« poprzedni punkt |
W występującym wokół nas świecie fizycznym obserwujemy nieustanny ruch cząstek elementarnych, a wraz z nim ładunków elektrycznych, zarówno dodatnich jak i ujemnych. Ruch ten powoduje powstanie w przestrzeni otaczającej te cząstki pola elektromagnetycznego. Zjawiska towarzyszące rozprzestrzenianiu się tego pola są zjawiskami elektromagnetycznymi. Zjawiska te występują zawsze wspólnie, chociaż każde z wymienionych zjawisk tzn. zjawiska elektryczne i zjawiska magnetyczne cechują ściśle określone własności i dzięki czemu można je oddzielnie analizować. Fakt ten ma duże znaczenie praktyczne, gdyż wiele urządzeń elektrycznych działa wykorzystując tylko własności pola elektrycznego lub tylko własności pola magnetycznego.
W oparciu o szczególne własności pól elektrycznego i magnetycznego można podać ich definicje.
Definicja 1.11. Polem elektryczny nazywamy pole wywołane przez ładunki elektryczne i charakteryzujące się tym, że na nieruchome ciała naładowane lub cząstki elementarne umieszczone w nim działa siła.
Definicja 1.12. Polem magnetycznym nazywamy pole wywołane przez poruszające się ładunki elektryczne (lub stale ładunki magnetyczne) i charakteryzujące się tym, że na poruszające się ciała lub cząstki elementarne działa siła.
Stwierdzono doświadczalnie, że zmiana w czasie jednego z tych pól powoduje pojawienie się drugiego pola. W tym jest właśnie zawarty nierozerwalny związek zjawisk elektrycznych i magnetycznych i staje się widoczny w sformułowaniu prawa indukcji elektromagnetycznej Faradaya (def. indukcyjności - wykł.II.).
Pole elektromagnetyczne scharakteryzowane jest w każdym punkcie przez wektory: natężenia pola elektrycznego - E, indukcji elektrycznej - D, indukcji magnetycznej - B i natężenia pola magnetycznego - H. Wielkością pomocniczą służącą do opisu pola potencjalnego jakim jest pole elektryczne i pole magnetyczne jest potencjał. Ze względu na dalsze zastosowania zajmiemy się dalej potencjałem elektrycznym .
Definicja 1.13. Potencjałem elektrycznym VA punktu A pola elektrycznego nazywamy stosunek pracy, wykonanej przez przemieszczenie dodatniego ładunku próbnego q z punktu A do punktu położonego w nieskończoności, do wartości tego ładunku:
VA = W(A® ¥ ) /q | (1.1) |
Potencjał elektryczny jest wielkością skalarną. Jednostka potencjału jest 1 wolt (1 V). Jeżeli pole elektryczne jest wywoływane przez kilka źródeł, to potencjał wypadkowy jest równy algebraicznej sumie potencjałów od poszczególnych źródeł. W polu elektrycznym można wyodrębnić wiele punktów mających ten sam potencjał. Tworzą one powierzchnię równego potencjału lub inaczej powierzchnię ekwipotencjalną, a przy płaskim obszarze pola linie ekwipotencjalne.
Definicja 1.14. Napięciem elektrycznym UAB miedzy punktami A i B nazywamy stosunek pracy DWAB, która wykonałyby siły pola elektrycznego przy przemieszczeniu dodatniego ładunku próbnego q z punktu A do B:
UAB = D WAB /q | (1.2) |
Ponieważ
D WAB = W(A® ¥ ) - W(B® ¥ ) | (1.3) |
to
UAB = VA - VB | (1.4) |
Napięcie między punktami A i B, którym odpowiadają potencjały VA oraz VB jest równe różnicy potencjałów w tych punktach. Napięcie UAB > 0, jeżeli VA > VB oraz UAB < 0, jeżeli VA < VB. Dla VA = VB napięcie UAB = 0. Łatwo zauważyć, że
UAB = - UBA | (1.5) |
Napięcie bywa również nazywane siłą elektromotoryczną - SEM. Jednostką miary napięcia jest 1 wolt.
Napięcie jest równe jednemu woltowi wtedy, gdy na przemieszczenie ładunku jednego kulomba pomiędzy punktami A i B trzeba wykonać pracę jednego dżula. Mówiąc o napięciu zawsze należy używać sformułowania: napięcie między dwoma punktami układu (pomiędzy zaciskami) lub na elemencie układu.
Całościowe ujęcie zjawisk elektrycznych i magnetycznych i ich opis matematyczny dokonał Maxwell w drugiej połowie XIX wieku. Jemu też zawdzięcza się odkrycie fal elektromagnetycznych. Ze względu na ograniczone ujecie tych zjawisk w elektronice (Wykł.II.) nie będziemy dalej wnikali w polowe ujęcie teorii elektromagnetyzmu.
« poprzedni punkt |