Elektrické a magnetické pole zdroje polí Podstata elektromagnetických jevů Elementární částice s ohledem na elektromagnetické působení Elektrické a magnetické síly a jejich povaha Elektrický náboj a jeho vlastnosti, elementární náboj, bodový náboj Mechanizmus vytvoření elektrického pole z makroskopického pohledu Volné náboje ve vodičích a elektricky nabitá vodivá tělesa Vázané náboje v dielektriku elektrické dipóly Mechanizmus vytvoření magnetického pole v okolí pohybujících se nábojů Kondukční proud jako tok volných nábojů, vázané proudy v magnetiku magnetické dipóly Nestacionární elektromagnetické pole, vznik elektromagnetické vlny Formulace vztahu pro elektrickou a magnetickou sílu mezi bodovými náboji, Lorenzova síla jako výsledná síla působící na náboj v elektromagnetickém poli
Elektromagnetické jevy jsou svázány se samotnými vlastnostmi hmoty a částic, ze kterých je tvořena. Mezi určitým typem částic můžeme pozorovat specifický druh sil, které se nazývají elektromagnetické. V souvislostí s těmito silami hovoříme o existenci elektromagnetického silového pole.
Elektromagnetické síly se projevují mezi částicemi, které jsou v klidu, ale i mezi částicemi, které jsou v pohybu. Z hlediska charakteru rozdělujeme síly na elektrické a magnetické. Elektrické síly se projevují mezi nabitými částicemi bez ohledu na to, zda se pohybují. Magnetické síly se projevují pouze mezi pohybujícími se nabitými částicemi.
Elektrická síla Elektrickými silami jsou elektrony a protony navzájem přitahovány či odpuzovány proton proton elektron elektron proton elektron
Magnetická síla Magnetickými silami jsou zakřivovány dráhy pohybu částic
Elektrický náboj Při popisu chování částic s ohledem na elektromagnetické silové působení jim přisuzujeme určitou vlastnost tím, když říkáme, že nesou elektrický náboj. S ohledem na elektromagnetické působení existují dva základní typy částic a tedy i dva typy náboje. Částice kladně nabité nesoucí kladný náboj a částice záporně nabité nesoucí záporný náboj. Ke kladně nabitým patří například proton, k záporně nabitým elektron. Jednotkou elektrického náboje je Coulomb. V elektrickém poli se náboje stejného znaménka odpuzují, náboje různých znamének přitahují.
Vlastnosti náboje Náboj protonu a elektronu je stejně velký, ale s opačným znaménkem, přisuzujeme mu s ohledem na volbu jednotek velikost 1.6*10-19 C. Tento náboj nazýváme elementární protože předpokládáme, že už není možné ho dále dělit. Nebyly totiž prokázány jiné částice, které by vykazovaly s ohledem na silové působení v elektromagnetickém poli menší velikost náboje. Náboje nikde nevznikají ani nezanikají, nabité částice se mohou v rámci určitých hmotných těles přemísťovat, posouvat, hromadit, čímž se elektromagnetické jevy projevují i v makroskopickém měřítku. V makroskopické teorii elektromagnetického pole nedělíme obvykle materiál na jednotlivé elektrony a protony, zabýváme se pouze jejich sumárními účinky
Elektrické pole pomyslně vytéká z kladných nábojů zřídla a vstupuje do záporných -nory F F F F F
Magnetické pole má podobu pomyslných vírů kolem letících nábojů F F
Magnetické pole má podobu pomyslných vírů kolem letících nábojů F F
Obrázek převzat z: http://www.gymbos.cz/kabinety/fyzika/fotografiezfyziky /tabid/255/default.aspx
Elektromagnetické pole objektivně existuje Kmitající elektrický dipól
Volné náboje Elektrické vodiče
Elektricky nabitá vodivá tělesa Q -Q I U Q -Q F F
Vázané náboje elektrické dipóly
Dielektrické materiály v elektrickém poli volných nábojů
Náboje na povrchu vodivého tělesa
Abstraktní pojem bodového náboje Za bodový náboj lze považovat náboj na elementu délky dl, na elementu plochy ds, nebo v elementu objemu dv Náboj rozmístěný na určité linii (například na vodiči) s liniovou hustotou Náboj rozmístěný na ploše (například na rovině) s plošnou hustotou Náboj rozmístěný v objemu s objemovou hustotou dl dq=.dl dq=.ds ds dq=.dv dv
Proud volných nosičů náboje kondukční proud
Pomyslné vázané proudy v magnetiku
Elektrická a magnetická síla působící na dva bodové náboje v 1 v 2 r 12 Q 1 Q 2 Elektrická síla 1 el _ F 21 4 1 2 r 2 12 0 QQ r mag Magnetická síla QQ _ F 21 4 r 2 0 1 2 v2v1r 12 v 1 r v v r 12 2 12 v2 1
Definice intenzity elektrického pole Vektor E [ V/m ]: F Q.E FQ 1 ( Q 1). E E směr je dán směrem síly, která by působila na jednotkový bodový náboj velikost je číselně rovna velikosti síly působící na jednotkový bodový náboj
Intenzita elektrického pole bodového náboje E QQ F 21 4 r 1 2 r12 Intenzita elektrického pole buzená bodovým nábojem 0 Q 1 r 1 12 12 2 4 0 r Siločáry linie vektoru intenzity elektrického pole ukazují směr, ve kterém by se pohyboval kladný bodový náboj, vektor intenzity elektrického pole je v každém bodě tečný k siločáře F Q E 21 2 12 1 r 2
Magnetická síla směry vektorových veličin 0 QQ 1 2 mag _ F v 21 2 2v1r 12 4 r
Definice magnetické indukce F Q v B Síla působící na náboj, který se pohybuje rychlostí v v magnetickém poli o indukci B
Magnetická indukce bodového náboje 0 QQ 1 F 12 4 r 2 2 v2 1 v r 0 Magnetická indukce vybuzená nábojem, který se pohybuje rychlostí v : F B Q 0 Q 2 4 r v B v r Síla působící na náboj, který se pohybuje rychlostí v v magnetickém poli o indukci B 0
Celková elektrická a magnetická síla působící na elektrický náboj Q elektrická síla centrální, působí ve směru po spojnici mezi náboji, je popsána veličinou, která se nazývá intenzita elektrického pole E, má velikost : F = Q.E magnetická síla působí pouze na pohybující se náboje, je kolmá na směr dráhy letícího náboje i na veličinu popisující magnetické pole magnetickou indukci B. Má velikost F=Q (v x B) Lorentzova síla výsledná síla: je součtem síly elektrické a magnetické F=Q.(E v x B)