PRĄD ELEKTRYCZNY I SIŁA MAGNETYCZNA

Podobne dokumenty
Na skutek takiego przemieszcznia ładunku, energia potencjalna układu pole-ładunek zmienia się o:

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

23 PRĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI. W roku 1820 Oersted zaobserwował oddziaływanie przewodnika, w którym płynął

Przygotowanie do Egzaminu Potwierdzającego Kwalifikacje Zawodowe

Wykład Półprzewodniki

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Wykład 15. Reinhard Kulessa 1

Pole magnetyczne. 5.1 Oddziaływanie pola magnetycznego na ładunki. przewodniki z prądem Podstawowe zjawiska magnetyczne

20 ELEKTROSTATYKA. PRAWO COULOMBA.

ZJAWISKA ELEKTROMAGNETYCZNE

Magnetyzm. A. Sieradzki IF PWr. Pole magnetyczne ŁADUNEK ELEKTRYCZNY ŁADUNEK MAGNETYCZNY POLE ELEKTRYCZNE POLE MAGNETYCZNE

Elektrostatyka. + (proton) - (elektron)

Guma Guma. Szkło Guma

Wykład 10. Reinhard Kulessa 1

- substancje zawierające swobodne nośniki ładunku elektrycznego:

Wykład Pojemność elektryczna. 7.1 Pole nieskończonej naładowanej warstwy. σ-ładunek powierzchniowy. S 2 E 2 E 1 y. ds 1.

XXXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

OSERWACJE POLA MAGNETYCZNEGO Pole magnetyczne wytwozone jest np. pzez magnes stały......a zauważyć je można np. obsewując zachowanie się opiłków żelaz

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO

Prawo Gaussa. Potencjał elektryczny.

należą do grupy odbiorników energii elektrycznej idealne elementy rezystancyjne przekształcają energię prądu elektrycznego w ciepło

1. Ciało sztywne, na które nie działa moment siły pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem obrotowym jednostajnym.

GRAWITACJA. przyciągają się wzajemnie siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości r.

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO

ε = dw dq. (25.1) Rys Obwód o jednym oczku

Elektrostatyka. A. Sieradzki IF PWr. Ogień Świętego Elma

Oddziaływania fundamentalne

Fizyka elektryczność i magnetyzm

magnetyzm ver

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA

Zjawisko indukcji. Magnetyzm materii.

ι umieszczono ladunek q < 0, który może sie ι swobodnie poruszać. Czy środek okregu ι jest dla tego ladunku po lożeniem równowagi trwa lej?

Atom (cząsteczka niepolarna) w polu elektrycznym

Jak policzyć pole magnetyczne? Istnieją dwie metody wyznaczenia pola magnetycznego: prawo Biot Savarta i prawo Ampera.

Wykład FIZYKA II. 2. Prąd elektryczny. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

XIX. PRAWO COULOMBA Prawo Coulomba

Źródła pola magnetycznego

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

11. DYNAMIKA RUCHU DRGAJĄCEGO

Pole magnetyczne prąd elektryczny

Energia kinetyczna i praca. Energia potencjalna

a fale świetlne Powtórzenie; operatory róŝniczkowe Wektorowe równanie falowe (3D) Fale wyraŝone przez zespolone amplitudy r r r 2 r r r r E E E 1 E

ROZWIĄZUJEMY PROBLEM RÓWNOWAŻNOŚCI MASY BEZWŁADNEJ I MASY GRAWITACYJNEJ.

Wybrane zagadnienia z elektryczności

Ruch obrotowy. Wykład 6. Wrocław University of Technology

= ± Ne N - liczba całkowita.

E4. BADANIE POLA ELEKTRYCZNEGO W POBLIŻU NAŁADOWANYCH PRZEWODNIKÓW

Wykład: praca siły, pojęcie energii potencjalnej. Zasada zachowania energii.

BRYŁA SZTYWNA. Umowy. Aby uprościć rozważania w tym dziale będziemy przyjmować następujące umowy:

Fizyka. Wykład 2. Mateusz Suchanek

Grzegorz Kornaś. Powtórka z fizyki

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Badanie właściwości magnetyczne ciał stałych

dr inż. Zbigniew Szklarski

WYDZIAŁ FIZYKI, MATEMATYKI I INFORMATYKI POLITECHNIKI KRAKOWSKIEJ Instytut Fizyki LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI, ELEKTRONIKI I MIERNICTWA

Podstawy fizyki subatomowej

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Pola elektryczne i magnetyczne

Część I Pole elektryczne

Energia kulombowska jądra atomowego

WPROWADZENIE. Czym jest fizyka?

Wstęp. Prawa zostały znalezione doświadczalnie. Zrozumienie faktu nastąpiło dopiero pod koniec XIX wieku.

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

ĆWICZENIE 3 REZONANS W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

PRĄD STAŁY. Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków wewnątrz przewodnika pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.

Zasady dynamiki ruchu obrotowego

ROZWIAZANIA ZAGADNIEŃ PRZEPŁYWU FILTRACYJNEGO METODAMI ANALITYCZNYMI.

Kondensatory. Definicja pojemności przewodnika: C = q V. stosunek!adunku wprowadzonego na przewodnik do wytworzonego potencja!u.

KONKURS Z MATEMATYKI DLA UCZNIÓW SZKÓŁ PODSTAWOWYCH

WYKŁAD 1. W przypadku zbiornika zawierającego gaz, stan układu jako całości jest opisany przez: temperaturę, ciśnienie i objętość.

MIERNICTWO WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I NIEELEKTRYCZNYCH

Mechanika ruchu obrotowego

II.6. Wahadło proste.

Karta wybranych wzorów i stałych fizycznych

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

podsumowanie (E) E l Eds 0 V jds

PRACA MOC ENERGIA. Z uwagi na to, że praca jest iloczynem skalarnym jej wartość zależy również od kąta pomiędzy siłą F a przemieszczeniem r

Modelowanie przepływu cieczy przez ośrodki porowate Wykład III

Pole grawitacyjne. Definicje. Rodzaje pól. Rodzaje pól... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek.

ROZDZIAŁ 2. Elektrotechnika podstawowa 23

8. PŁASKIE ZAGADNIENIA TEORII SPRĘŻYSTOŚCI

MECHANIKA OGÓLNA (II)

( ) 2. 4πε. Prawo Coulomba

Wykład FIZYKA I. 8. Grawitacja. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

dr inż. Zbigniew Szklarski

Fizyka 10. Janusz Andrzejewski

m q κ (11.1) q ω (11.2) ω =,

średnia droga swobodna L

Wykład 5: Dynamika. dr inż. Zbigniew Szklarski

Prawo powszechnego ciążenia Newtona

Siła tarcia. Tarcie jest zawsze przeciwnie skierowane do kierunku ruchu (do prędkości). R. D. Knight, Physics for scientists and engineers

KINEMATYCZNE WŁASNOW PRZEKŁADNI

LITERATURA Resnick R., Holliday O., Acosta V., Cowan C. L., Graham B. J., Wróblewski A. K., Zakrzewski J. A., Kleszczewski Z., Zastawny A.

Ładunki elektryczne. q = ne. Zasada zachowania ładunku. Ładunek jest cechąciała i nie można go wydzielićz materii. Ładunki jednoimienne odpychają się

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

θ = s r, gdzie s oznacza długość łuku okręgu o promieniu r odpowiadającą kątowi 2. Rys Obrót ciała wokół osi z

Wyznaczanie profilu prędkości płynu w rurociągu o przekroju kołowym

3b. ELEKTROSTATYKA. r r. 4πε. 3.4 Podstawowe pojęcia. kqq0 E =

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 5 2.XI Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Transkrypt:

PĄD LKTYCZNY SŁA MAGNTYCZNA Na ładunek, opócz siły elektostatycznej, działa ównież siła magnetyczna popocjonalna do pędkości ładunku v. Pzekonamy się, że siła działająca na magnes to siła działająca na pouszające się elektony atomów magnesu. stnienie siły magnetycznej jest konsekwencją uwzględnienia szczególnej teoii względności w pawie Coulomba. 5.. Pąd elektyczny Pąd elektyczny pzewodniku ilość ładunku pzepływającego pzez dany pzekój w jednostce czasu. Jednostką natężenia pądu jest ampe A C/s. Q (5.) t Gęstość pądu j ρ v (5.) Gęstość pądu miezona jest w C/m s czyli A/m. Pąd j S (5.3) gdzie S jest wektoem nomalnym do pzekoju o długości ównym watości S.

Jeżeli na pzekoju S gęstość pądu j zmienia się, to j ds S (5.4) W nieobecności zewnętznego pola elektycznego elektony pzewodnictwa pouszają się chaotycznie i ich śednia pędkość jest zeowa. Niech n oznacza koncentację elektonów. Wówczas gęstość ładunku σ ne, a gęstość pądu j nev d, gdzie v d jest pędkością dyfu elektonów. W związku z tym zgodnie z (5.3), natężenie pądu nev S (5.5) Według popozycji anklina pzyjęto, że pąd elektyczny płynący do okładki kondensatoa dostacza jej ładunek dodatni. Wynika z tego, że elektony pzewodnictwa pouszają się w kieunku pzeciwnym do kieunku pądu. Pzyjmujemy, że stzałka oznaczająca kieunek pądu wskazuje kieunek uchu ładunków dodatnich. Typowa pędkość dyfu elektonów pzewodnictwa w metalach wynosi 0 4 m/s. Pądy mogą ównież płynąć w gazach i cieczach. d

5.. Pawo Ohma Na początku XX w. G. Ohm zauważył, że pąd w metalach jest popocjonalny do pzyłożonego napięcia pod waunkiem, że tempeatua pzewodnika jest stała. Okeślił on ezystancję jako (5.6) Pawo Ohma: stosunek / nie zależy od natężenia pądu dla metali pzy stałej tempeatuze. W układzie S stosunek /A ma specjalną nazwę ohm (Ω). Śedni czas pomiędzy zdezeniami wynosi t l/u, gdzie l oznacza śednią dogą swobodną, u śednia pędkość elektonów pzewodnictwa.

Jeżeli do odcinka pzewodnika pzyłożyć óżnicę potencjałów, to na każdy elekton pzewodnictwa będzie działać siła e. Pod wpływem tej siły w czasie t, każdy elekton pzewodnictwa pzyjmuje pędkość v d u m u t e a stąd u v Zmieniając t na śedni czas l/u i uśedniając po czasie, otzymujemy: d e t m v el d (5.7) mu Kieunek pędkości dyfu wszystkich elektonów jest jednakowy (zgodny z ) i dlatego powstaje pąd wypadkowy, pzy czym v d << u. S -e v d x o ys. 5. Odcinek pzewodnika o długości x o.

Podstawiając do wzou (5.5) wyażenie na v d, otzymamy ne ls. mu Podstawiając w miejsce wielkość / xo, mamy stąd ne ls mux o muxo (5.8) ne ls ezystancja jest wpost popocjonalna do długości pzewodnika i odwotnie popocjonalna do powiezchni pzekoju popzecznego. Wobec tego xo ρ (5.9) S gdzie współczynnik popocjonalności ρ nazywamy ezystywnością. Jednostką ezystywności jest Ω m.

5.3. Ciepło Joule'a negia elektonu pzewodnictwa w pocesie zdezenia z atomem pzekształca się w chaotyczny uch atomów, tzn. w ciepło. Statę enegii ładunku dq na skutek zdezeń pzy pokonaniu óżnicy potencjałów, zapiszemy w postaci Dzieląc obie stony wyażenia pzez dt, mamy czyli staty mocy elektycznej wynoszą P d cie dq d dq cie dt dt (5.0) Wielkość P pzedstawia moc elektyczną, któa pzekształca się w ciepło. negia pądu elektycznego w lampach pzekształca się w ciepło i światło.

5.4. Obwody pądu stałego Do podtzymania w pzewodniku pądu stałego konieczne są źódła enegii elektycznej (źódła SM): geneatoy elektyczne, bateie elektyczne, bateie słoneczne. Ładunek q pzechodząc od ujemnego bieguna bateii do dodatniego pzyjmuje enegię W q. 3 3 3 3 (a) ys. 5.. Szeegowe (a) i ównoległe (b) łączenie ezystoów, i 3. Większość obwodów zawiea kombinację szeegowego i ównoległego łączenia ezystancji. Pzy łączeniu szeegowym (ys. 5.a) + + 3 (b)

Z tego otzymujemy czyli ezystancja całkowita Pzy ównoległym łączeniu (ys. 5.b) mamy + 3 + c + (5.) + 3 + Dzieląc pzez obie stony tego wyażenia mamy czyli + 3 3 + + + + (5.) c 3 Pzy ównoległym łączeniu ezystancji dodajemy więc odwotności poszczególnych ezystancji obwodu aby uzyskać odwotność ezystancji wypadkowej.

5.4.. Pawa Kichoffa stnieje ogólny sposób obliczania obwodów stosując pawa Kichoffa. Pawo dla kontuu: Suma algebaiczna spadków napięć liczonych wzdłuż zamkniętego kontuu jest ówna zeu. Pawo dla węzła: Suma algebaiczna wszystkich pądów węzła (wchodzących i wychodzących) jest ówna zeu. Pawo dla kontuu jest wynikiem pawa zachowania enegii, natomiast pawo dla węzła wynikiem pawa zachowania ładunku elektycznego. Pocedua postępowania: każdej części obwodu pzypisujemy watość i kieunek pądu, spadek napięcia jest dodatni, jeżeli kieunek obejścia zamkniętego kontuu jest zgodny z kieunkiem pądu, SM jest dodatnia gdy pzechodzimy od "+" do " ". Jeżeli po ozwiązaniu zadania watość pądu okaże się ujemna, to oznacza że faktyczny kieunek pądu jest pzeciwny do obanego.

Pzykład: obwód z ys. 5.3b. - + B C + - D 3 g 3 (a) x ys. 5.3. (a) Schemat mostka Wheatstone'a stosowanego do pomiau x, (b) Stabilizato napięcia. A (b) Pawo dla kontuu ABCDA: i dla kontuu D: 3 3 0 0

Uwzględniając dugie ównanie w piewszym mamy 0 czyli Pąd możemy okeślić stosując pawo dla węzła w punkcie D 0 3 + czyli 3 + Zauważmy, że jeżeli +, to 0, co oznacza że z bateii nie jest pobieany.

5.5. Siła magnetyczna q Na ładunek działa siła elektyczna. Jeżeli ładunek pousza się z pędkością v, to działa na niego dodatkowa siła mag popocjonalna do iloczynu qv q + mag (5.3) Ponieważ mag jest popocjonalna do qv, można okeślić taką wielkość wektoową B, aby qv B (5.4) mag Akumulato (a) ys. 5.4. Dwa pzewodniki pzyciągają się (a) lub odpychają się (b) w zależności od kieunków płynących w nich pądów. (b)

Z punktu widzenia teoii względności można udowodnić, że na ładunek pouszający się ładunek q działa siła πε o c y qv y Siła ta jest wpost popocjonalna do wielkości ładunku, jego pędkości i natężenia pądu w pzewodniku; zaś odwotnie popocjonalna do odległości ładunku od pzewodnika. + q ys. 5.5. Ładunek punktowy q pouszając się z pędkością v ównolegle do pzewodnika z pądem, pzyciągany jest pzez pzewodnik. v Watość tej siły zgodna jest z wynikami ekspeymentalnymi 0 7 y qv Współczynnik popocjonalności wynosi 7 0 jeżeli wszystkie wielkości wyażone są w jednostkach układu S.

5.6. ndukcja magnetyczna Natężenie pola elektycznego okeślamy jako stosunek siły elektostatycznej do watości ładunku. Analogicznie okeślamy pole magnetyczne B, jako stosunek siły magnetycznej do qv B mag (5.3) qv Wielkość B nazywana jest indukcją magnetyczną. Jej jednostka miezona jest w N/(Am) T (tesla). Z wyażenia (5.) otzymamy Często można spotkać inny zapis B B 4πε gdzie μ o oznacza pzenikalność magnetyczną póżni wynoszącą o c y µ o (5.4) 4π y 7 4π 0 N/m. Zauważmy, że µ o ε o (5.5) c

q z θ B v ys. 5.8. Siła magnetyczna działająca na ładunek q pouszający się z pędkością v w polu magnetycznym B jest postopadła do obu wektoów. x y Dotychczas ozważaliśmy tylko siłę działającą na ładunek q pouszający się ównolegle do kieunku pądu. W ogólnym pzypadku mag qv B (5.6) Watość bezwzględna siły wyaża się wzoem mag qvb sinθ (5.7) gdzie θ jest kątem między v i B. Związki między wektoami v, B pzedstawione są na ys. 5.8: do v i B, jest maksymalna gdy v B. 0 gdy v B i

W jednoodnym polu magnetycznym ładunek pousza się po okęgu. W tym pzypadku stąd mv mv qb qvb Pędkość kątowa ładunku ω v/ qb/m, natomiast częstość f ω π qb π m nie zależy od pędkości cząstki i jest nazywana częstością cyklotonową.