Електродинаміка

    Цей відомий закон Ома

Одним із найвідоміших законів фізики є, безперечно, закон Ома. Цей закон часто зустрічається як в народних прислів"ях так і в численних кросвордах. Напевне, у 1826 р. Г.Ом експериментально встановивши співвідношення між струмом та напругою навіть і не здогадувався про цю славу. Проте не всі пам"ятають про чотири різних формулювання цього закону для електричних кіл із постійним струмом.

  1. Закон Ома для однорідної ділянки кола.

Сила  струму І в однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі, яку прикладено до ділянки і обернено пропорційна характеристиці ділянки, яку називають електричним опором провідника ( рис. 1 ).

Пам"ятаємо, що опір провідника R визначає його здатність обмежувати силу струму в колі і пов"язаний ( в металах ) з розсіюванням електронів провідності на теплових коливаннях кристалічної решітки та структурних неоднорідностях.

  2. Закон Ома для замкнутого кола.

Сила струму в замкнутому колі прямо пропорційна Е.Р.С. джерела і обернено пропорційна сумі зовнішнього і внутрішнього  опорів   

Електрорушійною силою джерела ( Е.Р.С. ) називається фізична величина, яка вимірюється роботою джерела струму при переміщенні одиничного додатнього заряду замкнутим колом.

Мал 1. Електроліз водного розчину хлориду міді.

Електролітами називають провідні середовища, в яких протікання електричного струму супроводжується перенесенням речовини.

• Носіями вільних зарядів в електролітах є додатньо і від’ємно заряджені іони.
• До електролітів відносяться водні розчини кислот, солей і лугів а також розплави деяких твердих речовин.

• Проходження струму крізь електроліт супроводжується виділенням речовини на електродах. Це явище називають електролізом.

Електричний струм в електролітах представляє собою переміщення іонів обох знаків в протилежних напрямах. Додатні іони рухаються до від’ємного електрода (катода), від’ємні іони – до додатного електрода (анода). Іони обох знаків з’являються в водних розчинах солей, кислот і лугів в результаті розчеплення частини нейтральних молекул. Це явище називають електролітичною дисоціацією.

• При підключенні електродів до джерела струму іони під дією електричного поля починають впорядкований рух: додатні іони міді рухаються до катода, а від’ємні йони хлору – до анода (мал.1).

• Досягнувши катода, іони міді нейтралізуються надлишковими електронами катода і перетворюються в нейтральні атоми, які виділяються (осідають) на катоді. Йони хлору, досягнувши анод, віддають по одному електрону. Після цього нейтральні атоми хлору з’єднуються попарно і утворюють молекули хлору Cl₂. Хлор виділяється на аноді в виді бульбашок газу.

Отже, при проходженні електричного струму крізь електроліт на електродах виділяється речовина (в нашому прикладі мідь і хлор).

• Закон електролізу був експериментально встановлений англійським фізиком М. Фарадеєм в 1833 році. Закон Фарадея визначає масу речовини, яка виділяється на електродах під час електролізу:

Маса m речовини, яка виділяється на електроді, прямо пропорційна заряду Q, який пройшов крізь електроліт:

• Маса речовини, яка виділиться на електроді дорівнює масі всіх іонів, які прийшли на електрод:

• Отже, електрохімічний еквівалент k дорівнює відношенню маси іона m₀ до його заряду q₀.

• Оскільки заряд іона дорівнює добуткові валентності речовини z на елементарний заряд e (q₀ = z∙e), то вираз для електрохімічного еквівалента k можна записати так:

• Закон Фарадея для електролізу можна записати так:

Магнітне поле

 

Магнітне поле постійного магніту та котушки зі струмом.

Більше як 2000 років тому була відкрита властивість магнітної стрілки орієнтуватись вздовж земного меридіана. Кінець стрілки, повернутий на північ, дістав назву північного магнітного полюса, а протилежний – південного. Було також відкрито взаємодію полюсів – притягання різнойменних та відштовхування однойменних.

 

У 1820 році Ерстед відкрив явище відхилення магнітної стрілки електричним струмом, а Ампер – взаємодію паралельних струмів і висунув гіпотезу про те, що магнітні поля створюються струмами, тобто рухомими електричними зарядами.

 

В магнетизмі всі струми поділяються на макроструми, що зумовлені напрямленим рухом вільних носіїв (електронів, дірок, іонів), і мікроструми, що зумовлені рухом електронів в атомах і молекулах; саме мікроструми створюють магнітні поля постійних магнітів. Отже, магнітне поле – особливий вид матерії, що створюється рухомими електричними зарядами (струмами) і діє на рухомі заряди, провідники зі струмом та постійні магніти.

 

Магнітне поле: силові лінії.

Для графічного зображення магнітного поля використовують лінії магнітної індукції, які проводяться так, щоб дотична до них в кожній точці співпадала з напрямком вектора В в цій точці. Лінії магнітної індукції проводяться з такою густиною, щоб число ліній, які перетинають нормальну до них площадку одиничної площі чисельно дорівнювало модулю вектора індукції магнітного поля в даному місці простору. Лінії магнітної індукції не мають ні початку, ні кінця, вони або замикаються навколо провідників зі струмом, або ідуть з нескінченності в нескінченність. Їх напрямок встановлюється згідно з правилом свердлика.

Магнітне поле називається однорідним, якщо у всіх його точках                  В = const.

Лінії індукції однорідного поля – паралельні прямі, проведені з однаковою густиною.

  Однорідним є поле всередині нескінченно довгого соленоїда (мал.1).

 

Мал. 1.  Лінії магнітної індукції постійного магніту і котушки зі струмом (магнітні стрілки орієнтуються за напрямом дотичних до ліній індукції).

 

Мал. 2. Силові лінії магнітного поля двох постійних магнітів.

 

Електромагнітна індукція