Založ si blog

Elektromagnetizmus I.

Zase napíšem jeden nezaujímavý blog z histórie fyziky do dnešnej nenávistnej spolitizovanej doby.

Napíšem niekoľko blogov o elektromagnetizme. Elektromagnetizmus je konečné vysvetlenie klasickej elektrotechniky.

V elektrotechnike je základom elektrický náboj. Elektrické náboje vytvárajú voči sebe silové účinky a pohybom voči stojacemu okoliu vytvárajú magnetické účinky okolo seba. Elektrické náboje pohybom vo vodiči vytvárajú elektrický prúd. Elektrický prúd vytvára magnetické účinky okolo vodiča, magnetka sa pri vodiči ktorým preteká prúd natočí.

Pôsobenie silových účinkov elektrických nábojov opísal v roku 1786 francúzsky inžinier a vynálezca Charles Augustin de Coulomb podľa meraní na tzv. torzných váhach ktoré si sám zostrojil. Popis torzných váh je n ahttp://kf-lin.elf.stuba.sk/~ballo/STU_online/Fyzika%20II/8%20kapitola/e8131.htm Jeho vzťah pre silové pôsobenie medzi dvoma elektrickými nábojmi Q1Q2 pri vzdialenosti r vzniká sila F je podľa vzorcaKonštantu K zmerať nevedel len vedel, že existuje pretože pri väčšom vákuu bola sila väčšia. Pre vákuum použil K=1. Hodnotu náboja vytvoril zo vzorca kde Q1=Q2. Potom je Q1·Q2=Q2. Keď hodnoty vložil do vzorca

dostal vzorec pre jednotku elektrického náboja jednotka sa volala statický Coulomb značka statC Vlastne hodnotu konštanty zahrnul do rozmeru elektrického náboja. Vzorec jeV roku 1799 vynašiel taliansky fyzik Alessandro Volta zdroj napätia elektrického napätia. Bol to elektrochemický článok, kde chemická reakcia medzi zinkovou a medenou elektródou, ktoré boli vložené do zriedenej kyseliny sírovej vytvorili napätie 1,1V. Pri zapojení spotrebiča napätie kleslo a to bolo merané. Tak bol nameraný 1V.  Elektrické napätie je priamo merateľná elektrická veličina. Elektrické napätie je zdrojom elektrického náboja a pri zapojení na vodivý materiál vytvorí vo vodiči elektrický prúd. Vynájdením zdroja napätia sa umožnilo ďalej pokračovať v skúmaní elektriny. Elektrickým prúdom sa zaoberal francúzsky fyzik André-Marie Ampére. Ten skúmal jeho magnetické účinky. Rovnomerný elektrický prúd I vo vodiči je definovaný ako pohyb elektrického náboja Q prierezom vodiča za určitý čas t. Vzorec je

Prechodom prúdu cez materiál sa zaoberal nemecký fyzik Georg Simon Ohm. Vynašiel vzťah medzi prúdom I a napätím U. Zaviedol pomernú veličinu elektrický odpor R. Vzorec je

Je to tzv. Ohmov zákon, prúd je priamo úmerný napätiu a nepriamoúmerný odporu vodiča. Podľa neho je pomenovaná jednotka elektrického odporu Ohm, značí sa 1Ω. Táto jednotka bola spresnená fyzicky až neskôr keď bol zavedený Amper.

Začnem s elektrickým nábojom.

Máme dva rovnaké vodivé dosky ktoré sú rovnomerne od seba vzdialené v nevodivom prostredí a pripojím na ne napätie. Elektrický zdroj odsaje elementárne náboje, elektróny z jednej dosky na druhú. Na dosky bude pôsobiť sila vyvolaná intenzitou elektrostatického poľa E ktorá je priamo úmerná napätiu U nepriamo úmerná vzdialenosti medzi doskami d. Vzorec je

Medzi doskami bude tiecť elektrostatický tok ψ ktorý bude rovnaký ako uložený elektrický náboj Q na vodivých doskách Pomer elektrického toku a celkovej plochy dosiek, (elektŕód S sa nazýva elektrostatická indukcia D. Vzorec je Pomer elektrostatickej indukcie a intenzity udáva elektrostatickú vodivosť prostredia, permitivitu ε Permitivita prostredia ε pre rôzne materiály je súčin permitivity váku ε0 a pomernej resp. relatívnej permitivity εr.

S týchto rovníc si môžeme rozpísať vzorecHodnoty ε, S a d poznáme, možeme z toho určiť vzorecC je kapacita kondenzátora. Kondenzátor je zariadenie kde môžeme uchovať elektrický náboj. Skladá sa z vodivých dosiek oddelených nejakým izolantom. Keď odpojíme zdroj napätia od kondenzátora tak napätie na doskách ostane. Kapacita sa udáva vo Faradoch. Hodnotu 1F má kondenzátor ktorý uchová pri napätí 1V náboj 1C. Pripojením napätia na dosky kondenzátora sa elektrický náboj nedostane hneď ale postupne jednotlivé elementárne náboje sa budú vtláčať medzi dosky. Čim viac bude  elementárnych nábojov vtlačených na doskách tým viac budú odpudivé sily pôsobiť na vonkajšie náboje. Elektrické náboje pri nabíjaní kondenzátora vytvárajú prácu. Celková práca A ktorá pretlačí elektrické náboje medzi elektródy kondenzátora je taká  veľka ako energia elektrostatického poľa v kondenzátore. Spočítaním jednotlivých nábojov resp. integrovaním dostaneme vzorec pre prácu resp. energiu kondenzátoraPohybom elektród voči sebe bude medzi nimi pôsobiť sila F po dráhe d. Elektródy budú vykonávať prácu a porovnaním dostaneme vzorceZ tohto vzorca si môžeme odvodiť vzťah pre silu medzi dvoma elektródami ktoré pôsobia medzi sebou podľa vzorca

Rozpísaním vzorca pre hodnoty kondenzátora dostaneme vzorec podľa ktorého si môžeme odvodiť vzorec pre výpočet permitivity. Silu medzi elektródami si môžeme zmerať.  Pri danej ploche elektród S, vzdialenosti medzi nimi d a pripojeným napätím U  môžeme vypočítať permitivitu prostredia podľa vzorca

Merali to na tzv. Kirchhofových váhach, dole je náčrt

Na ľavej strane sú vodivé dosky sú napojené na napätie a oddeľuje ich tekutý izolant. Na pravej strane je miska so závažím. Váhy porovnávajú gravitačnú tiaž, váhu závažia so silou ktorú vytvorí elektrické pole na elektródach. Keď je rúčka na nule tak sila na elektródach bude rovná sile ktorá pôsobí gravitačne na závažie. Prepočítaním podľa gravitačného zrýchlenia dostaneme silu ktorá pôsobí na závažie.

Pri neraní vákua medzi elektródami nič nebolo, bol iba čo najlepšie vytvorené vákuum. Pre  permitivitu vákua bola nameraná hodnota ε0=0,00000000008854187 F/m.

Permitivita vákua je najdôležitejšia hodnota ktorá sa požila na odvodenie elektromagnetizmu. Permeabilita vákua sa priamo vtedy merať nedala, pretože nevedeli odmerať množstvo elektrického náboja ktorý preteká cez prierez vodiča. O magnetických účinkoch prúdu napíšem nabudúce.

 

Elektromagnetizmus VI/2

19.11.2019

Faraday robil pokusy s dvoma cievkami ktoré boli stočené spoločne na jednom jadre. Na jednu cievku pripojil napätie cez reostat, (premenlivý odpor. Keď menil odpor menil sa aj prúd v prvej cievke. viac »

Elektromagnetizmus VI

19.11.2019

Pokračujem v blogoch o elektromagnetizme. Nemajú síce nič spoločné s aktuálnou politickou situáciou ale dúfam, že si to niekto prečíta Vrátim sa k striedavým prúdom Pri striedavom prúde viac »

Elektromagnetizmus V

12.11.2019

Pokračujem v mojich nezaujímavých, apolitických blogoch o elektromagnetizme Vrátim sa k magnetizmu Elektromagnetická cievka má tzv. vlastnú indukčnosť. Keby sme menili indukčný tok zmenou prúdu viac »

lietadlo, letisko, doprava, Frankfurt, Mesiac

V Čile zmizlo vojenské lietadlo s 38 osobami

10.12.2019 06:29

Lietadlo smerovalo na čilskú antarktickú Základňu prezidenta Eduarda Freia Montalvu.

vajíčka

O čo ide v ľútom boji o sliepky

10.12.2019 06:00

Bojovníci za práva sliepok žiadajú zmenu technológie - klietkový chov nahradiť podstielkovým. Hydinári považujú podstielkový chov za prekonaný.

Marcela Pastoreková

Bratislavská nemocnica bude vysvetľovať smrť bábätka na súde

10.12.2019 06:00

Prípad smrti jedenásťmesačného Miria bude mať dohru na súde. Matka Marcela Pastoreková vyčíta lekárom, že posledné chvíle nemohla stráviť so synom.

SR Bratislava OBSE Zasadnutie BAX

Americký diplomat: Jednoznačne podporujeme ukrajinského prezidenta

10.12.2019 06:00

USA sa nevrátia k bežným vzťahom s Ruskom, kým neukončí okupáciu územia Ukrajiny,“ povedal pre Pravdu vysokopostavený americký diplomat Philip Reeker.

Štatistiky blogu

Počet článkov: 143
Celková čítanosť: 304928x
Priemerná čítanosť článkov: 2132x

Autor blogu

Kategórie