DEFINISI

Medan elektromagnetik- ini adalah jenis materi yang memanifestasikan dirinya dalam interaksi benda bermuatan.

Elektrodinamika untuk boneka

Medan elektromagnetik sering dibagi menjadi medan listrik dan magnet. Sifat-sifat medan elektromagnetik, prinsip-prinsip interaksinya dipelajari oleh cabang fisika khusus, yang disebut elektrodinamika. Dalam elektrodinamika itu sendiri, bagian-bagian berikut dibedakan:

1. elektrostatika;
2. magnetostatika;
3. elektrodinamika medium kontinu;
4. elektrodinamika relativistik.

Elektrodinamika adalah dasar untuk studi dan pengembangan optik (sebagai cabang ilmu), fisika gelombang radio. Cabang ilmu ini adalah dasar untuk teknik radio dan teknik elektro.

Elektrodinamika klasik dalam menggambarkan sifat-sifat medan elektromagnetik dan prinsip interaksinya menggunakan sistem persamaan Maxwell (dalam bentuk integral atau diferensial), melengkapinya dengan sistem persamaan material, batas dan kondisi awal. Menurut Maxwell, ada dua mekanisme munculnya medan magnet. Ini adalah adanya arus konduksi (muatan listrik yang bergerak) dan medan listrik yang berubah terhadap waktu (adanya arus perpindahan).

persamaan Maxwell

Hukum dasar elektrodinamika klasik (sistem persamaan Maxwell) adalah hasil dari generalisasi data eksperimen dan telah menjadi intisari elektrodinamika media stasioner. Persamaan Maxwell dibagi menjadi struktural dan material. Persamaan struktural ditulis dalam dua bentuk: dalam bentuk integral dan diferensial. Kami menulis persamaan Maxwell dalam bentuk diferensial (sistem SI):

di mana vektor kekuatan medan listrik; - vektor induksi magnetik.

di mana vektor kekuatan medan magnet; - vektor perpindahan dielektrik; adalah vektor kerapatan arus.

di mana adalah kerapatan distribusi muatan listrik.

Persamaan struktural Maxwell dalam bentuk diferensial mencirikan medan elektromagnetik di setiap titik dalam ruang. Jika muatan dan arus didistribusikan secara kontinu dalam ruang, maka bentuk integral dan diferensial dari persamaan Maxwell adalah setara. Namun, jika ada permukaan diskontinuitas, maka bentuk integral dari persamaan Maxwell lebih umum. (Bentuk integral dari penulisan persamaan Maxwell dapat ditemukan di bagian "Elektrodinamika"). Untuk mencapai kesetaraan matematis dari bentuk integral dan diferensial dari persamaan Maxwell, notasi diferensial dilengkapi dengan kondisi batas.

Ini mengikuti dari persamaan Maxwell bahwa medan magnet bolak-balik menghasilkan medan listrik bolak-balik dan sebaliknya, yaitu, medan-medan ini tidak dapat dipisahkan dan membentuk medan elektromagnetik tunggal. Sumber medan listrik dapat berupa muatan listrik atau medan magnet yang berubah terhadap waktu. Medan magnet tereksitasi dengan memindahkan muatan listrik (arus) atau medan listrik bolak-balik. Persamaan Maxwell tidak simetris terhadap medan listrik dan magnet. Ini disebabkan oleh fakta bahwa muatan listrik ada, tetapi muatan magnet tidak.

Persamaan Materi

Sistem persamaan struktural Maxwell dilengkapi dengan persamaan konstitutif yang mencerminkan hubungan vektor dengan parameter yang mencirikan sifat listrik dan magnet materi.

di mana adalah permitivitas relatif, adalah permeabilitas magnetik relatif, adalah konduktivitas listrik, adalah konstanta listrik, adalah konstanta magnetik. Media dalam hal ini dianggap isotropik, non-ferromagnetik, non-ferroelektrik.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan

Tuliskan sistem persamaan struktural Maxwell untuk medan stasioner.

Larutan

Jika kita berbicara tentang bidang stasioner, maka itu berarti: . Kemudian sistem persamaan Maxwell mengambil bentuk: Sumber medan listrik dalam hal ini hanya muatan listrik. Sumber medan magnet dalam hal ini adalah arus konduksi. Dalam kasus kami, medan listrik dan magnet tidak tergantung satu sama lain. Hal ini memungkinkan untuk mempelajari secara terpisah medan listrik konstan dan medan magnet secara terpisah.

CONTOH 2

Latihan	Tuliskan fungsi rapat arus perpindahan tergantung pada jarak dari sumbu solenoida (), jika medan magnet solenoida berubah menurut hukum: . R adalah jari-jari solenoida. Solenoidnya langsung. Pertimbangkan kasus ketika Menggambar grafik).
Larutan	Sebagai dasar untuk menyelesaikan masalah, kami menggunakan persamaan dari sistem persamaan Maxwell dalam bentuk integral: Kami mendefinisikan arus bias sebagai: Mari kita cari turunan parsial menggunakan ketergantungan yang diberikan B(t):

Elektrodinamika- cabang fisika yang mempelajari medan elektromagnetik dalam kasus yang paling umum (yaitu, bidang variabel bergantung waktu dipertimbangkan) dan interaksinya dengan benda yang memiliki muatan listrik (interaksi elektromagnetik). Subjek elektrodinamika mencakup hubungan fenomena listrik dan magnet, radiasi elektromagnetik (dalam kondisi yang berbeda, baik bebas maupun dalam berbagai kasus interaksi dengan materi), arus listrik (secara umum, bolak-balik) dan interaksinya dengan medan elektromagnetik (arus listrik). dapat dianggap di bawah ini sebagai satu set partikel bermuatan yang bergerak). Setiap interaksi listrik dan magnet antara benda bermuatan dianggap dalam fisika modern seperti yang dilakukan melalui medan elektromagnetik, dan, oleh karena itu, juga merupakan subjek elektrodinamika.

Paling sering, secara default, istilah elektrodinamika berarti elektrodinamika klasik (tidak melibatkan efek kuantum); untuk menunjuk teori kuantum modern dari medan elektromagnetik dan interaksinya dengan partikel bermuatan, istilah stabil elektrodinamika kuantum biasanya digunakan.

Bagian dari elektrodinamika

Konsep dasar dan hukum elektrostatika

Elektrostatika- bagian dari doktrin listrik yang mempelajari interaksi muatan listrik yang tidak bergerak.

Tolakan elektrostatik (atau Coulomb) terjadi antara benda-benda yang bermuatan sama, dan tarik-menarik elektrostatik antara benda-benda yang bermuatan berlawanan. Fenomena tolakan muatan sejenis mendasari pembuatan elektroskop - alat untuk mendeteksi muatan listrik.

hukum Coulomb: gaya interaksi dua titik muatan tak bergerak dalam ruang hampa berbanding lurus dengan produk modul muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya:

Koefisien proporsionalitas k dalam hukum ini sama dengan:

Dalam SI, koefisien k ditulis sebagai

di mana 0 = 8,85 10−12 F/m (konstanta listrik).

Kuat medan listrik

Muatan titik adalah muatan yang jarak antar muatannya jauh lebih besar dari ukurannya.

Muatan listrik berinteraksi satu sama lain menggunakan medan listrik. Untuk deskripsi kualitatif medan listrik, digunakan karakteristik gaya, yang disebut kekuatan medan listrik.Kekuatan medan listrik sama dengan rasio gaya yang bekerja pada muatan uji yang ditempatkan pada titik tertentu di medan dengan besarnya muatan ini:

Arah vektor intensitas bertepatan dengan arah gaya yang bekerja pada muatan uji positif. [E] = B/m. Ini mengikuti dari hukum Coulomb dan definisi kekuatan medan bahwa kekuatan medan muatan titik sama dengan

di mana q adalah muatan yang menciptakan medan; r adalah jarak dari titik di mana muatan berada ke titik di mana medan dibuat. Jika medan listrik dibuat bukan oleh satu, tetapi oleh beberapa muatan, maka untuk menemukan kekuatan medan yang dihasilkan, prinsip superposisi medan listrik digunakan: kekuatan medan yang dihasilkan sama dengan jumlah vektor kekuatan bidang yang dibuat oleh masing-masing sumber biaya secara terpisah:

DIV_ADBLOCK233">

kami menemukan pekerjaan memindahkan muatan positif oleh gaya Coulomb dalam medan listrik yang seragam. Biarkan medan memindahkan muatan q dari titik 1 ke titik 2:

https://pandia.ru/text/78/189/images/image005_142.jpg" width="175" height="31 id=">

Dari sini berikut bahwa:

DIV_ADBLOCK234">

Hukum Ohm untuk bagian rangkaian memiliki bentuk:

Faktor proporsionalitas R, disebut hambatan listrik, adalah karakteristik konduktor [R] = Ohm. Hambatan konduktor tergantung pada geometri dan sifat materialnya.

di mana l adalah panjang konduktor, adalah resistivitas, S adalah luas penampang. adalah karakteristik material dan keadaannya. [ρ] = Ohm m.

Konduktor dapat dihubungkan secara seri. Hambatan dari koneksi tersebut ditemukan sebagai jumlah dari hambatan:

Dengan koneksi paralel, kebalikan dari resistansi sama dengan jumlah resistansi timbal balik:

Agar arus listrik dapat mengalir dalam suatu rangkaian dalam waktu yang lama, rangkaian tersebut harus mengandung sumber arus. Secara kuantitatif, sumber arus mencirikan gaya gerak listrik (EMF) mereka. Ini adalah rasio pekerjaan yang dilakukan gaya eksternal ketika mentransfer muatan listrik melalui sirkuit tertutup dengan jumlah muatan yang ditransfer:

Jika resistansi beban R dihubungkan ke terminal sumber arus, maka arus akan mengalir dalam rangkaian tertutup yang dihasilkan, kekuatannya dapat dihitung dengan rumus:

Hubungan ini disebut hukum Ohm untuk rangkaian lengkap.

Arus listrik, mengalir melalui konduktor, memanaskannya, saat melakukan pekerjaan:

di mana t - waktu, I - kekuatan arus, U - beda potensial, q - muatan yang lewat.

Konsep dasar dan hukum magnetostatika

Karakteristik medan magnet adalah induksi magnet B. Karena ini adalah vektor, baik arah vektor ini dan modulusnya harus ditentukan. Arah vektor induksi magnetik dikaitkan dengan aksi orientasi medan magnet pada jarum magnet. Arah vektor induksi magnet adalah arah dari kutub selatan S ke utara N dari jarum magnet yang terpasang bebas di dalam medan magnet.

Arah vektor induksi magnetik konduktor bujursangkar dengan arus dapat ditentukan menggunakan aturan gimlet: jika arah gerakan translasi gimlet bertepatan dengan arah arus dalam konduktor, maka arah rotasi gimlet pegangan bertepatan dengan arah vektor induksi magnetik.

Modulus vektor induksi magnet adalah rasio gaya maksimum yang bekerja dari medan magnet pada bagian konduktor dengan arus, dengan produk kekuatan arus dan panjang bagian ini:

Satuan induksi magnet disebut tesla (1 T).

Fluks magnet melalui permukaan kontur dengan luas S disebut nilai yang sama dengan produk modulus vektor induksi magnetik dan luas permukaan ini dan kosinus sudut antara vektor induksi magnetik B dan normal ke permukaan n:

Satuan fluks magnet adalah weber (1 Wb).

Gaya ampere bekerja pada konduktor pembawa arus yang ditempatkan dalam medan magnet.

hukum Ampere:

Segmen konduktor dengan arus kuat I dan panjang l, ditempatkan dalam medan magnet seragam dengan induksi B, dikenai gaya yang modulusnya sama dengan produk modulus vektor induksi magnetik dan arus, panjang bagian konduktor dalam medan magnet, dan sinus sudut antara arah vektor B dan konduktor pembawa arus:

Arah gaya Ampere ditentukan menggunakan aturan tangan kiri:

jika tangan kiri diposisikan sedemikian rupa sehingga komponen vektor induksi magnet tegak lurus konduktor memasuki telapak tangan, dan empat jari yang teracung menunjukkan arah arus, maka ibu jari yang ditekuk 90 akan menunjukkan arah gaya Ampere.

Muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet dipengaruhi oleh gaya Lorentz. Modulus gaya Lorentz sama dengan produk modulus muatan dan modulus vektor induksi magnetik dan sinus sudut antara vektor induksi magnetik dan vektor kecepatan muatan bergerak:

DIV_ADBLOCK237">

di mana L adalah induktansi konduktor yang menciptakan medan; I adalah arus yang mengalir melalui konduktor ini.

Getaran dan gelombang elektromagnetik

Rangkaian osilasi adalah rangkaian listrik yang terdiri dari sebuah kapasitor dengan kapasitansi C dan sebuah kumparan dengan induktansi L yang dihubungkan secara seri (lihat gambar).

hukum Coulomb:

di mana F adalah kekuatan interaksi elektrostatik antara dua benda bermuatan;

q 1 , q 2 - muatan listrik tubuh;

adalah permitivitas dielektrik relatif medium;

0 \u003d 8,85 10 -12 F / m - konstanta listrik;

r adalah jarak antara dua benda bermuatan.

Kepadatan muatan linier:

dimana D q- muatan dasar per bagian panjang d l.

Kepadatan muatan permukaan:

dimana D q- muatan dasar per permukaan d s.

Kepadatan muatan massal:

dimana D q- muatan dasar, dalam volume d v.

Kekuatan medan listrik:

di mana F – gaya yang bekerja pada sebuah muatan q.

Teorema Gauss:

di mana E adalah kekuatan medan elektrostatik;

d S – vektor , modulus yang sama dengan luas permukaan penetrasi, dan arahnya bertepatan dengan arah normal ke situs;

q adalah jumlah aljabar dari tertutup di dalam permukaan d S biaya.

Teorema sirkulasi vektor tegangan:

Potensi medan elektrostatik:

di mana W p adalah energi potensial dari muatan titik q.

Potensi muatan titik:

Kekuatan medan muatan titik:

.

Intensitas medan yang diciptakan oleh garis lurus tak terhingga dari garis bermuatan seragam atau silinder yang panjangnya tak terhingga:

di mana τ adalah kerapatan muatan linier;

r adalah jarak dari filamen atau sumbu silinder ke titik di mana kekuatan medan ditentukan.

Intensitas medan yang diciptakan oleh bidang bermuatan seragam tak terbatas:

di mana adalah kerapatan muatan permukaan.

Hubungan potensial dengan tegangan dalam kasus umum:

E=- lulusan = .

Hubungan antara potensial dan kekuatan dalam kasus medan seragam:

E= ,

di mana d– jarak antara titik dengan potensial 1 dan 2 .

Hubungan antara potensial dan kekuatan dalam kasus medan dengan simetri pusat atau aksial:

Pekerjaan medan memaksa untuk memindahkan muatan q dari titik medan dengan potensial 1 ke titik potensial 2:

A=q(φ 1 - 2).

Kapasitansi konduktor:

di mana q adalah muatan konduktor;

adalah potensial konduktor, asalkan pada tak terhingga potensial konduktor dianggap nol.

Kapasitor kapasitansi:

di mana q adalah muatan kapasitor;

kamu adalah beda potensial antara pelat kapasitor.

Kapasitansi listrik kapasitor datar:

di mana adalah permitivitas dielektrik yang terletak di antara pelat;

d adalah jarak antara pelat;

S adalah luas total pelat.

Kapasitas baterai kapasitor:

b) dengan koneksi paralel:

Energi kapasitor bermuatan:

,

di mana q adalah muatan kapasitor;

kamu adalah perbedaan potensial antara pelat;

C adalah kapasitansi kapasitor.

daya DC:

dimana D q- Muatan yang mengalir melalui penampang konduktor selama waktu d t.

kepadatan arus:

di mana Saya- kekuatan arus dalam konduktor;

S adalah luas konduktor.

Hukum Ohm untuk bagian rangkaian yang tidak mengandung EMF:

di mana Saya- kekuatan saat ini di daerah tersebut;

kamu

R- resistensi bagian.

Hukum Ohm untuk bagian rangkaian yang mengandung EMF:

di mana Saya- kekuatan saat ini di daerah tersebut;

kamu- tegangan di ujung bagian;

R- resistansi total bagian;

ε – sumber emf.

Hukum Ohm untuk rangkaian tertutup (lengkap):

di mana Saya- kekuatan arus di sirkuit;

R- resistansi eksternal dari sirkuit;

r adalah resistansi internal sumber;

ε – sumber emf.

Hukum Kirchhoff:

2. ,

di mana adalah jumlah aljabar dari kekuatan arus yang berkumpul di simpul;

- jumlah aljabar penurunan tegangan di sirkuit;

adalah jumlah aljabar EMF di sirkuit.

Resistansi konduktor:

di mana R- resistansi konduktor;

adalah resistivitas konduktor;

aku- panjang konduktor;

S

Konduktivitas konduktor:

di mana G adalah konduktivitas konduktor;

adalah konduktivitas spesifik konduktor;

aku- panjang konduktor;

S adalah luas penampang konduktor.

Resistansi sistem konduktor:

a) dalam hubungan seri:

a) dalam hubungan paralel:

Kerja saat ini:

,

di mana SEBUAH- kerja saat ini;

kamu- voltase;

Saya- kekuatan saat ini;

R- perlawanan;

t- waktu.

Daya saat ini:

.

Hukum Joule–Lenz

di mana Q adalah jumlah panas yang dilepaskan.

Hukum Ohm dalam bentuk diferensial:

j=γ E ,

di mana j adalah kerapatan arus;

γ - konduktivitas spesifik;

E adalah kuat medan listrik.

Hubungan induksi magnet dengan kuat medan magnet:

B=μμ 0 H ,

di mana B adalah vektor induksi magnetik;

adalah permeabilitas magnetik;

H adalah kekuatan medan magnet.

Hukum Biot-Savart-Laplace:

,

dimana D B adalah induksi medan magnet yang diciptakan oleh konduktor di beberapa titik;

adalah permeabilitas magnetik;

0 \u003d 4π 10 -7 H / m - konstanta magnetik;

Saya- kekuatan arus dalam konduktor;

d aku - elemen konduktor;

r adalah vektor radius yang ditarik dari elemen d aku konduktor ke titik di mana induksi medan magnet ditentukan.

Hukum arus total untuk medan magnet (teorema sirkulasi vektor B):

,

di mana n- jumlah konduktor dengan arus yang dicakup oleh sirkuit L bentuk sewenang-wenang.

Induksi magnetik di pusat arus melingkar:

di mana R adalah jari-jari lingkaran.

Induksi magnetik pada sumbu arus melingkar:

,

di mana h adalah jarak dari pusat kumparan ke titik di mana induksi magnetik ditentukan.

Induksi magnetik medan arus searah:

di mana r 0 adalah jarak dari sumbu kawat ke titik di mana induksi magnetik ditentukan.

Induksi magnet medan solenoida:

B =μμ 0 ni,

di mana n adalah perbandingan jumlah lilitan solenoida dengan panjangnya.

Daya ampli:

d F = saya,

dimana D F – daya ampere;

Saya- kekuatan arus dalam konduktor;

d aku - panjang konduktor;

B- induksi medan magnet

gaya Lorentz:

F=q E +q[v B ],

di mana F adalah gaya Lorentz;

q adalah muatan partikel;

E adalah kekuatan medan listrik;

v adalah kecepatan partikel;

B- induksi medan magnet

Fluks Magnetik:

a) dalam kasus medan magnet seragam dan permukaan datar:

=B n S,

di mana Φ - fluks magnet;

B n adalah proyeksi vektor induksi magnetik ke vektor normal;

S adalah daerah kontur;

b) dalam kasus medan magnet tidak homogen dan proyeksi sewenang-wenang:

Tautan fluks (aliran penuh) untuk toroid dan solenoid:

di mana Ψ - aliran penuh;

N adalah jumlah putaran;

Φ - fluks magnet menembus satu putaran.

Induktansi lingkaran:

Induktansi solenoida:

L =μμ 0 n 2 V,

di mana L adalah induktansi dari solenoida;

adalah permeabilitas magnetik;

0 adalah konstanta magnetik;

n adalah rasio jumlah putaran dengan panjangnya;

V adalah volume solenoida.

Hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik:

dimana saya– EMF induksi;

– perubahan total aliran per satuan waktu.

Pekerjaan memindahkan loop tertutup dalam medan magnet:

A = sayaΔ Φ,

di mana SEBUAH- bekerja untuk memindahkan kontur;

Saya- kekuatan arus di sirkuit;

Δ Φ – perubahan fluks magnet yang menembus rangkaian.

EMF dari induksi diri:

Energi medan magnet:

Kepadatan energi volumetrik medan magnet:

,

di mana adalah kerapatan energi volumetrik dari medan magnet;

B– induksi medan magnet;

H- kekuatan medan magnet;

adalah permeabilitas magnetik;

0 adalah konstanta magnetik.

3.2. Konsep dan definisi

? Sebutkan sifat-sifat muatan listrik!

1. Ada dua jenis muatan - positif dan negatif.

2. Muatan dengan nama yang sama tolak-menolak, muatan yang berbeda tarik-menarik.

3. Muatan memiliki sifat diskrit - semuanya adalah kelipatan dari unsur dasar terkecil.

4. Muatan invarian, nilainya tidak tergantung pada kerangka acuan.

5. Muatan bersifat aditif - muatan sistem benda sama dengan jumlah muatan semua benda sistem.

6. Muatan listrik total sistem tertutup adalah nilai konstan

7. Muatan diam adalah sumber medan listrik, muatan bergerak adalah sumber medan magnet.

? Merumuskan hukum Coulomb.

Gaya interaksi antara dua muatan titik tetap sebanding dengan hasil kali besar muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya. Gaya diarahkan sepanjang garis yang menghubungkan muatan.

? Apa itu medan listrik? Kuat medan listrik? Merumuskan prinsip superposisi kuat medan listrik.

Medan listrik adalah jenis materi yang terkait dengan muatan listrik dan mentransmisikan aksi satu muatan ke muatan lainnya. Ketegangan - karakteristik kekuatan medan, sama dengan gaya yang bekerja pada muatan positif unit yang ditempatkan pada titik tertentu di medan. Prinsip superposisi - kekuatan medan yang diciptakan oleh sistem muatan titik sama dengan jumlah vektor kekuatan medan masing-masing muatan.

? Apa yang disebut garis gaya medan elektrostatik? Sebutkan sifat-sifat garis gaya!

Garis, garis singgung pada setiap titik yang bertepatan dengan arah vektor kekuatan medan, disebut garis gaya. Sifat-sifat garis gaya - mulai dari positif, berakhir dengan muatan negatif, jangan menyela, jangan berpotongan satu sama lain.

? Definisi dipol listrik. bidang dipol.

Sistem dua muatan listrik yang sama besar, berlawanan tanda, titik muatan listrik, jarak antara keduanya kecil dibandingkan dengan jarak ke titik di mana aksi muatan ini diamati.Vektor intensitas memiliki arah yang berlawanan dengan momen listrik vektor dipol (yang, pada gilirannya, diarahkan dari muatan negatif ke positif).

? Berapa potensial medan elektrostatik? Merumuskan prinsip superposisi potensial.

Besaran skalar yang secara numerik sama dengan rasio energi potensial dari muatan listrik yang ditempatkan pada titik tertentu di lapangan dengan besarnya muatan ini. Prinsip superposisi - potensial sistem muatan titik pada titik tertentu dalam ruang sama dengan jumlah aljabar potensial yang akan dihasilkan muatan-muatan ini secara terpisah pada titik yang sama dalam ruang.

? Apa hubungan antara tegangan dan potensial?

E=- (E - kekuatan medan pada titik tertentu dari medan, j - potensial pada titik ini.)

? Tentukan konsep "fluks vektor kuat medan listrik". Merumuskan teorema elektrostatik Gauss.

Untuk permukaan tertutup sewenang-wenang, fluks vektor intensitas E Medan listrik F E= . Teorema Gauss:

= (disini Q saya adalah muatan yang ditutupi oleh permukaan tertutup). Berlaku untuk permukaan tertutup dalam bentuk apa pun.

? Zat apa yang disebut konduktor? Bagaimana muatan dan medan elektrostatik didistribusikan dalam konduktor? Apa itu induksi elektrostatik?

Konduktor adalah zat di mana, di bawah pengaruh medan listrik, muatan bebas dapat bergerak secara teratur. Di bawah aksi medan eksternal, muatan didistribusikan kembali, menciptakan medannya sendiri, sama dalam nilai absolut dengan muatan eksternal dan diarahkan secara berlawanan. Oleh karena itu, tegangan yang dihasilkan di dalam konduktor adalah 0.

Induksi elektrostatik adalah jenis elektrifikasi di mana, di bawah aksi medan listrik eksternal, muatan didistribusikan kembali di antara bagian-bagian tubuh tertentu.

? Berapa kapasitansi listrik dari konduktor soliter, kapasitor. Bagaimana menentukan kapasitansi kapasitor datar, bank kapasitor yang dihubungkan secara seri, secara paralel? Satuan ukuran untuk kapasitas listrik.

Konduktor soliter: di mana DARI-kapasitas, q- muatan, j - potensial. Satuan ukuran adalah farad [F]. (1 F adalah kapasitansi konduktor, di mana potensial meningkat sebesar 1 V ketika muatan 1 C diberikan ke konduktor).

Kapasitansi kapasitor datar. Koneksi serial: . Koneksi paralel: C jumlah = C 1 +C 2 +…+C n

? Zat apa yang disebut dielektrik? Apa jenis dielektrik yang Anda ketahui? Apa itu polarisasi dielektrik?

Dielektrik adalah zat di mana, dalam kondisi normal, tidak ada muatan listrik gratis. Ada dielektrik polar, non-polar, feroelektrik. Polarisasi adalah proses orientasi dipol di bawah pengaruh medan listrik eksternal.

? Apa yang dimaksud dengan vektor perpindahan listrik? Merumuskan postulat Maxwell.

Vektor perpindahan listrik D mencirikan medan elektrostatik yang diciptakan oleh muatan bebas (yaitu dalam ruang hampa), tetapi dengan distribusi seperti itu di ruang angkasa, yang tersedia dengan adanya dielektrik. Postulat Maxwell: . Arti fisik - mengungkapkan hukum menciptakan medan listrik dengan aksi muatan di media yang sewenang-wenang.

? Merumuskan dan menjelaskan kondisi batas untuk medan elektrostatik.

Ketika medan listrik melewati antarmuka antara dua media dielektrik, vektor intensitas dan perpindahan berubah secara tiba-tiba dalam besar dan arah. Hubungan yang mencirikan perubahan ini disebut kondisi batas. Ada 4 di antaranya:

(3), (4)

? Bagaimana energi medan elektrostatik ditentukan? Kepadatan energi?

Energi W = ( E- kekuatan medan, konstanta e-dielektrik, e 0 - konstanta listrik, V- volume medan), kepadatan energi

? Definisikan konsep "arus listrik". Jenis-jenis arus. Karakteristik arus listrik. Kondisi apa yang diperlukan untuk terjadinya dan keberadaannya?

Arus adalah gerakan teratur partikel bermuatan. Jenis - arus konduksi, pergerakan muatan bebas yang teratur dalam konduktor, konveksi - terjadi ketika benda makroskopik bermuatan bergerak di ruang angkasa. Untuk munculnya dan keberadaan arus, perlu ada partikel bermuatan yang mampu bergerak secara teratur, dan adanya medan listrik, yang energinya, diisi ulang, akan dihabiskan untuk gerakan yang teratur ini.

? Menyebutkan dan menjelaskan persamaan kontinuitas. Rumuskan kondisi stasioneritas arus dalam bentuk integral dan diferensial.

Persamaan kontinuitas. Dinyatakan dalam bentuk diferensial hukum kekekalan muatan. Kondisi stasioneritas (kekonstanan) arus dalam bentuk integral: dan diferensial -.

? Tuliskan hukum Ohm dalam bentuk integral dan diferensial.

Bentuk integral - ( Saya-saat ini, kamu- voltase, R-perlawanan). Bentuk diferensial - ( j - rapat arus, g - konduktivitas listrik, E - kekuatan medan dalam konduktor).

? Apa itu kekuatan pihak ketiga? EMF?

Kekuatan eksternal memisahkan muatan menjadi positif dan negatif. EMF - rasio kerja untuk memindahkan muatan di sepanjang sirkuit tertutup ke nilainya

? Bagaimana cara kerja dan daya ditentukan?

Saat memindahkan muatan q melalui sirkuit listrik di ujung mana tegangan diterapkan kamu, medan listrik bekerja , daya saat ini (t-waktu)

? Merumuskan aturan Kirchhoff untuk rantai bercabang. Apa hukum konservasi yang tergabung dalam aturan Kirchhoff? Berapa banyak persamaan bebas yang harus dibuat berdasarkan hukum pertama dan kedua Kirchhoff?

1. Jumlah aljabar dari arus yang berkumpul di simpul adalah 0.

2. Dalam sembarang rangkaian tertutup yang dipilih secara acak, jumlah aljabar dari penurunan tegangan sama dengan jumlah aljabar EMF yang terjadi dalam rangkaian ini. Aturan pertama Kirchhoff mengikuti dari hukum kekekalan muatan listrik. Jumlah persamaan dalam jumlah harus sama dengan jumlah nilai yang dicari (semua hambatan dan EMF harus dimasukkan dalam sistem persamaan).

? Arus listrik dalam gas. Proses ionisasi dan rekombinasi. Konsep plasma.

Arus listrik dalam gas adalah pergerakan elektron dan ion bebas yang terarah. Dalam kondisi normal, gas adalah dielektrik, mereka menjadi konduktor setelah ionisasi. Ionisasi adalah proses pembentukan ion dengan memisahkan elektron dari molekul gas. Terjadi karena pengaruh ionizer eksternal - pemanasan yang kuat, radiasi sinar-X atau ultraviolet, pemboman elektron. Rekombinasi adalah proses kebalikan dari ionisasi. Plasma adalah gas terionisasi penuh atau sebagian di mana konsentrasi muatan positif dan negatif adalah sama.

? Arus listrik dalam ruang hampa. Emisi termionik.

Pembawa arus dalam ruang hampa adalah elektron yang dipancarkan karena emisi dari permukaan elektroda. Emisi termionik adalah emisi elektron oleh logam yang dipanaskan.

? Apa yang kamu ketahui tentang fenomena superkonduktivitas?

Fenomena di mana resistansi beberapa logam murni (timah, timah, aluminium) turun menjadi nol pada suhu mendekati nol mutlak.

? Apa yang kamu ketahui tentang hambatan listrik penghantar? Apa itu resistivitas, ketergantungannya pada suhu, konduktivitas listrik? Apa yang kamu ketahui tentang hubungan seri dan paralel pada penghantar? Apa itu shunt, resistensi tambahan?

Resistansi - nilai yang berbanding lurus dengan panjang konduktor aku dan berbanding terbalik dengan luas S penampang konduktor: (resistansi spesifik-r). Konduktivitas adalah kebalikan dari resistansi. Resistivitas (hambatan konduktor sepanjang 1 m dengan penampang 1 m 2). Resistivitas bergantung pada suhu, di mana a adalah koefisien suhu, R dan R 0 , r dan r 0 adalah hambatan dan hambatan spesifik pada t dan 0 0 Paralel - , sekuensial R=R 1 +R 2 +…+R n. Shunt adalah resistor yang dihubungkan secara paralel dengan alat ukur listrik untuk mengalihkan sebagian arus listrik guna memperluas batas pengukuran.

? Sebuah medan magnet. Sumber apa yang dapat menciptakan medan magnet?

Medan magnet adalah jenis materi khusus yang melaluinya muatan listrik yang bergerak berinteraksi. Alasan adanya medan magnet konstan adalah konduktor tetap dengan arus listrik konstan, atau magnet permanen.

? Merumuskan hukum Ampere. Bagaimana konduktor berinteraksi di mana arus mengalir dalam satu arah (berlawanan)?

Gaya Ampere bekerja pada konduktor pembawa arus.

B - induksi magnetik, SAYA- arus konduktor, D aku adalah panjang bagian konduktor, a adalah sudut antara induksi magnetik dan bagian konduktor. Dalam satu arah mereka menarik, dalam arah yang berlawanan mereka menolak.

? Tentukan gaya ampere. Bagaimana cara menentukan arahnya?

Ini adalah gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus yang ditempatkan dalam medan magnet. Kami menentukan arahnya sebagai berikut: kami memposisikan telapak tangan kiri sehingga mencakup garis induksi magnetik, dan empat jari terentang diarahkan sepanjang arus dalam konduktor. Jempol yang ditekuk akan menunjukkan arah gaya Ampere.

? Menjelaskan pergerakan partikel bermuatan dalam medan magnet. Apa itu gaya Lorentz? Apa arahnya?

Partikel bermuatan yang bergerak menciptakan medan magnetnya sendiri. Jika ditempatkan dalam medan magnet luar, maka interaksi medan akan memanifestasikan dirinya dalam munculnya gaya yang bekerja pada partikel dari medan luar - gaya Lorentz. Arah - sesuai dengan aturan tangan kiri. Untuk muatan positif - vektor B memasuki telapak tangan kiri, empat jari diarahkan sepanjang pergerakan muatan positif (vektor kecepatan), ibu jari yang ditekuk menunjukkan arah gaya Lorentz. Pada muatan negatif, gaya yang sama bekerja dalam arah yang berlawanan.

(q-mengenakan biaya, v-kecepatan, B- induksi, a - sudut antara arah kecepatan dan induksi magnetik).

? Bingkai dengan arus dalam medan magnet seragam. Bagaimana momen magnet ditentukan?

Medan magnet memiliki efek orientasi pada bingkai dengan arus, memutarnya dengan cara tertentu. Torsi diberikan oleh: M =p m x B , di mana p m- vektor momen magnet loop dengan arus, sama dengan ADALAH n (arus per luas permukaan kontur, per unit normal terhadap kontur), B - vektor induksi magnet, karakteristik kuantitatif medan magnet.

? Berapakah vektor induksi magnet? Bagaimana cara menentukan arahnya? Bagaimana medan magnet ditunjukkan secara grafis?

Vektor induksi magnetik adalah karakteristik kekuatan medan magnet. Medan magnet divisualisasikan menggunakan garis gaya. Pada setiap titik medan, garis singgung garis medan bertepatan dengan arah vektor induksi magnetik.

? Merumuskan dan menjelaskan hukum Biot-Savart-Laplace.

Hukum Biot-Savart-Laplace memungkinkan Anda menghitung konduktor pembawa arus Saya induksi magnet medan d B , dibuat pada titik sembarang dari medan d aku konduktor: (di sini m 0 adalah konstanta magnetik, m adalah permeabilitas magnetik medium). Arah vektor induksi ditentukan oleh aturan sekrup kanan, jika gerakan translasi sekrup sesuai dengan arah arus dalam elemen.

? Merumuskan prinsip superposisi untuk medan magnet.

Prinsip superposisi - induksi magnetik dari medan yang dihasilkan yang diciptakan oleh beberapa arus atau muatan bergerak sama dengan jumlah vektor induksi magnetik dari medan tambahan yang dibuat oleh setiap arus atau muatan bergerak secara terpisah:

? Jelaskan karakteristik utama medan magnet: fluks magnet, sirkulasi medan magnet, induksi magnet.

fluks magnet F melalui permukaan apapun S sebut nilai yang sama dengan produk modulus vektor induksi magnetik dan luasnya S dan kosinus sudut a antara vektor B dan n (luar normal ke permukaan). Sirkulasi vektor B sepanjang kontur tertutup yang diberikan disebut integral dari bentuk , di mana d aku - vektor panjang kontur dasar. Teorema sirkulasi vektor B : sirkulasi vektor B sepanjang sirkuit tertutup sewenang-wenang sama dengan produk dari konstanta magnetik dan jumlah aljabar dari arus yang dicakup oleh sirkuit ini. Vektor induksi magnetik adalah karakteristik kekuatan medan magnet. Medan magnet divisualisasikan menggunakan garis gaya. Pada setiap titik medan, garis singgung garis medan bertepatan dengan arah vektor induksi magnetik.

? Tuliskan dan komentari kondisi solenoidalitas medan magnet dalam bentuk integral dan diferensial.

Bidang vektor di mana tidak ada sumber dan sink disebut solenoidal. Kondisi solenoidalitas medan magnet dalam bentuk integral: dan bentuk diferensial:

? Kemaknitan. Jenis-jenis magnet. Feromagnet dan Sifatnya. Apa itu histeresis?

Suatu zat bersifat magnetis jika mampu memperoleh momen magnetik (dimagnetisasi) di bawah aksi medan magnet. Zat yang termagnetisasi dalam medan magnet luar melawan arah medan disebut diamagnet. Zat yang termagnetisasi dalam medan magnet luar yang searah dengan medan disebut paramagnet. Kedua kelas ini disebut zat magnetis lemah. Zat yang sangat magnetis yang termagnetisasi bahkan tanpa adanya medan magnet eksternal disebut feromagnet. . Histeresis magnetik - perbedaan nilai magnetisasi feromagnet pada intensitas H yang sama dari medan magnet, tergantung pada nilai magnetisasi awal. Ketergantungan grafis seperti itu disebut loop histeresis.

? Merumuskan dan menjelaskan hukum arus total dalam bentuk integral dan diferensial (persamaan dasar magnetostatika dalam materi).

? Apa itu induksi elektromagnetik? Merumuskan dan menjelaskan hukum dasar induksi elektromagnetik (hukum Faraday). Rumuskan aturan Lenz.

Fenomena terjadinya gaya gerak listrik (EMF induksi) pada suatu penghantar yang terletak dalam medan magnet bolak-balik atau bergerak dalam suatu konstanta dalam medan magnet konstan disebut induksi elektromagnetik. Hukum Faraday: apa pun alasan perubahan fluks induksi magnet, ditutupi oleh rangkaian konduktor tertutup, yang terjadi pada rangkaian EMF

Tanda minus ditentukan oleh aturan Lenz - arus induksi dalam rangkaian selalu memiliki arah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang diciptakannya mencegah perubahan fluks magnet yang menyebabkan arus induksi ini.

? Apa fenomena induksi diri? Apa induktansi, satuan pengukuran? Arus selama penutupan dan pembukaan sirkuit listrik.

Terjadinya EMF induksi dalam rangkaian penghantar di bawah pengaruh medan magnetnya sendiri ketika berubah, yang terjadi sebagai akibat dari perubahan kekuatan arus dalam konduktor. Induktansi adalah faktor proporsionalitas tergantung pada bentuk dan dimensi konduktor atau rangkaian, [H]. Sesuai dengan aturan Lenz, EMF induksi diri mencegah peningkatan kekuatan arus saat rangkaian dihidupkan dan penurunan kekuatan arus saat rangkaian dimatikan. Oleh karena itu, besarnya kekuatan arus tidak dapat berubah secara instan (analog mekanisnya adalah inersia).

? Fenomena saling induksi. Koefisien induksi bersama.

Jika dua sirkuit tetap terletak berdekatan satu sama lain, maka ketika kekuatan arus di satu sirkuit berubah, ggl terjadi di sirkuit lainnya. Fenomena ini disebut induksi bersama. Koefisien proporsionalitas L 21 dan L 12 disebut induktansi timbal balik dari rangkaian, mereka sama.

? Tulis persamaan Maxwell dalam bentuk integral. Jelaskan arti fisiknya.

; ;

; .

Ini mengikuti dari teori Maxwell bahwa medan listrik dan magnet tidak dapat dianggap independen - perubahan waktu yang satu mengarah ke perubahan yang lain.

? Energi medan magnet. Kepadatan energi medan magnet.

Energi, L-induktansi, Saya- kekuatan saat ini.

Kepadatan , PADA- induksi magnet, H adalah kekuatan medan magnet, V-volume.

? Prinsip relativitas dalam elektrodinamika

Hukum umum medan elektromagnetik dijelaskan oleh persamaan Maxwell. Dalam elektrodinamika relativistik, ditetapkan bahwa invarian relativistik dari persamaan ini hanya terjadi di bawah kondisi relativitas medan listrik dan magnet, yaitu. ketika karakteristik bidang ini bergantung pada pilihan kerangka acuan inersia. Dalam sistem yang bergerak, medan listrik sama dengan sistem yang diam, tetapi dalam sistem yang bergerak ada medan magnet, yang tidak ada dalam sistem yang diam.

Getaran dan gelombang