4 Fyzikálne polia. - forma hmoty, ktorej základným prejavom je silové pôsobenie na všetky hmotné objekty

Transcript

1 4 yzikálne plia 4.1 avitačné ple - fa hty, ktej záklaný pejav je silvé pôsbenie na všetky htné bjekty Newtnv avitačný zákn - Newtnv avitačný zákn: Dva htné by sa navzáj piťahujú vnak veľkýi silai, ale pačnéh seu veľksť avitačnej sily je pia úená htnsti 1, htných 1 bv a nepia úená uhej cnine ich vzialenstí 1., ke je avitačná knštanta (=6, N..k - ) - keďže hnta avitačnej knštanty je veľi alá, vzájné avitačné sily ezi telesai bežných htnsti sú veľi alé, avitačné sily sa pejavujú iba vtey, keď htnsť aspň jenéh telesa je veľi veľká 4.1. intenzita avitačnéh pľa - intenzita avitačnéh pľa chaakteizuje silvé pôsbenie avitačnéh pľa v an ieste pľa - efinuje sa ak piel avitačnej sily, ktá pôsbí na teles s htnsťu v an ieste pľa a htnsti tht telesa 1 K, K N. k. s - intenzita avitačnéh pľa je vektvá veličina, á vnaký se ak avitačná sila, ktu avitačné ple pôsbí v an ieste pľa na teles - pe intenzitu avitačnéh pľa Zee platí: M Z K, ke h je výška na zeský pvch, v ktej sa teles nacháza R h Z - z efinície intenzity a pľa uhéh phybvéh zákna platí. K. a K a intenzita avitačnéh pľa v an ieste sa vná avitačnéu zýchleniu v an ieste avitačný ptenciál - chaakteizuje avitačné ple - efinuje sa ak piel avitačnej ptenciálnej eneie telesa v tt be pľa a htnsti tht telesa (piel páce, ktú vykná avitačná sila pi peiestnení telesa z anéh bu pľa na pvch Zee a htnsti tht telesa) E W p 1, J. k - by avitačnéh pľa s vnaku hntu avitačnéh ptenciálu tvia hlainu ptenciálu (ekviptenciálnu plchu) 1

2 4. elektstatické ple - časť elektanetickéh pľa pejavujúca sa silvý pôsbení na všetky nabité htné bjekty 4..1 Culbv zákn - ve elekticky nabité telesá pôsbia na seba vzájnýi píťažlivýi aleb puivýi silai. V ôsleku elektstatickej inukcie pôsbia na seba píťažlivýi silai aj elekticky nabité a elekticky nenabité telesá. Keďže píčinu síl je elektický nábj, nazývajú sa elektické sily. - v elektstatike sa zaváza pje bvý nábj, ktý si pestavujee ak htný b, ktéh elektický nábj je vnak veľký ak nábj na zelektizvan telese - Culbv zákn: Veľksť e elektickej sily je pia úená súčinu bvých nábjv Q 1, Q a nepia úená uhej cnine ich vzialensti. 1 Q Q, ke ε 0 je peitivita vákua (ε 0 = 8, C.N ) 1 e e ak ajú nábje vnaké znaienk, sila je silu, ktu sa nábje puzujú. Ak e ajú pačné znaienk, je sila píťažlivá. 4.. intenzita elektickéh pľa - chaakteizuje silvé pôsbenie elektickéh pľa v an ieste pľa - pe intenzitu elektickéh pľa platí: e 1 1 E, E N. C V. ' Q - intenzita elektickéh pľa je vektvá veličina vnakéh seu ak elektická sila, ktá v an ieste pľa pôsbí na klaný bvý nábj Q - pe intenzitu elektickéh pľa v vzialensti bvéh nábja platí: 1 Q E elektické ple ôžee znázniť pcu ateatickéh elu, ktý sa nazýva vektvé ple - silčiaa, ktá pecháza istý b elektickéh pľa, je yslená čiaa, ktej tyčnica zstjená v tt be učuje se intenzity elektickéh pľa - silčiay elektickéh pľa ajú tiet vlastnsti: sú spjité, začínajú sa na klan nábji a knčia sa na zápn; pi saten nábji aleb pi vjici nábjv s vnaký znaienk sa zbiehajú neknečna sú klé na pvch nabitéh telesa navzáj sa nepetínajú + _ elektický ptenciál - elektický ptenciál v an be pľa sa efinuje ak piel elektickej ptenciálnej eneie klanéh elektickéh nábja Q v tt be a veľksti tht nábja

3 - petže E p =W, ôžee pveať: Elektický ptenciál v an be pľa je učený pe páce, ktú vyknajú sily elektickéh pľa pi peiestnení klanéh nábja Q z anéh iesta na pvch Zee a veľksti tht nábja E p W 1 e, J C V ' ' e. Q Q - Ze a telesá viv spjené s Zeu sú iestai s nulvý elektický ptenciál - v hénn pli ezi va vnbežnýi vivýi platňai á klane nabitá platňa vzhľa na uzenenú platňu ptenciál: e E, ke je vzialensť platní - elektický ptenciál je skalána veličina - učení elektickéh ptenciálu kažéh bu elektickéh pľa utváae ďalší ateatický el pľa skaláne ple) - nžina bv elektickéh pľa s vnaký ptenciál tví hlainu ptenciálu aleb ekviptenciálne plchy 4..4 elektické napätie - elektické napätie sa efinuje ak abslútna hnta zielu ptenciálv ezi va bi elektickéh pľa U 1 - keď zeiae elektické napätie U ezi va vnbežnýi vivýi platňai, ôžee vypčítať veľksť intenzity elektickéh pľa. Ptenciál klane nabitej platne je e E a ptenciál uzenenej platne je nulvý, pt pe napätie ezi platňai platí: U U 1 E E - pe veľksť páce vyknanej pi penesení nábja Q ezi va bi, ezi ktýi je napätie U, platí: U W E Q Q QU 4.3 anetické ple - časť elektanetickéh pľa, ktá sa pejavuje silvý pôsbení na phybujúce sa elekticky nabité častice S N N S - zj stacináneh anetickéh pľa je nephybujúci sa vič s knštantný pú aleb nephybujúci sa peanentný anet S N S N - anetické ple sa pejavuje silvý pôsbení - na pis piestvéh zlženia anetickéh pľa zavázae sústavu ientvaných kiviek, kté sa nazývajú anetické inukčné čiay. Manetická inukčná čiaa je piestv ientvaná kivka, ktej tyčnica v an be á se si veľi alej anetky uiestnenej v tt be. Se južnéh k sevenéu pólu anetky učuje ientáciu inukčnej čiay - ientáciu anetických inukčných čia učujee pcu Apévh pavila pavej uky: Naznačíe uchpenie viča pavej uky tak, aby palec ukazval hnutý se púu v viči; pt psty ukazujú ientáciu anetických inukčných čia. - anetické ple, ktéh inukčné čiay sú vnbežné piaky, nazývae hénne anetické ple silvé pôsbenie vch vičv s púi - v klí viča s pú vzniká anetické ple 3

4 - va vnbežné viče s pú, ktých vzialensť je veľa enšia ak ich ĺžka, pôsbia na seba silu, ktej veľksť je pia úená súčinu púv I 1 a I, ĺžke vičv l a nepia úená vzialensti vičv : I1I k l ak sú sey púv vnaké, viče sa piťahujú, ak sú zielne, puzujú sa - knštanta úensti k závisí vľby sústavy jentiek a psteia: 0 k, ke μ 0 je peeabilita vákua (μ = 4π N.A -1 ) a μ je elatívna peeabilita (uáva, kľkkát väčšia (enšia) je peeabilita istéh látkvéh psteia ak peeabilita vákua) - pe veľksť pôsbiacej sily platí: 0 I1I l - pe veľksť anetickej inukcie v bch, ktých vzialensť piaeh viča s pú je I je, platí: B I 4.3. anetická inukcia - slúži na kvantitatívny pis anetickéh pľa j kaž jeh be - pe hénne anetické ple ôžee anetickú inukciu efinvať na záklae silvých účinkv anetickéh pľa na vič s pú uvažujee pia viči s pú I, ktéh časť s ĺžku l (aktívna ĺžka viča) je v hénn anetick pli veľksť sily pôsbiacej v hénn pli na piay vič s pú je pia úená jeh aktívnej ĺžke l, púu I a závisí aj anetickéh pľa a plhy viča v ň (keď je vič vnbežný s inukčnýi čiaai anetickéh pľa, je sila nulvá, ký v plhe klej na inukčné čiay sahuje axiu α I - pe veľksť anetickej sily platí: BIl sin, ke B je anetická inukcia a chaakteizuje silvé pôsbenie anetickéh pľa tent vzťah sa vlá aj Apév zákn - pe anetickú inukciu platí: N B, B T, jentku anetickej inukcie je jeen tesla Il sin A. anetická inukcia v blízksti peanentných anetv á veľksť pibližne 0,001 T až 0,5 T - anetická inukcia závisí tvau telesa a psteia: závislsť anetickej inukcie psteia vyjauje peeabilita psteia μ; zaváza sa elatívna peeabilita μ, pe ktú platí:, ke μ 0 je peeabilita vákua μ 0 =4π N.A - 0 lhý piay vič: I B, ke je vzialensť piaeh viča s pú I v stee kuhvej slučky: 4

5 I B, ke je ple slučky v stee lhej valcvej cievky: NI N B, ke l je ĺžka cievky a N je pčet závitv. Piel je tzv. hustta l l závitv, ktá vyjauje pčet závitv pipaajúcich na jentku ĺžky cievky - anetická inukcia je vektvá veličina; se vekta anetickej inukcie v ist be pľa je zhný s se súhlasne ientvanej tyčnice k inukčnej čiae v tt be - sila, ktá pôsbí na piay vič s pú v hénn anetick pli s aneticku inukciu B, je klá na vič aj na anetickú inukciu se pôsbiacej sily ôžee učiť pcu leinvh pavila ľavej uky: Keď plžíe tvenú ľavú uku na vič tak, aby psty ukazvali se púu a inukčné čiay vstupvali lane, natiahnutý palec ukazuje se sily, ktu pôsbí anetické ple na vič s pú 4.4 elektanetické ple - pi elektanetick vlnení pi pense elektanetickej eneie vzniká ezi viči veenia časv peenné silvé ple, kté á jenak elektickú, jenak anetickú zlžku a nazýva sa elektanetické ple. Eneia sa nepenáša viči, ale elektanetický pľ ezi nii. Tent ej á chaakte vlnenia - napätie v ôznych iestach veenia je zličné, a tak ani nábj nie je na pvchu viča zlžený vnene. Pet je zličná aj intenzita elektickéh pľa ezi viči. Piebeh hnôt intenzity E časv peennéh elektickéh pľa pzĺž veenia v ist časv kaihu vyjauje sínusia: t x E E sin T E - keď bv peteká elektický pú i, tak v klí vičv sa vytví časv B peenné anetické ple; jeh anetická inukcia B á najväčšiu hntu v iestach, ktýi pecháza v an kaihu najväčší pú. Hnty anetickej inukcie pzĺž veenia vyjauje sínusia: t x B B sin T - pi pstupnej elektanetickej vlne napätie a pú v veení ajú vnakú fázu, a pet vnakú fázu ajú aj sínusiy v afe intenzity elektickéh pľa a anetickej inukcie pzĺž veenia. Vekty intenzity elektickéh pľa a inukcie anetickéh pľa sú navzáj klé a súčasne sú klé na se šíenia elektanetickej vlny. - pi stjatej elektanetickej vlne je cháza k fázvéu psunu, petže v kaihu, keď á napätie v kitniach najväčšiu hntu, pú v cel veení sa vná nule. Celá eneia elektanetickej vlny sa peenila na eneiu elektickéh pľa. Napak, keď je v kitniach pú najväčší, pzĺž celéh veenia je nulvé napätie. Eneia elektanetickej vlny je sústeená v anetick pli. Stjatý elektanetický vlnení sa eneia nepenáša, len sa ení na eneiu elektickéh pľa a napak. V stjatej elektanetickej vlne sú časv B E c 5

6 peenné vekty E a B fázv psunuté (ta, ke je intenzita elektickéh pľa je axiálna, je inukcia anetickéh pľa nulvá a napak). 4.5 pvnanie avitačnéh a elektickéh pľa - avitačné a elektické ple sú statické silvé plia. Gavitačné ple je v klí kažéh telesa s htnsťu, elektické ple v klí kažéh telesa s vľný elektický nábj Q. Pit pepklaáe, že teles aj elektický nábj sú vzhľa na ineciálnu vzťažnú sústavu v pkji - avitačné aj elektické ple sa vyznačujú silvý pôsbení na iné telesá. Na teles v avitačn pli pôsbí avitačná sila, na teles s elektický nábj v elektick pli pôsbí elektická sila. - existencia avitačnéh pľa sa viaže na htnsť telesa, existencia elektickéh pľa na elektický nábj Q. Obive plia sú jenu z vch záklaných fie hty, kté existujú nezávisle nášh veia. - avitačné a elektické ple chaakteizujú ve veličiny: intenzita pľa a ptenciál. Intenzita avitačnéh pľa K a intenzita elektickéh pľa K sú učené na záklae silvéh pôsbenia pľa. Gavitačný ptenciál a elektický ptenciál e sú učené na záklae páce knanej pi peiestňvaní telesa aleb elektickéh nábja v silv pli. - intenzita pľa je vektvá veličina, ptenciál skalána veličina. Pcu pvej knštuujee vektvé ple, pcu uhej skaláne ple. Vektvé a skaláne plia sú ateatické ely eálnych silvých plí, kté znázňujú ich isté vlastnsti, pet ateatické ely nesttžňujee s skutčnýi pliai. - na záklae intenzity pľa efinujee silčiay pľa, na záklae ptenciálu ekviptenciálne plchy. Silčiay a ekviptenciálne plchy sú veľi názné ateatické ely bivch silvých plí. - avitačné a elektické ple ajú však aj vlastnsti, ktýi sa navzáj lišujú: zielny pôv plí: Gavitačné ple sa viaže na htnsť telesa, elektické ple na elektický nábj. ziel v silv pôsbení: Gavitačné sily sú len píťažlivé, elektické sú píťažlivé aj puivé, č súvisí s va uhi elektickéh nábja. ziel v veľksti silvéh pôsbenia: Gavitačné sily, kté pôsbia ezi htnýi bi s jentkvu htnsťu, sú pene alé, elektické sily, kté pôsbia ezi bvýi nábji s jentkvý nábj, sú nh väčšie. ziel v knštantách χ a k: Gavitačná knštanta nezávisí psteia je t univezálna knštanta, knštanta k závisí vlastnsti psteia ziel v platnsti silvéh pôsbenia: Newtnv avitačný zákn platí pe htné by aleb pe ve vné ule, Culbv zákn iba pe va bvé nábje. B E c 6