Elektrodynamika

Elektrodynamika jest to dział fizyki poświęcony własnościom: pól elektrycznych i magnetycznych, ładunków i prądów elektrycznych, a także magnezów trwałych. W życiu codziennym ładunki prądy elektryczne są na tyle duże, że zjawiska kwantowe nie mają żadnego praktycznego znaczenia.Elektrodynamika opisująca takie dostatecznie duże obiekty nazywa się elektrodynamiką klasyczną, natomiast elektrodynamika poświęcona opisom bardzo małych obiektów nazywa się elektrodynamiką kwantową.Dział elektrodynamiki dotyczący nieruchomych ładunków elektrycznych oraz pól elektrycznych nie zmieniających się w czasie nazywa się elektrostatyką.Podstawą elektrostatyki jest prawo Coulomba oraz wynikające z niego prawo Gaussa.W układach odniesienia poruszających się względem ładunków elektrycznych oprócz pola elektrycznego pojawia się także pole magnetyczne. Dlatego też elektrostatyka jest samoistnym działem fizyki tylko w jednym układzie odniesienia- układzie nieruchomym względem ładunków elektrycznych.
Dział elektrodynamiki dotyczący prądów stałych i pól magnetycznych niezależnych od czasu nazywa się magnetostyką.Właściwości elektromagnetyczne materii decydują o jej strukturze i dlatego też elektrodynamika jest jednym z podstawowych działów fizyki.Elektrodynamika jest podstawą działania wszystkich urządzeń wykorzystujących energie elektryczną.
Elektryzowanie ciała jest to wytwarzanie w ciele nadmiaru ładunku elektrycznego.Elektryzowanie polega na przenoszeniu niosących ujemny ładunek elektryczny z jednego ciała na drugie ciało. Jony dodatnie jako ciężkie nie mogą być przenoszone.
Elektryzowanie ciał może zachodzić różnymi sposobami: 1 poprzez pocierania ciał np. pocieranie kawałkiem tkaniny wełnianej bursztynu lub ebonitu; 2 poprzez kontakt z ciałem naelektryzowanym; 3 poprzez indukcję elektrostatyczną można przez nią np. elektryzować w sposób trwały metale.
Prawo Coulomba F=K*q1*q2/r2 K0=1/4ΠE0- dla próżni Er=E/E0 E-epsilon E0-przenikalność elektryczna próżni dla innych ośrodków E>E0 Największa siła będzie w próżni, ponieważ im mniejszy mianownik tym większy wynik wyjdzie.
Zasada zachowania ładunku elektrycznego: „w układzie ciał izolowanych elektrycznie od wszystkich innych ciał ładunek elektryczny może być przemieszczany z jednego ciała do drugiego, ale jego całkowita wartość suma algebraiczna nie może ulec zmianie”
Pole fizyczne-jest to obiekt wypełniający przestrzeń mający swoją energię i pęd, ale obecność, którego zmienia tylko własności przestrzeni. Właściwości pola fizycznego, są własnościami zmienionej przestrzeni przez to pole i dlatego też mogą zależeć tylko od położenia i czasu, a nie zależą od właściwości ciał umieszczonych w polu. Pole fizyczne działa natomiast na te ciała w sposób zależny od ich struktury. Jeżeli wielkości charakteryzująca pola fizyczne są wektorami-to wtedy takie pole nazywa się polem wektorowym. Jeżeli natomiast te wielkości są skalarami to wtedy takie pole nazywa się polem skalarnym. Jest to każda wielkość fizyczna, która zależy tylko od położenia oraz ewentualnie od czasu. Każde pole elektryczne jest polem fizycznym, ale nie na odwrót.
Pole elektryczne-jest to obszar, w którym na ciało naładowane elektrycznie działa niezależna od prędkości tego ciała siła wprost proporcjonalna do ładunku tego ciała. Pole to jest polem wektorowym, którego każdy punkt „r” jest w chwili „t” jednoznacznie opisany przez wektor natężenia pola elektrycznego E(r,t). Pole elektrostatyczne jest to takie pole elektryczne, którego źródłem są nieruchome ładunki elektryczne. Siły działające w polu elektrycznym wynikają z prawa Kolumba, czyli ze składania sił kolumbowskich pochodzących od różnych części naładowanego elektrycznie ciała lub układu ciał. Pole elektrostatyczne opisuje niezależny od czasu wektor natężenia pola elektrostatycznego E(r)→E=f(r). Pole elektrostatyczne można przedstawić graficznie rysując linie pola, które z jednej strony kończą się na źródłach pola, z drugiej strony w nieskończoności.
Zasada super pozycji(pól wektorowych, liniowego natężenia pola). Natężenie pola wytworzonego przez kilka źródeł jest równe wektorowej sumie natężeń pól wytworzonych przez każde z tych źródeł z osobna. Jeżeli własności każdego źródła pola są zupełnie niezależne od tego, czy obecne są jakieś inne źródła to wtedy pole wypadkowe jest sumą pojedynczych pól wytworzonych przez wszystkie źródła. Przykładem zasady superpozycji jest między innymi prawo składania pól elektrycznych: „Natężenie pola pochodzącego od kilku ładunków elektrycznych oraz od zmiennego pola magnetycznego jest wektorowa suma natężeń pól wywołanych przez każdą z tych przyczyn oddzielnie. Teorie fizyczne, w których spełniona jest zasada superpozycji nazywamy teoriami liniowymi. Jednorodność jest to geometryczna cecha danego ośrodka polegających na tym, że jego własności fizyczne są w każdym miejscu takie same. Jednorodny ośrodek nie zmienia się w wyniku, jakiegokolwiek przesunięcia. Ośrodkami jednorodnymi są w zasadzie wszystkie gazy, ciecze, ciała bezpostaciowe, czyste kryształy znajdujące się w stanie równowagi wewnętrznej.
Natężenie pola elektrostatycznego w danym punkcie nazywa się stosunek siły elektrycznej działającej na umieszczonym w tym punkcie ładunek próbny do wartości tego ładunku. Wartość natężenia pola elektrostatycznego zależy od rozkładu ładunku będącego źródłem pola. Pole centralne jest to pole elektrostatyczne o symetrii kulistej wartości pola centralnego. Linie pola elektrostatycznego- są to krzywe, do których wektor natężenia pola jest w każdym punkcie tego pola styczne. Dipol elektryczny-jest to układ dwóch punktowych ładunków elektrostatycznych równych, co do wartości, lecz o przeciwnych znakach. Obliczając wypadkowe natężenia pola elektrostatycznego można stosować zasadę superpozycji-czyli zsumować wektory natężeń w danym punkcie pola pochodzącego od wszystkich części ciała wytwarzającego to pole. Ta wektorowa suma jest natężeniem pola pochodzącym od całego wyżej wymienionego ciała.
Indukcja elektrostatyczna-jest to zjawisko polegające na przesuwaniu się ujemnych ładunków elektrycznych w przewodnikach elektrycznych i dielektrycznych-zachodzących pod wpływem zewnętrznego pola elektrostatycznego. Indukcja elektrostatyczna prowadzi zawsze do powstania dodatkowego indukowanego pola elektrycznego wytworzonego przez rozsunięte ładunki ujemne i dodatnie. W przewodnikach przemieszanie się ładunków elektrycznych zachodzi do póty do póki pole wypadkowe wewnątrz przewodnika nie zniknie. Przeciwległe powierzchnie przewodnika elektryzują się wtedy ładunkami przeciwnego znaku. Chwilowe uziemienie, którejkolwiek z takich powierzchni wywołuje trwałe naelektryzowanie przewodnika elektrycznego, które utrzymuje się nawet po ustaniu wpływu pola zewnętrznego. W dielektrykach zewnętrzne pole elektryczne przesuwa elektrony w cząsteczkach i ustawia spolaryzowane w ten sposób cząsteczki wzdłuż kierunku pola. Z tego o to powodu dielektryki ustawiają się odpowiednio do kierunku pola i są wciągane do obszaru pola silniejszego.
Wektor indukcji elektrostatycznej D(wektor) stosunek wartości wyidukowanego ładunku do pola powierzchni płytki określa wartość wektora indukcji pola elektrostatycznego, kierunek wektora indukcji D(wektor) wyznacza prosta prostopadła do powierzchni płytki. Zwrot wektora D przyjmuje się od płytki, które nakłada się ujemnie do płytki która naładowana jest dodatnio. W próżni wektor D jest równoważny wektorowi natężenia pola elektrostatycznego E(wektor) D(wektor)=E0*E(wektor). W próżni wektor D ma kierunek i zwrot zgodny z wektorem E. W dielektryku wektory te opisują pola różnego rodzaju. Obecność dielektryka wpływa na wielkość pola elektrycznego zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz dielektryka.
Strumień indukcji pola elektrostatycznego wektor powierzchni S posiada następujące cechy: 1.Wartość wektora S jest równa polu powierzchni S(wektor); 2. Kierunek wektora S jest prostopadły do powierzchni S; 3. Zwrot przyjmujemy na zasadzie umowy. Strumień indukcji pola elektrostatycznego przechodzącym przez powierzchnię S nazywamy następującym wyrażeniem Φ=D*S(wektory)=D*S*cos  Prawo Gaussa: „Strumień wektroa indukcji pola elektrostatycznego D przechodządzym przez dowolną zamkniętą powierzchnię S równa się całkowitemu ładunkowi elektrycznemu zawartemu wewnątrz tej powierzchni zamkniętej.