Elektrika in magnetizem

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje

Eléktriko ín magnetízem obravnavamo skupaj, saj so električni in magnetni pojavi povezani. Veji fizike, ki se ukvarja z njimi, včasih pravimo tudi elektrodinamika. Preučuje elektromagnetno valovanje, električno in magnetno polje ter pripadajoče potenciale, ter dinamiko električno nabitih teles.

Osnove elektrodinamike[uredi | uredi kodo]

Osnovo za elektrodinamiko predstavljajo Maxwellove enačbe, ki poenoteno opisujejo električne in magnetne pojave.

Iz homogenih Maxwellovih enačb se da pokazati, da lahko jakost električnega polja E in gostoto magnetnega polja B enotno opišemo s skalarnim potencialom \phi in vektorskim potencialom A:

\mathbf{E} = - \nabla\phi - \frac{\partial \mathbf{A}}{\partial t}
\mathbf{B} = \nabla\times\mathbf{A}

Dejstvo, da nastopa vektorski potencial tako v električnem kot v magnetnem polju, kaže na to, da sta električno in magnetno polje pravzaprav dve predstavitvi enega samega elektromagnetnega polja. Isto se pokaže tudi v relativistični obravnavi elektrodinamike, kjer električno in magnetno polje nastopajo le kot komponente tenzorja elektromagnetnega polja.

Z vrednostmi električnega in magnetnega polja potenciala \phi in A še nista povsem določena. Najdemo lahko več takih potencialov \phi in A, ki privedejo k enakim fizikalnim zakonom. Takšne potenciale povezuje umeritvena transformacija:

\mathbf{A}'(\mathbf{r},t) = \mathbf{A}(\mathbf{r},t) - \nabla\psi(\mathbf{r},t)
\phi'(\mathbf{r},t) = \phi(\mathbf{r},t) + \frac{\partial\psi(\mathbf{r},t)}{\partial t}

Pri tem je ψ(r,t) poljubno skalarno polje.

Količine in enote[uredi | uredi kodo]

Enote za elektromagnetizem so del sistema enot za elektriko, ki v osnovi temeljijo na magnetnih lastnosti električnega toka. Osnovna SI enota je amper. Enote so:

  • amper (električni tok)
  • coulomb (električni naboj)
  • farad (kapacitivnost)
  • henry (induktivnost)
  • om (upornost)
  • tesla (gostota magnetnega polja)
  • volt (električni potencial)
  • vat (moč)
  • weber (magnetni pretok)
Enote SI za elektromagnetizem
Simbol[1] Ime količine Izpeljane enote Enota Base Units
I električni tok amper (osnovna enota SI) A A (= W/V = C/s)
Q električni naboj coulomb C A·s
U, ΔV, Δφ; E električna napetost; jakost električnega polja volt V J/C = kg·m2·s−3·A−1
R; Z; X električni upor; impedanca; reaktanca om Ω V/A = kg·m2·s−3·A−2
ρ specifična upornost om meter Ω·m kg·m3·s−3·A−2
P električna energija vat W V·A = kg·m2·s−3
C kapacitivnost farad F C/V = kg−1·m−2·A2·s4
E moč električnega polja volt na meter V/m N/C = kg·m·A−1·s−3
D gostota električnega polja coulomb na kvadratni meter C/m2 A·s·m−2
ε dielektričnost farad na meter F/m kg−1·m−3·A2·s4
χe električna susceptibilnost (brez dimenzij) - -
G; Y; B prevodnost; admitanca; susceptanca siemens S Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2
κ, γ, σ prevodnost siemens na meter S/m kg−1·m−3·s3·A2
B gostota magnetnega polja, magnetna indukcija tesla T Wb/m2 = kg·s−2·A−1 = N·A−1·m−1
Φ, ΦM, ΦB magnetni pretok weber Wb V·s = kg·m2·s−2·A−1
H Moč magnetnega polja amper na meter A/m A·m−1
L, M induktivnost henry H Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2
μ permeabilnost henry na meter H/m kg·m·s−2·A−2
χ magnetna susceptibilnost (brezrazsežnostna) - -


Posebni primeri[uredi | uredi kodo]

Elektrostatika se omejuje na obravnavo primerov, v katerih električni naboji mirujejo, električno polje pa se s časom ne spreminja.

Magnetostatika obravnava magnetna polja, ki se s časom ne spreminjajo. Ta približek ustreza zahtevi po konstantnih električnih tokovih. V tem približku lahko obravnavamo elektromagnetno indukcijo.

V kvazistacionarnem približku zanemarimo premikalni tok. Približek je primeren za razmeroma nizke frekvence elektromagnetnega polja.

V splošni obravnavi elektromagnetnega valovanja ne uporabimo nobenega od zgornjih približkov.

Posebne primere elektrodinamike lahko ponazorimo s preglednico, v kateri pokažemo, kakšne približke Maxwellovih enačb uporabljamo v katerem od primerov.

Elektrostatika Magnetostatika Kvazistacionarno polje Elektromagnetno valovanje
\nabla\times\mathbf{E}=0 \nabla\times\mathbf{E}=0 \nabla\times\mathbf{E}=-\frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t} \nabla\times\mathbf{E}=\frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t}
\nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e \nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e \nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e \nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e
/ \nabla\times\mathbf{H}=\mathbf{j} \nabla\times\mathbf{H}=\mathbf{j} \nabla\times\mathbf{H}=\mathbf{j} + \frac{\partial\mathbf{D}}{\partial t}
/ \nabla\cdot\mathbf{B}=0 \nabla\cdot\mathbf{B}=0 \nabla\cdot\mathbf{B}=0

Glej tudi[uredi | uredi kodo]

Sklici[uredi | uredi kodo]