Založ si blog

Intenzita a indukcia II.

Ako som už písal v elektrotechnike pri určovaní magnetického a elektrostatického poľa sú charakteristiky intenzita, predstavuje silu a indukcia predstavuje hustotu poľa. Vzťahy medzi nimi určil Maxwell, zosúladil elektrickú a magnetickú časť v elektrotechnike.Magnetická intenzita H nezávisí od prostredia ale elektrická intenzita E áno. Hodnoty intenzity násobené vodivosťami prostredia sú indukcie. Magnetická vodivosť, permeabilita μ a elektrická vodivosť, permitivita ε. Za základ sa zobrali vodivosti vákua. Ako som predtým písal, permeabilita vákua μ0 sa odvodila zo silových účinkov elektrického prúdu. Najprv definovaná ako sila na 1cm dvoch nekonečne dlhých, zo zanedbateľným prierezom vzdialeným od seba 1cm vytvorí silu 2din. 1din=g*cm/s2 . Pretože pri sile sa musela zohľadniť celková dĺžka siločiar tak sa vložil tam súčiniteľ 4π. Pre úpravu na Newton a meter, (din je 0,00001N a cm je 0,01 m je μ0 4π*0,0000001. Potom základná jednotka pre prúd 1Avychádza o 0,1x menšia ako pôvodná 1aA=0,1A.  aA abamper, (absolútny ampér.  Podstatne komplikovanejšie to bolo s permitivitou vákua ε0 ktorá je nemerateľná. Odmerať ale vieme násobky permitivity vákua, relatívne hodnoty a podľa meranej hodnoty rýchlosti svetla v 19. Storočí, 313000km/s odvodil Maxwell v svojích rovniciach približnú hodnotu permitivity vákua. Postupne sa spresňovala a meraním permitivity vákua ktoré dnes je relatívne najpresnejšie sme odvodili rýchlosť svetla vo vákuu c. Hodnota ε0 je 0,000000000008854187 F/m, farad/meter. Vzťah pre ε0=1/ μ0*c2.Dôležitým poznatkom v elektrotechnike sú vzťahy medzi intenzitou a indukciou. Spomínal som už že násobky permitivity a permeability vákua sú tzv. relatívne hodnoty, potom celkové vodivosti prostredia materiálov sú ε=εr*ε0 a μ=μr*μ0. S toho nám vychádzajú vzťahy pre materiály. Pre magnetickú indukciu B=μr*μ0*H. Pre elektrickú indukciu  D=εr*ε0*E. Medzi elektrickou intenzitou a magnetickou indukciou existujú vzťahy kde je zakomponovaná rýchlosť pôsobenia elektrického náboja na magnetický tok, resp. pôsobenie zmeny magnetického poľa na elektrický náboj. Elektrický prúd je charakterizovaný tečúcim elektrickým nábojom za jednotku času I=Q/t. Magnetická intenzita H je daná sumou prúdov ΣI a siločiarou ktorá ich obopína l. Vzťah je H=ΣI/l. Elektrickú indukciu bodového náboja si môžeme predstaviť ako guľu s určitou hustou náboja, pretože celý náboj sa objaví na povrchu ak by sme bodový náboj uzavreli do nejakej vodivej gule. Vzťah je D=ε*E.  Elektrická intenzita E vychádza zo silových účinkov elektrických nábojov medzi sebou. Jeden náboj pôsobí svojou intenzitou na druhý. Z rovnice pre silu rovnakých nábojov máme vzťah  F=(1/((4π*ε)))*Q2/r2. Vydelíme jedným nábojom Q a dostávame vzťah pre intenzitu bodového náboja E=(1/((4π*ε)))*Q/r2. r je vzdialenosť od bodového náboja. Ak sa elektrický náboj bude pohybovať v určitom prostredí vytvorí okolo seba magnetickú indukciu. Bude závislá od hustoty elektrického náboja D, od jeho rýchlosti a magnetickej vodivosti prostredia μ. Vzťah je B=v*μ*ε*E.

Ak je vodič v magnetickom poli kde mení jeho indukcia hodnotu v závislosti na čase indukuje do vodiča napätie. Pokiaľ by sme uvažovali rýchlosť ktorú pretínajú magnetické siločiary elektrické náboje vo vodiči, (elektróny vychádza nám vzťah ui=B*l*v. ui je indukované napätie, B je indukcia v ktorej sa nachádza vodič, l je aktívna dĺžka vodiča a v je rýchlosť ktorá pretína elektrické siločiary elektrónov magnetické pole. Musíme uvažovať, že vodič je kolmý na magnetické siločiary. Vzťah medzi napätím a elektrickou intenzitou je E=U/l . s toho vzorca si môžeme odvodiť vzťah E=B*v ak by sme uvažovali intenzitu medzi koncami vodiča môžeme písať ui/l=ΔE pretože ui sa mení na čase. Zmenu el. intenzity ΔE si môžeme predstaviť ako sa  prelievajú elektrické náboje s jednej strany vodiča na druhý. Intenzita sa bude meniť na zmene posuvu Δx el. náboja. Pri bodovom náboji je  indukcia D vo vzdialenosti od náboja, môžeme si ju predstaviť ako povrch vodivej gule ktorá má v strede bodový náboj. Náboj sa rozloží na povrchu gule. Predstavíme si, že tá guľa prechádza cez uzavretý závit. Do závitu intenzita bodového náboja indukuje prúd ktorý vytvorí mg. intenzitu. Pre elementárne zmeny ΔE/Δx, ΔB/Δt máme parciálnu deriváciu pretože elementárna časť intenzity a indukcie je plocha, zápis jeE/∂x=-∂B/∂t. Keď rýchlosť je v=Δx/Δt môžeme si upraviť aj vzťah B=v*μ*ε*E na ΔB/Δx=μ*ε*ΔE/Δt pre elementárne zmenyB/∂x=μ*ε*E/∂t. S týchto rovníc Maxwell uvažoval, že elektrická intenzita a magnetická indukcia sa budú šíriť spolu ako vlny, takou rýchlosťou ako dovolí prostredie. Keď uvažujeme že naraz mení intenzita E a magnetická indukcia B vo fáze a šíria sa tak, že ich siločiary sa navzájom pretínajú, na osy x sa budú vlny pohybovať, na osy y bude meniť hodnotu E a na osy z bude sa meniť hodnota B. Môžeme derivácie zapísať Ey/∂x=-∂Bz/∂t, rovnice ∂Ey/∂x=rotE ∂Bz/∂x=rotB. Keďže vlnenie má charakter zrýchlenia rovnice napíšeme ako druhé derivácie a využijeme tzv. zameniteľnosť parciálnych derivácii. ∂/∂x(∂Bz/∂t)=∂/∂t(∂Bz/∂x) tak môžeme si rovnice zapísať ako rot(-∂Bz/∂t)=∂/∂t(rotB) =>2Ey/∂x2*ε*2Ey/∂t2. Keď odstránime súradnice máme ∂2E/∂x2*ε*2E/∂t2, podobne dostaneme aj rovnicu ∂2B/∂x2*ε*2B/∂t2. Rovnica formátu 2Ψ/∂x2=1/v2*2Ψ/∂t2 je tzv. vlnová rovnica. Ψ je nejaká hodnota, vlnové číslo. Podľa tejto rovnice bude μ*ε=1/v2. Tie vlnové rovnice sú pre vákuum a správne zapísané sú ∂2E/∂x20*ε0*2E/∂t2, ∂2B/∂x20*ε0*2B/∂t2 . potom pre rýchlosť elektromagnetických vĺn vo vákuu vychádza vzťah c=1/μ0*εRovnice2E/∂x20*ε0*2E/∂t2 sa môžu zapísať ako ΔE- μ0*ε0*2E/∂t2=0, s toho máme rovnice ΔE-(1/c2)*2E/∂t2=0 a ΔB-(1/c2)*2B/∂t2.

Maxwell nevedel elektromagnetické vlny sú aj svetlo ale predpokladal, že budú mať takú istú rýchlosť, pretože zmena magnetickej indukcie sa generuje iba zmenou elektrického poľa a naopak zmena magnetickej energie súčasne vygeneruje elektrickú vlnu. S poznatku, že šíriť sa môžu len takou rýchlosťou akou mu prostredie dovolí tak usúdil, že rýchlosť elektromagnetických vĺn bude nezávislá na rýchlosti zdroja elektromagnetických vĺn. Keďže prostredie vákua má najmenší odpor pre elektromagnetické vlny tak nemôže žiadne teleso ísť rýchlejšie ako svetlo vo vákuu lebo je hmotné. Existuje aj v kľude ale elektromagnetická vlna v kľude neexistuje.

Vzdialenosti a časy

13.03.2017

Znovu píšem nezáživný článok z fyziky do prepolitizovaných blogov. Podobné články som písal ale tento som spresnil a zjednodušil. Píšem článok trocha odzadu pretože chcem ešte odvodiť viac »

Čierne diery a rozmery

09.02.2017

V predchadzajúcom blogu som niečo napísal o Planckovej konštante a Planckovej dĺžke. Plancková dĺžka je odvodená zo základných konštánt vo vesmíre ktoré máme zapracované vo vzťahoch viac »

Energia hmota a gravitácia III.

24.01.2017

V predchadzajúcom blogu som písal o únikovej rýchlosti. Úniková rýchlosť je odvodená zo vzťahu r=2*G*M/v2. Špeciálny prípad nastane ak vu=c. Toto nastane pri ochladení niektorých hviezd viac »

Basketbalový klub Petržalka

Basketbalový klub Petržalka

23.03.2017 00:26

BK Petržalka - OZ, cieľom klubu je viesť deti a mládež k pravidelnému športu. Máme cca 60 dievčat, vek 8-16 rokov v mládežníckych družstvách a prípravkách v Petržalke

Tobias Ellwood

Londýn má nového hrdinu. Britský politik zachraňoval zraneného policajta

22.03.2017 21:32

Britský tajomník pre záležitosti Blízkeho východu Tobias Ellwood zasahoval pri záchrane zraneného policajta.

Rex Tillerson

USA vyzvali spojencov na zintenzívnenie boja proti IS

22.03.2017 21:17

Tillerson vyzval členov medzinárodnej koalície, ktorá bojuje proti IS na území Iraku a Sýrie, aby vo vyššej miere prispeli k úsiliu o porazenie tejto skupiny.

Útok v Londýne,

Svet reaguje na útok v Londýne: Terorizmus je absolútne zlo

22.03.2017 20:04

Poprední svetoví politici vyjadrili, po zrejmom teroristickom útoku v Londýne, Británii podporu a solidaritu.

Štatistiky blogu

Počet článkov: 91
Celková čítanosť: 150953x
Priemerná čítanosť článkov: 1659x

Autor blogu

Kategórie