ELECTROMAGNETISM http://rumble.com/viral/p935765-the-power-of-nature-expressed-by-electricity.html http://openstockblog.com/incredible-faces-of-naturephotography-by-evan-ludes/electric-tsunami-ii/
ELECTROMAGNETISM - Notiuni introductive - Obiectiv: studiul fenomenelor fizice care au loc în câmpul electromagnetic Camp electromagnetic: stare a materiei care apare în jurul sarcinilor electrice, prin intermediul căruia se exercită interacţiunea electromagnetică Istoric Thales din Milet (secolul al VI-lea înainte de Hristos): proprietatea chihlimbarului de a atrage unele obiecte uşoare după frecare Prima busolă: in China (secolul al II-lea după Hristos) -magnetita (oxidul de fier) atrage bucăţi mici de fier- William Gilbert (1600): starea de electrizare (in limba greaca electron = chihlimbar) Christofor Columb (secolul al XV lea): descoperirea câmpului magnetic pământesc
Domeniul stiintific Electricitate şi magnetism Michael Faraday (1791 1867) legea inducţiei electromagnetice http://educypedia.karadimov.info/library/faradyanim.gif James Clerk Maxwell (1831-1879) sinteza teoretică a rezultatelor experimentale legate de electricitate şi magnetism ecuaţiile Maxwell (1873, Treatise on Electricity and Magnetism): transcrierea sub formă matematică a rezultatelor experimentale câmpul electromagnetic apare ca un mijlocitor al interacţiunilor dintre obiectele fizice încărcate cu sarcini electrice
Fenomenele electrice si magnetice se observa pretutindeni in natura-fulgerul- http://www.exploratorium.edu/ronh/weather/weather.html In interiorul norului sarcinile electrice se separa Curentii calzi deplaseaza sarcinile pozitive spre partea superioara a norului partea inferioara a norului ramane incarcata cu sarcini predominant negative Atractia intre Pamant (incarcat pozitiv) si aceste sarcini negative din partea inferioara a norului produce fulgerul Mecanismul de separare a sarcinilor electrice in interiorul fulgerelor nu este elucidat Se presupune ca picaturile de apa din nor devin cumva incarcate negativ si, fiind mai grele decat aerul inconjurator, coboara in partea inferioara a norului In acest timp, ionii pozitivi care raman sunt deplasati in partea superioara a norului prin curenti de aer cald.
Fenomenele electrice si magnetice se observa pretutindeni in natura -ACTIVITATEA CREIERULUI- Corpul omenesc este controlat prin impulsuri electrice generate in creier http://phenomena.nationalgeographic.com/2013/08/13/ does-language-shape-what-we-see/ http://io9.com/5877531/how-exactly-do-neurons-pass-signalsthrough-your-nervous-system http://www.davidicke.com/forum/showthread.php?t=256175
Fenomenele electrice si magnetice se observa pretutindeni in natura -AURORA- Fenomen intalnit in Arctica (aurora boreala) si Antarctica (aurora australa) zambetulinimii.blogspot.com http://ionpaun.wordpress.com/2013/08/22/aurora-boreala-si-spectacoluloferit/ http://stiati-ca.epistole.ro/2012/12/stiati-ca-numele-de-aurora-boreala-vinedin-mitologie/ Aurora se produce cand electronii din vanturile Solare interactioneaza cu atmosfera terestra Vanturile Solare se deplaseaza de-a lungul liniilor de camp magnetic al Pamantului si interactioneaza cu atomii de oxigen si azot din atmosfera terestra Fortele electrice si magnetice interactioneaza intre ele, producand imaginea de cortina care danseaza pe cer Culorile produse (verde, rosu, albastru sau violet) depind de tipul de atomi cu care au interactionat electronii si de altitudinea la care a avut loc interactiunea.
Notatie: q Sursa câmpului electromagnetic=sarcina ELECTRICA Definitie: mărime fizică care măsoară starea de electrizare a unui corp Unitate de masura: coulomb (C).
Densitatea de sarcina electrica Descrie efectele prezenţei sarcinii electrice Sarcina electrică poate fi distribuită în volumul unui corp: densitatea volumetrica de sarcina electrica (sarcina electrica din unitatea de volum) Unitate de masura: C/m 3 pe suprafaţa unui corp: densitatea superficiala de sarcina electrica (sarcina electrica din unitatea de suprafata) Unitate de masura: C/m 2 pe lungimea unui corp: densitatea liniara de sarcina electrica (sarcina electrica din unitatea de lungime) Unitate de masura: C/m
Proprietăţile sarcinii electrice are două forme de existenţă se conservă este cuantificată este invariantă
Proprietăţile sarcinii electrice sarcina electrica are două forme de existenţă se conservă este cuantificată este invariantă Sarcina electrica poate fi pozitivă / negativă Sarcinile electrice de acelaşi semn se resping, iar cele de semne diferite se atrag static.htm balloons_en.jar http://www.tutorvista.com/physics/animations/electric-charge-animation Electric Charge Animation _ TutorVista.com.htm
Majoritatea fenomenelor fizice implica sarcini electrice aflate in miscare. travoltage_en.jar Intensitatea curentului electric (I) Descrie fenomenele care însoţesc mişcarea sarcinilor electrice Definitie: sarcina electrică ce traversează în unitatea de timp o suprafaţă Unitate de masura: amper (A) 1A = 1C/1s I = mărime fundamentală în Sistemul Internaţional de Unităţi (SI) pentru mărimile electrice şi magnetice Amper =unitate fundamentală in SI
Densitatea de curent electric (J) Direcţia de deplasare a sarcinilor electrice Mărime vectorială modulul egal cu intensitatea curentului care traversează unitatea de suprafaţă a unui corp cu proprietăţi conductoare direcţia şi sensul date de viteza de deplasare a sarcinilor electrice Unitate de masura : A/m 2 arie orientată S S: aria suprafeţei traversate de sarcinile electrice :versorul direcţiei normale pe această suprafaţă. n Intensitatea curentului electric I = Fluxul densităţii de curent prin suprafaţa traversată de sarcinile electrice
Proprietăţile sarcinii electrice are două forme de existenţă Sarcina electrica se conservă este cuantificată este invariantă
Legea de conservare a sarcinii electrice Se considera: corp de volum V şi suprafaţă Σ in volumul corpului se află distribuită o sarcină electrică cu densitatea ρ prin suprafaţa corpului trec curenţi de densitate J Intensitatea curentului care traversează spre exterior suprafaţa corpului este: Fluxul lui J prin această suprafaţă Scăderea în timp a sarcinii electrice din volumul V scădere Teorema divergenţei: Ecuaţia de continuitate Legea conservării sarcinii electrice
Legea conservării sarcinii electrice Pentru cazul stationar: densitatea de sarcină electrică este constantă în timp Observatie: Din proprietăţile câmpurilor se ştie că liniile de forţă ale unui câmp a cărui divergenţă este nulă sunt curbe închise Necesitatea unui circuit închis pentru a avea un curent staţionar este o consecinţă a conservării sarcinii electrice
Proprietăţile sarcinii electrice are două forme de existenţă Sarcina electrica se conservă Sarcina electrica este cuantificată este invariantă Michael Faraday cuantificarea sarcinii electrice Orice sarcină electrică este egală cu un multiplu întreg de sarcini elementare numar intreg e=1.60217733(49)x10-19 C sarcina electrica elementara ELECTRONUL = sarcina electrică elementară (este negativă)
Invarianţa sarcinii electrice: valoarea ei măsurată nu depinde de starea de mişcare a Demonstratie experimentala observatorului (de sistemul de referinţă din care se face măsurătoarea) Atom de hidrogen: electron (sarcina e) + proton (sarcina +e) Masele celor două particule sunt diferite m p = 1836 m e Atomul de hidrogen accelerat într-un câmp electric acceleraţiile (implicit vitezele) electronului şi protonului trebuie să difere invers proporţional cu masele acestora Proprietăţile sarcinii electrice are două forme de existenţă se conservă este cuantificată Sarcina electrica este invariantă Dacă sarcina electrică ar depinde de starea de mişcare în care este măsurată ar trebui să se măsoare valori diferite ale acesteia pentru protonul şi electronul atomului de hidrogen în mişcare cu viteze diferite! Experimental nu s-a observat acest lucru Sarcina electrică este invariantă, are aceeaşi valoare in orice sistem de referinţă
Experimentele care au dus la scrierea ecuaţiilor lui Maxwell pentru câmpul electromagnetic I. Câmpul electric în vid I.1. Câmpul electric în vid departe de conductori I.1.a. Legea lui Coulomb I.1.b. Energia înmagazinată într-un sistem de purtători de sarcină electrică 1.1.c. Intensitatea câmpului electric Distribuţie discontinuă de sarcini electrice Distribuţie continuă de sarcini electrice Legea lui Gauss pentru fluxul electric 1.1.d.Potenţialul electric Proprietati Potenţialul electric pentru diferite distributii de sarcina Circulaţia vectorului intensitate câmp electric pe o curbă închisă 1.1.e. Energia câmpului electric 1.1.f. Ecuaţiile lui Poisson şi Laplace
I. Câmpul electric în vid I.1. Câmpul electric în vid departe de conductori I.1. a. Legea lui Coulomb Charles de Coulomb 1785: Forţa de interacţiune dintre două sarcini punctiforme este o forţă de tip central, care depinde invers proporţional de distanţa dintre sarcinile electrice Forţa lui Coulomb (forţa de interactiune electrostatică) q 2 q 1 r Conditie: dimensiunile corpurilor încărcate electric sunt mult mai mici decât distanţa dintre acestea (corpurile încărcate electric sunt punctuale)
k depinde de mediul în care interacţionează sarcinile electrice şi de sistemul de unităţi de măsură utilizat În Sistemul International de unitati, in vid: Permitivitatea dielectrică a vidului 0 = 8.854187817X10-12 C 2 / Nm 2 Caracterizează din punct de vedere electric mediul în care se află sarcinile electrice Coulomb = sarcina electrică a fiecăreia dintre două sarcini electrice egale care, aflate în vid la distanţa de 1 m, se atrag sau se resping cu o forţă egală cu 9X10 9 N
Forţa de interacţiune dintre două sarcini electrice respingere dacă sarcinile au acelaşi semn atracţie dacă sarcinile sunt de semn contrar +q -q +q +q +q -q +q +q
Forţa lui Coulomb EXEMPLE-
Forţa lui Coulomb EXEMPLE- Physics Animations_coulomb.htm
Sistem format din trei sarcini punctiforme: forţa cu care două din acestea (q 1, q 2 ) acţionează asupra celei de a treia (q 3 ) F 3 F 13 Generalizare pentru un sistem format din N sarcini electrice: forţa cu care N-1 sarcini acţionează asupra sarcinii k q 3 F 23 q 2 r 23 r 13 q 21
I.1.b. Energia înmagazinată într-un sistem de purtători de sarcină electrică q 3 r 23 Fie un sistem format din trei sarcini electrice de acelaşi q 2 semn (q 1, q 2, q 3 ) care sunt aduse pe rând de la infinit r 13 r 12 Aducerea primei sarcini de la infinit: asupra acesteia nu acţionează nici o forţă nu se efectuează lucru mecanic L 1 = 0 q 1 2 Aducerea sarcinii q 2 in câmpul creat de sarcina q 1, la distanta r 12 fata de sarcina q 1 Lucrul mecanic efectuat: forţa de respingere (sarcinile sunt de acelaşi semn)
Aducerea sarcinii q 3 la distanta r 13 fata de sarcina q 1 si la la distanta r 23 fata de sarcina q 2 Lucrul mecanic efectuat: r 23 q 3 q 2 r 13 r 12 q 1 2
Lucrul mecanic efectuat pentru a forma un sistem de purtători de sarcină= Variaţia energiei potenţiale a sistemului Generalizare pentru energia potenţială a N purtători de sarcină q j q k apar de 2 ori (apar si sub forma q k q j )