Zhvillimi i elektrodinamikës. Lënda e elektrodinamikës klasike
Lënda e elektrodinamikës klasike
Elektrodinamika klasike është një teori që shpjegon sjelljen elektro fushë magnetike, duke kryer ndërveprim elektromagnetik ndërmjet ngarkesat elektrike.
Ligjet e elektrodinamikës makroskopike klasike janë formuluar në ekuacionet e Maxwell, të cilat bëjnë të mundur përcaktimin e vlerave të karakteristikave të fushës elektromagnetike: forca e fushës elektrike E dhe induksioni magnetik NË në vakum dhe në trupa makroskopikë, në varësi të shpërndarjes së ngarkesave elektrike dhe rrymave në hapësirë.
Ndërveprimi i ngarkesave elektrike stacionare përshkruhet nga ekuacionet e elektrostatikës, të cilat mund të përftohen si pasojë e ekuacioneve të Maksuellit.
Fusha elektromagnetike mikroskopike e krijuar nga grimcat individuale të ngarkuara në elektrodinamikën klasike përcaktohet nga ekuacionet Lorentz-Maxwell, të cilat qëndrojnë në themelin klasik. teori statistikore proceset elektromagnetike në trupat makroskopikë. Mesatarja e këtyre ekuacioneve çon në ekuacionet e Maxwell.
Ndër të gjitha specie të njohura ndërveprimet, ndërveprimi elektromagnetik zë vendin e parë për nga gjerësia dhe shumëllojshmëria e manifestimeve. Kjo për faktin se të gjithë trupat janë ndërtuar nga grimca të ngarkuara elektrikisht (pozitive dhe negative), ndërveprimi elektromagnetik ndërmjet të cilave, nga njëra anë, është shumë renditje të madhësisë më intensiv se bashkëveprimi gravitacional dhe i dobët, dhe nga ana tjetër , është me rreze të gjatë, në kontrast me ndërveprimin e fortë.
Ndërveprimi elektromagnetik përcakton strukturën e predhave atomike, kohezionin e atomeve në molekula (forcat lidhje kimike) dhe formimi i lëndës së kondensuar (ndërveprim ndëratomik, ndërveprim ndërmolekular).
Ligjet e elektrodinamikës klasike nuk janë të zbatueshme në frekuenca të larta dhe, në përputhje me rrethanat, gjatësi të shkurtra të valëve elektromagnetike, d.m.th. për proceset që ndodhin në intervale të vogla hapësirë-kohore. Në këtë rast, ligjet e elektrodinamikës kuantike janë të vlefshme.
1.2. Ngarkesa elektrike dhe diskretiteti i saj.
Teoria me rreze të shkurtër
Zhvillimi i fizikës ka treguar se fizike dhe Vetitë kimike substancat përcaktohen kryesisht nga forcat e ndërveprimit të shkaktuara nga prania dhe ndërveprimi i ngarkesave elektrike të molekulave dhe atomeve të substancave të ndryshme.
Dihet se në natyrë ekzistojnë dy lloje ngarkesash elektrike: pozitive dhe negative. Ato mund të ekzistojnë në formë grimcat elementare: elektronet, protonet, pozitronet, pozitive dhe jonet negative etj., si dhe “energjia elektrike falas”, por vetëm në formën e elektroneve. Prandaj, një trup i ngarkuar pozitivisht është një koleksion ngarkesash elektrike me mungesë elektronesh, dhe një trup i ngarkuar negativisht është një tepricë e tyre. Ngarkesat e shenjave të ndryshme kompensojnë njëra-tjetrën, prandaj në trupat e pa ngarkuar ka gjithmonë ngarkesa të të dyja shenjave në sasi të tilla që efekti i tyre i përgjithshëm kompensohet.
Procesi i rishpërndarjes pozitive dhe ngarkesa negative trupat e pa ngarkuar, ose ndër pjesë individuale i njëjti trup, nën ndikim faktorë të ndryshëm thirrur elektrifikimin.
Meqenëse elektronet e lira rishpërndahen gjatë elektrifikimit, atëherë, për shembull, të dy trupat ndërveprues elektrizohen, njëri prej tyre është pozitiv dhe tjetri negativ. Numri i ngarkesave (pozitive dhe negative) mbetet i pandryshuar.
Nga kjo rrjedh se ngarkesat as krijohen dhe as shkatërrohen, por vetëm rishpërndahen midis trupave ndërveprues dhe pjesëve të të njëjtit trup, duke mbetur sasiorisht të pandryshuara.
Ky është kuptimi i ligjit të ruajtjes së ngarkesave elektrike, i cili mund të shkruhet matematikisht si më poshtë:
ato. në një sistem të izoluar shuma algjebrike ngarkesat elektrike mbeten konstante.
Një sistem i izoluar kuptohet si një sistem përmes kufijve të të cilit nuk depërton asnjë substancë tjetër, me përjashtim të fotoneve të dritës dhe neutroneve, pasi ato nuk mbartin ngarkesë.
Duhet të kihet parasysh se ngarkesa totale elektrike e një sistemi të izoluar është relativistisht e pandryshueshme, sepse vëzhguesit e vendosur në çdo sistem të caktuar koordinativ inercial, duke matur ngarkesën, marrin të njëjtën vlerë.
Një numër eksperimentesh, në veçanti ligjet e elektrolizës, eksperimenti i Millikanit me një pikë vaji, treguan se në natyrë ngarkesat elektrike janë diskrete me ngarkesën e një elektroni. Çdo ngarkesë është një shumëfish i plotë i ngarkesës së elektronit.
Gjatë procesit të elektrifikimit, ngarkesa ndryshon në mënyrë diskrete (kuantizuar) nga sasia e ngarkesës së elektronit. Kuantizimi i ngarkesës është një ligj universal i natyrës.
Në elektrostatikë studiohen vetitë dhe ndërveprimet e ngarkesave që janë të palëvizshme në kuadrin e referencës në të cilën ndodhen.
Prania e një ngarkese elektrike në trupa bën që ata të ndërveprojnë me trupa të tjerë të ngarkuar. Në këtë rast, trupat e ngarkuar në mënyrë të ngjashme zmbrapsen, dhe trupat me ngarkesë të kundërt tërheqin.
Teoria e ndërveprimit me rreze të shkurtër është një nga teoritë e ndërveprimit në fizikë. Në fizikë, ndërveprimi kuptohet si çdo ndikim i trupave ose grimcave mbi njëri-tjetrin, duke çuar në një ndryshim në gjendjen e lëvizjes së tyre.
Në mekanikën e Njutonit veprim reciprok trupat mbi njëri-tjetrin karakterizohet në mënyrë sasiore me forcë. Më shumë karakteristikë e përgjithshme ndërveprimi është energji potenciale.
Fillimisht, fizika krijoi idenë se ndërveprimi midis trupave mund të kryhet drejtpërdrejt përmes hapësirës boshe, e cila nuk merr pjesë në transmetimin e ndërveprimit. Transferimi i ndërveprimit ndodh menjëherë. Kështu, besohej se lëvizja e Tokës duhet të çonte menjëherë në një ndryshim në forcën gravitacionale që vepron në Hënë. Ky ishte kuptimi i të ashtuquajturës teori e ndërveprimit, e quajtur teoria e veprimit me rreze të gjatë. Megjithatë, këto ide u braktisën si të pavërteta pas zbulimit dhe studimit të fushës elektromagnetike.
Është vërtetuar se bashkëveprimi i trupave të ngarkuar elektrikisht nuk është i menjëhershëm dhe lëvizja e një grimce të ngarkuar çon në një ndryshim të forcave që veprojnë mbi grimcat e tjera, jo në të njëjtin moment, por vetëm pas një kohe të caktuar.
Çdo grimcë e ngarkuar elektrike krijon një fushë elektromagnetike që vepron mbi grimcat e tjera, d.m.th. ndërveprimi transmetohet përmes një "ndërmjetësi" - një fushë elektromagnetike. Shpejtësia e përhapjes së fushës elektromagnetike është e barabartë me shpejtësinë e përhapjes së dritës në vakum. U ngrit teori e re teoria e ndërveprimit të ndërveprimit me rreze të shkurtër.
Sipas kësaj teorie, ndërveprimi midis trupave kryhet përmes fushave të caktuara (për shembull, graviteti përmes një fushe gravitacionale) të shpërndara vazhdimisht në hapësirë.
Pas paraqitjes teoria kuantike në fusha, ideja e ndërveprimeve ka ndryshuar ndjeshëm.
Sipas teorisë kuantike, çdo fushë nuk është e vazhdueshme, por ka një strukturë diskrete.
Për shkak të dualitetit valë-grimcë, çdo fushë korrespondon me grimca të caktuara. Grimcat e ngarkuara lëshojnë dhe thithin vazhdimisht fotone, të cilat formojnë fushën elektromagnetike që i rrethon. Ndërveprimi elektromagnetik në teorinë e fushës kuantike është rezultat i shkëmbimit të grimcave nga fotonet (kuantet) të fushës elektromagnetike, d.m.th. fotonet janë bartës të një ndërveprimi të tillë. Në mënyrë të ngjashme, llojet e tjera të ndërveprimeve lindin si rezultat i shkëmbimit të grimcave nga kuantet e fushave përkatëse.
Pavarësisht nga shumëllojshmëria e ndikimeve të trupave mbi njëri-tjetrin (në varësi të ndërveprimit të grimcave elementare që i përbëjnë ato), në natyrë, sipas të dhënave moderne, ekzistojnë vetëm katër lloje ndërveprimet themelore: gravitacionale, e dobët, elektromagnetike dhe e fortë (në rend të rritjes së intensitetit të bashkëveprimit). Intensiteti i ndërveprimeve përcaktohen nga konstantat e bashkimit (në veçanti, ngarkesa elektrike për ndërveprim elektromagnetik është konstanta e bashkimit).
Teoria moderne kuantike e bashkëveprimit elektromagnetik përshkruan në mënyrë të përsosur të gjitha fenomenet e njohura elektromagnetike.
Kryesisht i ndërtuar në vitet '60 dhe '70 teori e unifikuar ndërveprimet e dobëta dhe elektromagnetike (i ashtuquajturi ndërveprim elektro-dobët) i leptoneve dhe kuarkeve.
Teori moderne ndërveprimi i fortë është kromodinamika kuantike.
Po bëhen përpjekje për të kombinuar elektrodobët dhe ndërveprime të forta në të ashtuquajturin "Bashkimi i Madh", si dhe përfshirja e tyre në një skemë të vetme të ndërveprimit gravitacional.
§ 1. Ligji i Kulonit
§ 2. Forca e fushës elektrike
§ 3. Teorema e Gausit
§ 4. Forma diferenciale Teorema e Gausit
§ 5. Ekuacioni i dytë i elektrostatikës dhe potencialit skalar
§ 6. Shpërndarjet sipërfaqësore ngarkesat dhe dipolet. Fusha elektrike dhe kërcimet e mundshme
§ 7. Ekuacionet e Laplace dhe Poisson
§ 8. Teorema e Green-it
§ 9. Unike e zgjidhjes ne kushtet kufitare Dirichlet ose Neumann
§ 10. Zgjidhja formale e problemave të vlerës kufitare të elektrostatikës duke përdorur funksionin e Green-it
§ 11. Energjia potenciale dhe dendësia e energjisë së fushës elektrostatike
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Metoda e imazhit
§ 2. Ngarkesa me pikë pranë një përcjellësi sferik të tokëzuar
§ 3. Ngarkesa me pikë pranë një përcjellësi sferik të izoluar të ngarkuar
§ 4. Ngarkesa me pikë pranë një përcjellësi sferik me një potencial të caktuar
§ 5. Përçuesi sferik në një fushë elektrike uniforme
§ 6. Metoda e përmbysjes
§ 7. Funksioni i Green për një sferë. Shprehje e përgjithshme për potencialin
§ 8. Dy hemisfera përcjellëse ngjitur me potenciale të ndryshme
§ 9. Zgjerimi në funksionet ortogonale
§ 10. Ndarja e variablave. Ekuacioni i Laplasit në koordinatat karteziane
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Ekuacioni i Laplaces në koordinatat sferike
§ 2. Ekuacioni i Lezhandrit dhe polinomet e Lezhandrit
§ 3. Probleme me vlerën kufitare me simetri azimutale
§ 4. Funksionet e Lezhandrit të lidhur dhe harmonikat sferike
§ 5. Teorema e mbledhjes për harmonikat sferike
§ 6. Ekuacioni i Laplasit në koordinatat cilindrike. Funksionet Bessel
§ 7. Problemet e vlerës kufitare në koordinatat cilindrike
§ 8. Zgjerimi i funksioneve të Green-it në koordinatat sferike
§ 9. Gjetja e potencialit duke përdorur zgjerimet për funksionet sferike të Green-it
§ 10. Zgjerimi i funksioneve të Green-it në koordinatat cilindrike
§ 11. Zgjerimi i funksioneve të Green-it për sa i përket eigenfunksioneve
§ 12. Kushtet kufitare të përziera. Disk përcjellës i ngarkuar
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Zgjerimi shumëpolësh
§ 2. Zgjerimi në shumëpole i shpërndarjes së energjisë së ngarkesave në një fushë të jashtme
§ 3. Elektrostatika makroskopike. Efektet e veprimit të kombinuar të atomeve
§ 4. Dielektrikët izotropikë dhe kushtet kufitare
§ 5. Problemet e vlerës kufitare në prani të dielektrikëve
§ 6. Polarizueshmëria e molekulave dhe ndjeshmëria dielektrike
§ 7. Modelet e polarizimit të molekulave
§ 8. Energjia e fushës elektrike në një dielektrik
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Hyrja dhe përkufizimet bazë
§ 2. Ligji i Biot dhe Savart
§ 3. Ekuacionet diferenciale magnetostatika dhe ligji i Amperit
§ 4. Potenciali vektorial
§ 5. Potenciali vektor dhe induksioni magnetik i një laku rrethor të rrymës
§ 6. Fusha magnetike e shpërndarjes së rrymës së kufizuar. Moment magnetik
§ 7. Forca dhe çift rrotullimi që veprojnë në një shpërndarje të kufizuar të rrymës në një fushë magnetike të jashtme
§ 8. Ekuacionet makroskopike
§ 9. Kushtet kufitare për induksion dhe fushë magnetike
§ 10. Topi i magnetizuar në mënyrë të njëtrajtshme
§ 11. Top i magnetizuar në një fushë të jashtme. Magnet të përhershëm
§ 12. Mbrojtje magnetike. Predha sferike e bërë prej material magnetik në një fushë uniforme
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Ligji i induksionit të Faradeit
§ 2. Energjia e fushës magnetike
§ 3. Rryma maksueliane e zhvendosjes. ekuacionet e Maksuellit
§ 4. Potencialet vektoriale dhe skalare
§ 5. Transformimet e matësve. Matës Lorentz. Matës Kulon
§ 6. Funksioni i Green për ekuacioni i valës
§ 7. Problem me kushtet fillestare. Përfaqësimi integral Kirchhoff
§ 8. Teorema e Poynting
§ 9. Ligjet e ruajtjes për një sistem grimcash të ngarkuara dhe fusha elektromagnetike
§ 10. Ekuacionet makroskopike
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Valët e rrafshët në një mjedis jopërçues
§ 2. Linear dhe polarizimi rrethor
§ 3. Mbivendosje e valëve në një dimension. Shpejtësia e grupit
§ 4. Shembuj të përhapjes së pulsit në një mjedis shpërndarës
§ 5. Reflektimi dhe thyerja e valëve elektromagnetike në kufi i sheshtë seksion ndërmjet dielektrikëve
§ 6. Polarizimi mbi reflektim dhe total reflektimi i brendshëm
§ 7. Valët në një mjedis përçues
§ 8. Model i thjeshtë përçueshmëri
§ 9. Valët tërthore në plazmën e rrallë
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Fushat në sipërfaqe dhe brenda një përcjellësi
§ 2. Rezonatorë cilindrikë dhe përcjellës valësh
§ 3. Drejtuesit e valëve
§ 4. Valët në përcjellës valësh drejtkëndëshe
§ 5. Rrjedha dhe zbutja e energjisë në përcjellësit e valëve
§ 6. Rezonatorët
§ 7. Humbjet e fuqisë në rezonator. Faktori i cilësisë së rezonatorit
§ 8. Valorë dielektrikë
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Fushat e krijuara nga burime të kufizuara lëkundëse
§ 2. Fusha e dipolit elektrike dhe rrezatimi
§ 3. Fushat magnetike të dipolit dhe katërpoleve elektrike
§ 4. Antenë lineare me ngacmim qendror
§ 5. Integrali Kirchhoff
§ 6. Ekuivalentët vektorial të integralit Kirchhoff
§ 7. Parimi i Babinet për ekranet shtesë
§ 8. Difraksioni nga një vrimë e rrumbullakët
§ 9. Difraksioni me vrima të vogla
§ 10. Shpërndarja e valëve të shkurtra nga një sferë përcjellëse
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Hyrja dhe konceptet bazë
§ 2. Ekuacionet e hidrodinamikës magnetike
§ 3. Difuzioni magnetik, viskoziteti dhe presioni
§ 4. Rrjedha magnetohidrodinamike ndërmjet kufijve në fushat elektrike dhe magnetike të kryqëzuara
§ 5. Efekti pinch
§ 6. Modeli dinamik efekt majë
§ 7. Paqëndrueshmëritë e një kolone plazmatike të ngjeshur
§ 8. Valët magnetohidrodinamike
§ 9. Lëkundjet e plazmës me frekuencë të lartë
§ 10. Lëkundjet e plazmës me valë të shkurtra. Rrezja e shqyrtimit Debye
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Sfondi historik dhe eksperimentet bazë
§ 2. Postulatet teori e veçantë relativiteti dhe transformimi i Lorencit
§ 3. Tkurrja e Fitzgerald-Lorentz dhe zgjerimi i kohës
§ 4. Mbledhja e shpejtësive. Aberration dhe përvoja e Fizeau. Zhvendosja e Dopplerit
§ 5. Thomas Precesion
§ 6. Koha e duhur dhe koni i dritës
§ 7. Shndërrimet e Lorencit si shndërrime ortogonale në hapësirë katërdimensionale
§ 8. Katër vektorë dhe katër tensorë. Kovarianca e ekuacioneve të fizikës
§ 9. Kovarianca e ekuacioneve elektrodinamike
§ 10. Shndërrimi i fushës elektromagnetike
§ 11. Kovarianca e shprehjes për forcën e Lorencit dhe ligjet e ruajtjes
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Momenti dhe energjia e një grimce
§ 2. Kinematika e fragmenteve gjatë zbërthimit të një grimce të paqëndrueshme
§ 3. Shndërrimi në qendrën e sistemit të masës dhe pragjet e reagimit
§ 4. Shndërrimi i momentit dhe energjisë nga qendra e sistemit të masës në sistemin laboratorik
§ 5. Ekuacionet kovariante të lëvizjes. Lagranzhian dhe Hamiltonian për një grimcë të ngarkuar relativiste
§ 6. Korrigjimet relativiste të rendit të parë për Lagranzhët e grimcave të ngarkuara ndërvepruese
§ 7. Lëvizja në një fushë magnetike statike uniforme
§ 8. Lëvizja në fusha uniforme statike elektrike dhe magnetike
§ 9. Zhvendosja e grimcave në një fushë magnetike statike jo uniforme
§ 10. Invarianca adiabatike fluksi magnetik përmes orbitës së grimcave
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Transferimi i energjisë gjatë përplasjeve të Kulombit
§ 2. Transferimi i energjisë oshilator harmonik
§ 3. Shprehja mekanike klasike dhe kuantike për humbjet e energjisë
§ 4. Ndikimi i dendësisë në humbjen e energjisë gjatë përplasjes
§ 5. Humbjet e energjisë në plazmën e elektroneve
§ 6. Shpërndarja elastike e grimcave të shpejta nga atomet
§ 7. Vlera mesatare katrore rrënjësore e këndit të shpërndarjes dhe shpërndarjes këndore për shpërndarje të shumëfishtë
§ 8. Përçueshmëria elektrike e plazmës
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Potencialet dhe fusha e Lienard-Wiechert tarifë pikë
§ 2. Fuqia totale e emetuar nga një ngarkesë lëvizëse e përshpejtuar. Formula e Larmore dhe përgjithësimi i saj relativist
§ 3. Shpërndarja këndore e rrezatimit nga një ngarkesë e përshpejtuar
§ 4. Emetimi i një ngarkese gjatë lëvizjes arbitrare ultrarelativiste
§ 5. Shpërndarjet spektrale dhe këndore të energjisë së emetuar nga ngarkesat e përshpejtuara
§ 6. Spektri i rrezatimit të një grimce të ngarkuar relativiste gjatë lëvizjes së menjëhershme në një rreth
§ 7. Shpërndarja nga tarifa falas. formula e Tomsonit
§ 8. Shpërndarje koherente dhe jokoherente
§ 9. Rrezatimi Vavilov-Cherenkov
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Rrezatimi gjatë përplasjeve
§ 2. Bremsstrahlung në përplasjet jorelativiste të Kulombit
§ 3. Bremsstrahlung gjatë lëvizjes relativiste
§ 4. Efekti i mbrojtjes. Humbjet e rrezatimit në rastin relativist
§ 5. Metoda e fotonit virtual të Weizsäcker-Williams
§ 6. Bremsstrahlung si shpërndarje e fotoneve virtuale
§ 7. Rrezatimi nga zbërthimi beta
§ 8. Rrezatimi gjatë kapjes së elektroneve orbitale. Zhdukja e ngarkesës dhe momenti magnetik
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Funksionet e veta ekuacioni i valës skalar
§ 2. Zgjerimi i fushave elektromagnetike në shumëpole
§ 3. Vetitë e fushave shumëpolëshe. Energjia dhe momenti këndor i rrezatimit shumëpolësh
§ 4. Shpërndarja këndore e rrezatimit shumëpolësh
§ 5. Burimet e rrezatimit shumëpolësh. Momente shumëpolëshe
§ 6. Rrezatimi shumëpolësh i sistemeve atomike dhe bërthamore
§ 7. Rrezatimi i një antene lineare me ngacmim qendror
§ 8. Zgjerimi i një vale të rrafshët vektoriale në valët sferike
§ 9. Shpërndarja e valëve elektromagnetike në një sferë përçuese
§ 10. Zgjidhja e problemave të vlerës kufitare duke përdorur zgjerime shumëpolëshe
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Shënime hyrëse
§ 2. Përcaktimi i forcës së reaksionit të rrezatimit nga ligji i ruajtjes së energjisë
§ 3. Llogaritja e forcës së reaksionit të rrezatimit sipas Abrahamit dhe Lorencit
§ 4. Vështirësitë e modelit Abraham-Lorentz
§ 5. Vetitë e transformimit të modelit Abraham-Lorentz. Tensionet e Poincaré
§ 6. Përkufizimi kovariant i duhur energji elektromagnetike dhe momentin e një grimce të ngarkuar
§ 7. Ekuacioni integro-diferencial i lëvizjes duke marrë parasysh dobësimin rrezatues
§ 8. Gjerësia e vijës dhe zhvendosja e nivelit për oshilatorin
§ 9. Shpërndarja dhe thithja e rrezatimit nga një oshilator
Lexim i rekomanduar
Detyrat
§ 1. Njësitë matëse dhe përmasat. Njësitë bazë dhe të prejardhura
§ 2. Njësitë matëse dhe ekuacionet e elektrodinamikës
§ 3. Sisteme të ndryshme njësitë elektromagnetike
§ 4. Përkthimi i formulave dhe vlerat numerike sasi nga sistemi Gaussian i njësive në sistemin ISS
Përkufizimi 1
Elektrodinamika është një teori që merr në konsideratë proceset elektromagnetike në vakum dhe ambiente të ndryshme.
Elektrodinamika mbulon një sërë procesesh dhe dukurish në të cilat rol kyç luajnë veprime ndërmjet grimcave të ngarkuara, të cilat kryhen nëpërmjet një fushe elektromagnetike.
Historia e zhvillimit të elektrodinamikës
Historia e zhvillimit të elektrodinamikës është historia e evolucionit të tradicionales konceptet fizike. Edhe para mesit të shekullit të 18-të, e rëndësishme rezultate me përvojë që shkaktohen nga energjia elektrike:
- zmbrapsja dhe tërheqja;
- ndarja e lëndës në izolatorë dhe përçues;
- ekzistenca e dy llojeve të energjisë elektrike.
Rezultate të konsiderueshme janë arritur edhe në studimin e magnetizmit. Përdorimi i energjisë elektrike filloi në gjysmën e dytë të shekullit të 18-të. Shfaqja e hipotezës për energjinë elektrike si një substancë e veçantë materiale shoqërohet me emrin e Franklin (1706-1790), Dhe në 1785, Kulomb vendosi ligjin e ndërveprimit të ngarkesave pika.
Volt (1745-1827) shpiku shumë instrumente matëse elektrike. Në vitin 1820 u krijua një ligj që përcaktonte forcë mekanike, me të cilin fusha magnetike vepron në element rryme elektrike. Ky fenomen u bë i njohur si ligji i Amperit. Amperi vendosi gjithashtu ligjin e veprimit të forcës së disa rrymave. Në 1820, Oersted zbuloi veprim magnetik rryme elektrike. Ligji i Ohmit u krijua në 1826.
në fizikë kuptim të veçantë ka hipotezën e rrymave molekulare, e cila u propozua nga Ampere në 1820. Faraday zbuloi ligjin në 1831 induksioni elektromagnetik. James Clerk Maxwell (1831-1879) në 1873 vendosi ekuacionet që më vonë u bënë baza teorike e elektrodinamikës. Një pasojë e ekuacioneve të Maksuellit është parashikimi i natyrës elektromagnetike të dritës. Ai parashikoi gjithashtu mundësinë e ekzistencës së valëve elektromagnetike.
Me kalimin e kohës në Shkence fizike Kishte një ide të fushës elektromagnetike si një entitet material i pavarur, i cili është një lloj bartësi i ndërveprimeve elektromagnetike në hapësirë. Dukuritë e ndryshme magnetike dhe elektrike kanë ngjallur gjithmonë interesin e njerëzve.
Shpesh termi "elektrodinamikë" i referohet elektrodinamikës tradicionale, e cila përshkruan vetëm vetitë e vazhdueshme fushë elektromagnetike.
Fusha elektromagnetike është lëndë kryesore studimi i elektrodinamikës, si dhe lloj i veçantë materie, e cila shfaqet kur ndërvepron me grimcat e ngarkuara.
Popov A.S. Në 1895 ai shpiku radion. Ishte kjo që pati një ndikim kyç në zhvillimin e mëtejshëm teknologjisë dhe shkencës. Ekuacionet e Maxwell-it mund të përdoren për të përshkruar të gjitha dukuritë elektromagnetike. Ekuacionet vendosin marrëdhënien midis sasive që karakterizojnë fushat magnetike dhe elektrike, duke shpërndarë rrymat dhe ngarkesat në hapësirë.
Figura 1. Zhvillimi i doktrinës së energjisë elektrike. Autor24 - shkëmbim online puna e nxënësve
Formimi dhe zhvillimi i elektrodinamikës tradicionale
Hapi kryesor dhe më domethënës në zhvillimin e elektrodinamikës ishte zbulimi i Faraday - fenomeni i induksionit elektromagnetik (ngacmimi forca elektromotore në përçuesit që përdorin një fushë elektromagnetike alternative). Kjo është ajo që u bë baza e inxhinierisë elektrike.
Michael Faraday është një fizikant anglez i cili ka lindur në familjen e një farkëtari në Londër. Ai u diplomua Shkolla fillore dhe që në moshën 12-vjeçare punoi si shpërndarës gazetash. Në 1804, ai u bë student i emigrantit francez Ribot, i cili inkurajoi dëshirën e Faradeit për vetë-edukim. Gjatë leksioneve të tij, ai u përpoq të zgjeronte njohuritë e tij për shkencat natyrore kimisë dhe fizikës. Në 1813, atij iu dha një biletë për leksionet e Humphry Davy, të cilat luajtën një rol vendimtar në fatin e tij. Me ndihmën e tij, Faraday mori një pozicion si asistent në Institucionin Mbretëror.
Puna shkencore e Faradeit u zhvillua në Institucionin Mbretëror, ku ai e ndihmoi për herë të parë Davy në punën e tij eksperimentet kimike, pas së cilës ai filloi t'i kryente ato vetë. Faraday fitoi benzen duke reduktuar klorin dhe gazrat e tjerë. Në 1821, ai zbuloi se si një magnet rrotullohet rreth një përcjellësi që mbart rrymë, duke krijuar modelin e parë të një motori elektrik.
Gjatë 10 viteve të ardhshme, Faraday studioi lidhjet midis fenomeneve magnetike dhe elektrike. Të gjitha kërkimet e tij u kurorëzuan me zbulimin e fenomenit të induksionit elektromagnetik, i cili ndodhi në 1831. Ai e studioi këtë fenomen në detaje, si dhe formoi ligjin e tij bazë, gjatë të cilit zbuloi varësinë rryma e induktuar. Faraday hetoi gjithashtu fenomenet e mbylljes, hapjes dhe vetë-induksionit.
Zbulimi i induksionit elektromagnetik u prodhua rëndësi shkencore. Ky fenomen qëndron në themel të të gjitha alternimeve dhe rrymë e vazhdueshme. Meqenëse Faraday vazhdimisht kërkonte të identifikonte natyrën e rrymës elektrike, kjo e shtyu atë të kryente eksperimente mbi kalimin e rrymës përmes zgjidhjeve të kripërave, acideve dhe alkaleve. Si rezultat i këtyre studimeve, u shfaq ligji i elektrolizës, i cili u zbulua në 1833. Këtë vit ai hap një voltmetër. Në 1845, Faraday zbuloi fenomenin e polarizimit të dritës në një fushë magnetike. Këtë vit ai zbuloi edhe diamagnetizmin, dhe në 1847 paramagnetizmin.
Shënim 1
Idetë e Faradeit për fushat magnetike dhe elektrike patën një ndikim kyç në zhvillimin e të gjithë fizikës. Në 1832, ai sugjeroi se përhapja e fenomeneve elektromagnetike është procesi i valës, e cila ndodh me një shpejtësi të kufizuar. Në 1845, Faraday përdori për herë të parë termin "fushë elektromagnetike".
Zbulimet e Faradeit fituan popullaritet të gjerë botën shkencore. Për nder të tij, Shoqëria Kimike Britanike vendosi Medaljen Faraday, e cila u bë një çmim nderi shkencor.
Duke shpjeguar dukuritë e induksionit elektromagnetik dhe përballjen e vështirësive, Faraday sugjeroi zbatimin ndërveprimet elektromagnetike duke përdorur fusha elektrike dhe magnetike. E gjithë kjo hodhi themelet për krijimin e konceptit të fushës elektromagnetike, i cili u zyrtarizua nga James Maxwell.
Kontributi i Maxwell në zhvillimin e elektrodinamikës
James Clerk Maxwell është një fizikant anglez i lindur në Edinburg. Ishte nën udhëheqjen e tij që Laboratori Cavendish në Kembrixh, të cilin e drejtoi gjatë gjithë jetës së tij.
Punimet e Maxwell i kushtohen elektrodinamikës, statistika të përgjithshme, fizika molekulare, mekanika, optika dhe teoria e elasticitetit. Ai dha kontributin e tij më të rëndësishëm në elektrodinamikë dhe fizika molekulare. Një nga themeluesit teoria kinetike gazeve është Maxwell. Ai vendosi funksionet e shpërndarjes së shpejtësisë së molekulave, të cilat bazohen në marrjen në konsideratë të përplasjeve prapa dhe përpara, Maxwell zhvilloi teorinë e transferimit në një formë të përgjithshme dhe e zbatoi atë në proceset e difuzionit, fërkimit të brendshëm, përçueshmërisë termike, dhe gjithashtu prezantoi koncepti i relaksimit.
Në 1867, ai tregoi për herë të parë natyrën statistikore të termodinamikës, dhe në 1878 ai prezantoi konceptin e "mekanikës statistikore". Më domethënësja arritje shkencore Maxwell është teoria e fushës elektromagnetike që ai krijoi. Në teorinë e tij, ai përdor një koncept të ri "rrymë zhvendosëse" dhe jep një përkufizim të fushës elektromagnetike.
Shënim 2
Maxwell parashikon një efekt të ri të rëndësishëm: ekzistencën rrezatimi elektromagnetik dhe valët elektromagnetike në hapësirën e lirë, si dhe përhapja e tyre me shpejtësinë e dritës. Ai formuloi gjithashtu një teoremë në teorinë e elasticitetit, duke vendosur marrëdhënien midis parametrave kryesorë termofizikë. Maxwell zhvillon teorinë e vizionit të ngjyrave dhe studion qëndrueshmërinë e unazave të Saturnit. Ajo tregon se unazat nuk janë të lëngshme apo të ngurta, por janë një tufë meteorësh.
Maxwell ishte një popullarizues i famshëm njohuri fizike. Përmbajtja e katër ekuacioneve të fushës elektromagnetike të tij është si më poshtë:
- Një fushë magnetike krijohet me ndihmën e ngarkesave lëvizëse dhe një fushe elektrike alternative.
- Fusha elektrike me mbyllur linjat e energjisë e ka origjinën me ndihmën e një fushe magnetike të alternuar.
- Linjat e fushës magnetike janë gjithmonë të mbyllura. Kjo fushë nuk ka ngarkesat magnetike, të cilat janë të ngjashme me ato elektrike.
- Një fushë elektrike, e cila ka vija të hapura të forcës, krijohet nga ngarkesat elektrike, të cilat janë burimet e kësaj fushe.
Përbëhet nga dy pjesë: E. makroskopike, bazuar në ekuacionet e Maxwell-it, dhe klasike teoria e elektroneve.
Ekuacionet bazë të elektrodinamikës klasike janë ekuacionet e Maksuellit, të cilat vendosin një lidhje midis sasive që karakterizojnë fushat elektrike dhe magnetike me shpërndarjen e ngarkesave dhe rrymave në hapësirë. Thelbi i katër ekuacioneve të Maxwell për fushën elektromagnetike është reduktuar cilësisht në sa vijon:
1. Fusha magnetike krijohet duke lëvizur ngarkesat dhe duke alternuar fushe elektrike;
2. Një fushë elektrike me vija të mbyllura të forcës (fushë vorbulle) krijohet nga një fushë magnetike e alternuar;
3. Linjat e fushës magnetike janë gjithmonë të mbyllura (kjo do të thotë se nuk ka burime - ngarkesa magnetike të ngjashme me ato elektrike);
4. Një fushë elektrike me vija të hapura të forcës (fushë potenciale) krijohet nga ngarkesat elektrike - burimet e kësaj fushe. Teoria e Maxwell-it nënkupton fundshmërinë e shpejtësisë së përhapjes së ndërveprimeve elektromagnetike dhe ekzistencën e valëve elektromagnetike.
Elektrodinamika klasike gjithashtu merr në konsideratë valët elektromagnetike, rrezatimi dhe shpërndarja e tyre në hapësirë.
Një pjesë e veçantë e elektrodinamikës klasike është elektrodinamika e mediave të vazhdueshme, e cila merr në konsideratë përgjigjen e mediave fizike ndaj shqetësimeve nga fushat e jashtme elektrike dhe magnetike.
Libri është një kurs leksionesh mbi elektrodinamikën klasike, i cili u lexua nga autori për shumë vite në Fakultetin universitar të Fizikës në Shën Petersburg (Leningrad) Universiteti Shtetëror. Baza e kursit është parimet themelore, të tilla si ekuacionet e Maksuellit dhe parimi i relativitetit, të kombinuara në formën e bashkëvariantit relativist të ekuacioneve të elektrodinamikës. Mbi bazën e tyre prezantohen vazhdimisht idetë dhe metodat bazë të elektrostatikës, teoria e rrezatimit, elektrodinamika e mediave të vazhdueshme dhe teoria e valëve. Materiali është paraqitur me shkallë të lartë ashpërsia matematikore, e cila kombinohet organikisht me paraqitje të qartë përmbajtje fizike. Libri mund të jetë i dobishëm për këdo që ka njohuri bazë në këtë fushë dukuritë elektrike Dhe analiza matematikore, do të doja të merrte një ide të qartë dhe matematikisht rigoroze se si bazat teorike, dhe për metodat për zgjidhjen më të madhe detyra komplekse elektrodinamika.
Fragment nga libri.
Përmbledhje: kur shqyrtojmë problemet e inxhinierisë radio të tipit "si rrezaton kjo antenë", ne, natyrisht, jemi të interesuar vetëm për fushën e krijuar nga vetë ajo, dhe për të përjashtuar fushat e jashtme të lira, është e natyrshme të imponohen kushtet e nevojshme asimptotike. në pafundësi mbi potencialet. Me këtë formulim, kushtet e matësit të mësipërm i rregullojnë potencialet në mënyrë unike. Por nëse ne jemi të interesuar për vetë fushat e lira (gjë që është e natyrshme kur shtrojmë probleme, për shembull, në teorinë kuantike të fushës), atëherë nuk mund të vendosim kushte që përjashtojnë pikërisht këto fusha.
Parathënie
1 Hyrje e përgjithshme
1.1 Ekuacionet e Maksuellit.
1.2 Digresioni matematik: konventat e shënimeve, formulat e referencës.
1.3 Forma integrale e ekuacioneve të Maksuellit.
1.4 Marrëdhënia ndërmjet formave diferenciale dhe integrale të ekuacioneve të Maksuellit në prani të sipërfaqeve të ndërprerjes. Kushtet kufitare (kushtet e përputhjes).
1.5 Ekuacioni i vazhdimësisë, ligji i ruajtjes së ngarkesës.
1.6 Kalimi nga tensionet tek potencialet. Ekuacionet e Maxwell-it për potencialet.
1.7 Transformimet e kalibrimit dhe kushtet e kalibrimit.
2 Formulimi relativiko-kovariant i elektrodinamikës
2.1 Emërtimet.
2.2 Tenzorët në grupin e rrotullimit SO3 dhe në grupin 03.
2.3 Fushat tensore.
2.4 Elektrodinamika dhe parimi i relativitetit.
2.5 Shndërrimet e Lorencit, vetitë e përgjithshme.
2.6 Eigjentransformimet e Lorencit. Forma e qartë e transformimeve të kalimit në një kornizë referimi lëvizëse..
2.7 Ligji relativist i mbledhjes së shpejtësive. Reduktimi i shkallës dhe koha e shtrirjes.
2.8 Tenzoret dhe fushat tensore në grupin Lorentz.
2.9 Natyra tensore e potencialeve dhe tensioneve.
2.10 Formulimi kovariant i ekuacioneve të Maxwell-it për potencialet.
2.11 Transversaliteti K, ekuacioni i vazhdimësisë, pandryshueshmëria e matësit të ekuacioneve të Maxwell-it, kushtet e matësit.
2.12 Konsiderata të përgjithshme mbi formën e ekuacioneve të Maxwell-it për potencialet.
2.13 Regjistrimi kovariant i ekuacioneve të Maxwell-it për tensionet.
2.14 Transformimet e potencialeve dhe tensioneve gjatë kalimit në një kornizë referimi lëvizëse.
2.15 Elektrodinamika nga perspektiva mekanika teorike. Veprim funksional për fushën elektromagnetike.
2.16 Tenzori energji-moment. Ligjet e ruajtjes së energjisë dhe momentit.
2.17 Elemente të dinamikës relativiste të një grimce me pikë. Forca e Lorencit.
3 Statika
3.1 Marrëdhëniet bazë.
3.2 Zgjidhja e ekuacionit të Poisson-it.
3.3 Zgjerimi shumëpolësh i potencialit skalar
në elektrostatikë. Momentet shumëpolëshe dhe vetitë e tyre.
3.4 Zgjerimi shumëfushës i potencialit vektorial A në magnetostatikë. Moment magnetik sistemi arbitrar rrymat
3.5 Forcat dhe momentet e forcave. duke vepruar sipas burimeve të shpërndara.
3.6 Energjia potenciale e një sistemi ngarkesash ose rrymash
në një fushë të jashtme të caktuar.
3.7 Energjia e vet potenciale e një sistemi ngarkesash ose rrymash (energjia në fushën e vet).
3.8 Dielektrikë dhe magnet (statikë).
3.9 Bazat e termodinamikës së dielektrikëve dhe magneteve. Forcat vëllimore në dielektrikë dhe magnet.
3.10 Problemet e vlerës kufitare të elektrostatikës dhe metodat për zgjidhjen e tyre....
4 Dinamika
4.1 Deklarata e problemit, formë e përgjithshme Zgjidhjet.
4.2 Funksioni i Green-it i vonuar i operatorit të valës....
4.3 Potencialet e vonuara.
4.4 Fusha e një ngarkese pika që lëviz në mënyrë arbitrare. Potencialet e Liénard-Wiechert. Fuqia e rrezatimit dhe modeli i rrezatimit.
4.5 Rrezatimi nga burime të lokalizuara, zbërthim shumëpolësh.
4.6 Antenë lineare me ngacmim qendror.
4.7 Ekuacionet dinamike të Maksuellit në një mjedis.
4.8 Drejtuesit e valëve.
Letërsia Indeksi i lëndës
Shkarko falas e-libër në një format të përshtatshëm, shikoni dhe lexoni:
Shkarkoni librin Elektrodinamika klasike, kurs i shkurtër leksionesh, udhëzues studimi, Vasiliev A.N., 2010 - fileskachat.com, shkarkim i shpejtë dhe pa pagesë.
Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Lëkundjet harmonike Formula e fizikës së frekuencës së lëkundjeve