Электродинамика – огромная отрасль науки, которая изучает взаимодействие положительно заряженных тел, а также влияние электромагнитного поля на эти заряды.
Рисунок 1. Электродинамика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Среди четырех основных типов взаимодействий, открытых физикой (электромагнитных, гравитационных, атомных и слабых), именно электромагнитные взаимосвязи считаются основными и занимают первое место по широте применения. В обычной жизни и технике исследователи чаще всего используют различные виды электромагнитных сил:
- показатели упругости,
- интенсивность трения;
- силы человеческих и животных мышц.
На сегодняшний день выделяют следующие сферы использования электродинамики: практическая – применение излучения электромагнитного излучения в реальной жизни; теоретическая – изучение электростатики в вакууме, а также взаимодействие токов и зарядов.
Электромагнитные регулярные взаимодействия дают возможность полноценно видеть книгу, которую читает человек, так как свет — одна из главных форм электромагнитного поля. Существование жизни на земле немыслимо без этих сил. Живые существа, как продемонстрировали полеты космонавтов, могут в течение длительного периода времени находиться в состоянии невесомости, когда силы всемирного тяготения не воздействуют на жизнедеятельность организмов. Но если бы на мгновение действие электромагнитных сил прекратилось, то сразу исчезла бы и сама жизнь.
При постоянном взаимодействии частиц в самых малых системах природы — в атомных ядрах — и при связи космических тел электромагнитные параметры играют важную роль, в то время как слабые и сильные процессы в них определяются только в очень малых масштабах, а гравитационные — исключительно в космических.
Создание электродинамики
К появлению электродинамики привела длинная цепь многочисленных и планомерных исследований, а также неожиданных открытий, начиная с выявления уникальной способности янтаря, потертого несколько раз о шелк, и кончая теорией великого английского физика-теоретика Джемса Клерка Максвелла о возникновении магнитного поля с переменным электрическим полем. Только во второй половине XIX столетия, после внедрения в науку электродинамики, наблюдалось широкое применение общих электромагнитных явлений. Изобретение радио талантливым ученым А. С. Поповым — одно из значимых использований принципов и методов новой теории.
При стремительном развитии электродинамики впервые научные эксперименты предшествовали техническим открытиям. Если самая простая паровая машина была изобретена задолго до реализаций идей тепловых процессов, то сконструировать мощный электродвигатель оказалось реальным лишь после открытия и изучения закономерностей электродинамики.
Бесчисленное практическое применение электромагнитных процессов смогло преобразовать жизнь человечество в целом, ведь трудно представить современную цивилизацию без широчайшего применения энергии и силы электрического тока.
Взаимодействие и стабильность неподвижных электрических зарядов детально описывается формулами электростатики, которые можно получить как результат уравнений Максвелла. Микроскопическое электрическое и магнитное поле, которое создается конкретными заряженными частицами, в классической электродинамике характеризуется уравнениями Лоренца-Максвелла, лежащие в основе статистической гипотезы электромагнитных явлений в макроскопических физических телах.
Усреднение данных уравнений приводит к появлению новых идей, которые выливались в универсальные теории. Только в конце прошлого века ученые смогли более обширно использовать свойства и принципы электродинамики в своих учениях, которые продолжаются и по сегодняшний день.
Напряженность и действие электрического поля в электродинамике
Чтобы правильно определить показатели электрического поля, необходимо взять некоторую точку исследуемого объекта и поместить в нее различные заряды. Со стороны поля на них будет постоянно воздействовать определенная сила.
Отношение действующей на заряд со стороны физического тела силы будет постоянным в данной точке, так как оно:
- не зависит от нестабильного модуля помещенного заряда,
- находится в зависимости от расположения выбранной точки поля.
То есть данное взаимоотношение характеризует все свойства поля в выбранной точке.
Напряженность электрического поля – это особая физическая величина, которую можно приравнять к силе, действующей исключительно на единичный заряд, помещенный в конкретную точку поля.
За направление основного вектора напряженности ученые принимают направление интенсивности силовых процессов, действующих только на точечный положительный заряд. Линии общей напряженности электрического поля представляют собой касательные линии, которые в каждой точке полностью совпадают с вектором напряженности.
Следовательно, можно сделать вывод, что силовые линии:
- всегда имеют начало и конец;
- могут начинаться на положительном заряде или в бесконечности;
- завершают свое действие на отрицательном заряде или в невесомости;
- нигде и никогда не пересекаются.
Если на заряд постоянно действуют несколько электрических полей, то напряженность изучаемого объекта будет равняться векторной сумме напряженностей всех полей, то есть здесь вступает в силу принцип суперпозиции.
Электродвижущая сила и электродинамика
Для того, чтобы в проводнике мог существовать электрический ток на протяжении длительного времени, необходимо в обязательном порядке поддерживать неизменными условия, при которых возник данный процесс.
Во внешней цепи все электрические заряды могут двигаться только под воздействием сил электрического поля.
Но, чтобы не потерять разность потенциалов на концах электромагнитной цепи, исследователям приходится перемещать положительные заряды внутри источника самого тока против действующих сил электрического поля.
Такая трансформация осуществляется в результате влияния силовых явлений не электростатической природы.
В электродинамике силы, которые вызывают стремительное перемещение электрических зарядов внутри исследуемого источника постоянного тока против основного направления действия электростатического поля, называются сторонними силами.
Эти элементы в гальванической структуре или аккумуляторе появляются в результате мощных электрохимических процессов, которые происходят на границе раздела движущихся электрод – электролит. В машине постоянного тока сторонней силой считается сила Лоренца.
Полноценная работа сил электростатического поля при быстром движении зарядов по замкнутой цепи постоянного тока всегда равна нулю. Следовательно, весь функционал электрического тока в замкнутом пространстве оказывается идеальным и законченным благодаря действию сторонних сил, вызывающих определенное разделение зарядов внутри поля и поддерживающих стабильное напряжение на выходе источника тока.
