

Trimiteți un comentariu