Elektrické a magnetické pole – zdroje polí
Co je podstatou elektromagnetických jevů Co jsou elektrické náboje a jaké mají vlastnosti Co je elementární náboj a bodový elektrický náboj Jak veliká je elektrická síla působící mezi dvěma elektrickými bodovými náboji Jak veliká je magnetická síla působící mezi dvěma elektrickými bodovými náboji Jak je definována intenzita elektrického pole a jakou má jednotku Jak lze určit intenzitu elektrického pole bodového elektrického náboje Jak je definována magnetická indukce a jakou má jednotku Jak lze určit magnetickou indukci pohybujícího se bodového náboje Lorenzova síla – 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.
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*10-19C. 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
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 a magnetická síla působící na dva bodové náboje v1 v2 Elektrická síla
r12 Q1
Q2
el _ F12 =
1
Q1Q2
4πε 0 r
Magnetická síla
µ 0 Q1Q2 ( mag _ F12 = v 2 × v 1 ×r12 ) 4π r 2
2
r12
Definice intenzity elektrického pole
F = Q.E F{Q = 1} = (Q = 1).E = E Vektor E [ V/m ]: • 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
Q1Q2 1 F = r12 2 12 4πε 0 r • Intenzita elektrického pole buzená bodovým nábojem
1 E (r ) = r 2 0 4πε 0 r Q
•
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
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
µ0 Q1Q2 ( F12= v2×v1×r0 ) 4π r2 Magnetická indukce vybuzená nábojem, který se pohybuje rychlostí v :
µ0 Q (v × r0 ) B= 2 4π r Síla působící na náboj, který se pohybuje rychlostí v v magnetickém poli o indukci B
F = Q(v × B )
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)
