Fizyka doświadczalna - elektromagnetyzm. Program wykładu: 1.Ładunek elektryczny ■ Ziarnista struktura ładunków ■ Prawo zachowania ładunku ■ Niezmienność.

Prezentacja na temat: "Fizyka doświadczalna - elektromagnetyzm. Program wykładu: 1.Ładunek elektryczny ■ Ziarnista struktura ładunków ■ Prawo zachowania ładunku ■ Niezmienność."— Zapis prezentacji:

1 Fizyka doświadczalna - elektromagnetyzm

2 Program wykładu: 1.Ładunek elektryczny ■ Ziarnista struktura ładunków ■ Prawo zachowania ładunku ■ Niezmienność ładunku ■ Prawo Coulomba i przenikalność dielektryczna próżni ■ Natężenie pola elektrycznego ■ Strumień pola elektrycznego ■ Prawo Gaussa, pole elektrostatyczne kuli, płaszczyzny i nitki nieskończenie długiej. 2. Pole elektrostatyczne ■ Zachowawczość pola ■ Potencjał pola elektrostatycznego ■ Napięcie ■ Praca a potencjał ■ Natężenie pola jako ujemny gradient potencjału ■ Siła działająca na ładunek powierzchniowy ■ Zmiana natężenia pola elektrostatycznego po przejściu przez naładowaną warstwę ■ Energia pola elektrostatycznego ■ Energia układu ładunków. 3. Różniczkowa postać prawa Gaussa ■ Równanie Poissona ■ Równanie Laplace'a ■ Twierdzenie o jednoznaczności rozwiązania równania Laplace’a ■ Przewodniki w polu elektrostatycznym ■ Natężenie pola przy powierzchni naładowanego przewodnika ■ Pojemność elektryczna ■ Pola ładunków poruszających się - zmiany składowych natężenia pola. 4. Środek rozkładu ładunku ■ Momenty rozkładu ładunku - monopol, dipol, kwadrupol ■ Dipol elektryczny w polu jednorodnym i niejednorodnym ■ Pole dipola - potencjał i natężenie ■ Energia oddziaływania dwóch dipoli. 5. Materia w polu elektrycznym ■ Przewodniki i izolatory ■ Polaryzowalność atomowa i cząsteczkowa ■ Gęstość polaryzacji ■ Polaryzacja dielektryka ■ podatność elektryczna i stała dielektryczna względna ■ Pole elektryczne w spolaryzowanej płycie płasko - równoległej oraz w kuli ■ Równania elektrostatyki w dielektrykach ■ Wektor przesunięcia D ■ Dielektryk ze stałymi elektrycznymi momentami dipolowymi ■ prawo Curie i Curie-Weissa ■ Dielektryk z indukowanymi elektrycznymi momentami dipolowymi ■ Związek podatności elektrycznej materii z polaryzowalnością atomową (równanie Clausiusa-Mossotiego) ■ Ferroelektryki ■ Elektrety ■ Piezo- i piroelektryczność, elektrostrykcja ■ Pole elektryczne na powierzchniach granicznych dielektryków ■ gęstość energii pola elektrycznego.

3 6. Prąd elektryczny ■ Natężenia prądu ■ Wektor gęstości prądu ■ Równanie ciągłości ■ Klasyczny model przewodnictwa elektrycznego ■ Ruchliwość ładunków ■ Prawo Ohma w postaci polowej ■ Prądy stacjonarne i niestacjonarne ■ Prądy ograniczone ładunkiem przestrzennym ■ Prawa Kirchoffa ■ Siła elektromotoryczna ■ Zależność temperaturowa oporu metali. 1. Pole magnetyczne ■ Siła Lorentza ■ Podstawowe zjawiska elektromagnetyzmu ■ Prąd elektryczny jako źródło pola magnetycznego ■ Prawo Biota-Savarta ■ Prawo Ampera w postaci całkowej i różniczkowej ■ Pola magnetyczne wybranych konfiguracji przewodników z prądem ■ Potencjał wektorowy pola magnetycznego. 2. Zjawisko indukcji magnetycznej ■ Prawo indukcji Faradaya ■ Prądy indukcyjne ■ Siła elektromotoryczna indukcji ■ Reguła Lenza ■ Prądy wirowe ■ Zjawisko indukcji wzajemnej ■ Zjawisko samoindukcji ■ Prądy niestacjonarne ■ Prąd przesunięcia ■ Równania Maxwella. 3. Magnetyczny moment dipolowy ■ Momenty magnetyczne atomów i jąder ■ Magneton Bohra i magneton jądrowy ■ Siły wynikające z prawa Lorentza i Biota- Savarta, przykłady ■ Prądy polaryzacyjne w dielektrykach, a I prawo Maxwella ■ Magnetyczne własności materii ■ Wektor magnetyzacji M ■ Zależność pomiędzy wektorem magnetyzacji a prądami związanymi (molekularnymi) ■ Wektor natężenia pola magnetycznego H ■ Zdolność magnetyzacji materii ■ Podatność magnetyczna ■ Diamagnetyki, paramagnetyki i ferromagnetyki ■ Histereza magnetyczna ■ Zachowywanie się wektora B i H na powierzchniach granicznych.

4 Literatura: 1.C. Bobrowski Fizyka – krótki kurs, WNT, Warszawa 1993. 2.D.J. Griffith, Podstawy elektrodynamiki, PWN, Warszawa, 2001. 3.J. Massalski, M. Massalska, Fizyka dla inżynierów, WNT, Warszawa 1980. 4.J. Orear, Fizyka, WNT, Warszawa 1990 5.E.M. Purcell, Elektryczność i magnetyzm, PWN, Warszawa 1975. 6.R. Resnick, D. Halliday, Fizyka, t. I, II, PWN, Warszawa 1975. 7.S. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, PWN, Warszawa 1972. 8.A. Hennel, W. Krzyżanowski, W. Szuszkiewicz, K. Wódkiewicz, Zadania i problemy z fizyki, PWN, Warszawa 1993. 9.A.N. Kucenko, J.W. Rublew Zbiór zadań z fizyki dla wyższych uczelni technicznych, PWN, Warszawa 1978. 10.R. Sikora, K. Chłędowska, Wybrane problemy fizyki z rozwiązaniami cz. II, Oficyna Wydawnicza PRz, Rzeszów 2010 11.W.S. Wolkensztejn, Zbiór zadań z fizyki, PWN, Warszawa 1974.

5 Warunki zaliczenia przedmiotu: Zaliczenie wykładu – na podstawie obecności Zaliczenie ćwiczeń – warunki poda prowadzący ćwiczenia Egzamin – forma pisemna: pytania problemowe + zadania + opracowanie jednego z podanych tematów Ocena = 0,3 * ocena z ćwiczeń + 0,7*ocena z egzaminu

6 Ładunek elektryczny Natura ładunku jest ziarnista, kwantowa Cała materia zbudowana jest z cząstek elementarnych o ładunku ujemnym, ładunku dodatnim i cząstek elektrycznie obojętnych. Ładunek punktowy punkt materialny obdarzony różnym od zera ładunkiem elektrycznym

7 Zasada zachowania ładunku – sumaryczny ładunek układu odosobnionego jest wielkością stałą (algebraiczna suma ładunków w układzie izolowanym jest stała i nie zmienia się w czasie) Prawo niezmienności ładunku elektrycznego - wartość ładunku elektrycznego nie zależy od jego prędkości i jest taka sama we wszystkich układach inercjalnych. foton przed po e+e+ e-e-

8 Pole elektrostatyczne – mówimy, że w pewnym obszarze istnieje pole elektrostatyczne, jeżeli na każdy ładunek umieszczony w tym obszarze działa siła proporcjonalna do wielkości tego ładunku Źródłem pola są ładunki elektryczne – pole źródłowe. Ładunek wytwarza pole w otaczającej go przestrzeni i dopiero te pole działa na pozostałe ładunki. Pole elektrostatyczne

9 +q +Q Prawo Coulomba – oddziaływanie pomiędzy ładunkami punktowymi dla próżni

10 Dla ośrodka materialnego Przenikalność względna ośrodka – wskazuje ile razy przenikalność bezwzględna ośrodka jest większa od przenikalności próżni

11 Przenikalność względna dielektryków Rodzaj dielektryka Przenikalność elektryczna względna  r olej transformatorowy2  2,5 Amoniak (-34ºC – ciecz)22 Chlorek sodu6 porcelana6  8 szkło3,1  4,4 Powietrze, para wodna1 Woda (ciecz)80

12 Wielkości charakteryzujące pole elektrostatyczne dla ładunku punktowego Wektor natężenia pola elektrostatycznego Potencjał pola elektrostatycznego dla ładunku punktowego

13 Linie pola - tory do których styczne pokrywają się w każdym punkcie z wektorem natężenia. Kierunek jest określony przez zwrot wektorów natężenia, czyli zwrot sił działających na ładunki dodatnie. Linie te mają początek i koniec - nie są to linie zamknięte. ładunek próbny – mały, tak by nie zaburzał pola, które „mierzy” i dodatni

14 Linie pola ładunków punktowych q0q0

15 Pole jednorodne - pole, w którego wszystkich punktach wektor natężenie pola jest jednakowy ma taką samą wartość, kierunek i zwrot linie sił są równoległe. kondensator płaski pole jednorodne Pole pochodzące od ładunku punktowego nie jest jednorodne!!!.

16 Zasada superpozycji - natężenie pola elektrostatycznego dowolnym punkcie jest sumą wektorową natężeń pól w tym punkcie, pochodzących od każdego z ładunków

17 Linie pola elektrycznego i powierzchnie ekwipotencjalne układu ładunków punktowych. Im większe zagęszczenie linii sił, tym natężenie pola elektrostatycznego jest większe.

18 Przykłady linii pola elektrostatycznego

19 Strumień pola Φ E Strumień pola jest proporcjonalny do liczby linii pola elektrostatycznego przechodzących przez daną powierzchnię A wektor A – długość pole powierzchni kierunek  do powierzchni zwrot wychodzi z powierzchni

20 Strumień pola elektrycznego przez dowolną powierzchnię

21 Strumień pola przez powierzchnię zamkniętą znajdującą się w zewnętrznym polu elektrycznym Zamknięta powierzchnia dzieli przestrzeń na dwa obszary – wewnątrz i na zewnątrz powierzchni dA jest zawsze prostopadły do powierzchni i skierowany na zewnątrz strumień przechodzący przez powierzchnię zamkniętą jest równy zeru – linie pola, które wchodzą do powierzchni muszą ją opuścić.