Αρχική Σελίδα > Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ ΜΕ ΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ: 3o μέρος.

Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ ΜΕ ΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ: 3o μέρος.

Δήμητρα Σπανού, χημικός, μόνιμη καθηγήτρια 1ου Γυμνασίου Δάφνης

ΠΕΔΙΑ ΔΥΝΑΜΕΩΝ

Δεν μπορούμε εδώ να παραλήψουμε την μελέτη των πεδίων αυτών, στην προσπάθεια να περιγράψουμε την Ύλη μέσα από την Επιστήμη της Χημείας

α. Γιατί τα πεδία αυτά των Δυνάμεων επιρρεάζουν τα Φυσικά Σώματα (όπως στην ανάπτυξη δυνάμεων μεταξύ ατόμων και μορίων)

β. Σε κάποιο επίπεδο, τα πεδία αυτά συμμετέχουν στην κατασκευή των Υλικών Σωμάτων (δομή του ατόμου, ηλεκτρονιακές στοιβάδες)

γ. Τα Φυσικά Υλικά υλικά Σώματα συμμετέχουν στην κατασκευή τέτοιου είδους πεδίων ( (βαρυτικό πεδίο)

Η κλασσική παραδοχή της αιτίας της δημιουργίας Η/Μ κυματων είναι το επιταχυνομενο φορτιο.

Ο ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

Ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός είναι δύο φυσικά φαινόμενα τόσο σχετικά, ώστε μπόρεσαν να ενωθούν σε μια ενιαία θεωρία την ηλεκτρομαγνητική.

το 1709 στις ΗΠΑ ο Βενιαμίν Φραγκλίνος εντόπισε τα δύο είδη ηλεκτρικού φορτίου και τις δυνάμεις τους

Ο Charlie Coulomb (1736-1808) Γάλλος Φυσικός που μελετά τις δυνάμεις μεταξύ φορτίων και διατυπώνει τον Νόμο

F_{c}=k{\frac {|q_{1}\cdot q_{2}|}{r^{2}}}

O Hans Christian Ørsted, 1777 – 1851) , Δανός φυσικός και χημικός το 1820 παρατηρεί σύνδεση μεταξύ μαγνητικού πεδίου σε έναν κλειστό νοητό βρόχο με το ηλεκτρικό ρεύμα που περνά μέσα από τον βρόχο.

Μάλιστα, η ένταση του μαγνητικού πεδίου Η σχετίζεται με την πυκνότητα μαγνητικής ροής Β

$B({\text{G}})=\mu _{\text{r}}H({\text{Oe}})$ (η Β σε Gauss κκαι η Η σε Oe στο CGS).

O Amper θεμελιώνει την Θεωρία του Ηλεκτρομαγνητισμού με την αρχική μορφή $\oint _{C}\mathbf {H} \cdot \mathrm {d} \mathbf {l} =\iint _{S}\mathbf {J} \cdot \mathrm {d} \mathbf {S} =I_{\mathrm {enc} }$

Η είναι η Ένταση του Μαγνητικού πεδίου σε Amper/m στο SI

J η πυκνότητα ρεύματος σε Amper/m² στο SI,

dI απειροστικό στοιχείο και dS απειροστικά μικρό διαφορικό στοιχείο επιφάνειας

I_enc το ρεύμα που διέρχεται μέσα από την καμπύλη c

επίσης 1 Amber/m στο SI= 4.10-3 Oersted στο CGS

Αυτό ισοδύναμα γράφεται με διαφορική μορφή $\mathbf {\nabla } \times \mathbf {H} =\mathbf {J}$ . Και από τον Ερνεστ $\mathbf {B} \ =\ \mu \mathbf {H}$

και τελικά διατυπώνεται η θεωρία του Ηλεκτρομαγνητισμού με την εισαγωγή του μεγέθους μαγνητικη Ροή Φ $\Phi_B = \oint_S \mathbf{B} \cdot \mathrm{d}\mathbf{A} = 0$

Η Θεωρία που περιγράφει συνολικά και τον Ηλεκτρισμό και το Ηλεκτρικό Πεδίο, τον Μαγνητισμό και το Μαγνητικό Πεδίο και τις αλληλοεξαρτήσεις τους καθώς και τις σχέσεις τους με τα ηλεκτρικά φορτία και το ηλεκτρικό ρεύμα. Δημιουργείται έτσι ένα τανυστικό πεδίο*, το Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο .

*τανυστής (γενικεμένα διανύσματα) θεωρείται ένα γεωμετρικό αντικείμενο που περιγράφει τις γραμμικές σχέσεις ανάμεσα σε βαθμωτά μεγέθη, διανύσματα και άλλος τανυστές. Χώροι που σε κάθε σημείο τους ορίζεται ένας τανυστής χαρακτηρίζονται σαν τανυστικά πεδία

Όμως εδώ περιγράφεται η δημιουργία ενός σταθερού μαγνητικού πεδίου που είναι αποτέλεσμα της διέλευσης ενός σταθερού ηλεκτρικου ρεύματος από έναν νοητό βροχο το οποίο βέβαια δημιουργει ένα ηλεκτρικό πεδίο σταθερής έντασης, που κινείται με σταθερή ταχύτητα.

Φαινόμενα πόλωσης σε ένα διηλεκτρικό, ή ο ρυθμός αλλαγής ή μετατόπισης του ρευματος δεν συμπεριλαμβάνονται στην θεωρία του Ambere.

Η εισαγωγή ενός επιπρόσθετου ρεύματος, του ρεύματος μετατόπισης, έγινε από τον Maxwell , ώστε να συμπεριληφθούν και οι περιπτώσεις

ροής του διανύσματος ταχύτητας του ηλεκτρικού πεδίου.

Αν και το ρεύμα μετατόπισης δεν είναι ακριβώς ηλεκτρικό ρεύμα, μετράται με τις ίδιες μονάδες

Η εισαγωγή του ρευματος μετατόπισης στην θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμου εξάλειψε την αντίφαση στον τύπο του Amper για την κυκλοφορία του μαγνητικού πεδίου στον ηλεκτρομαγνητισμό

Στον Νόμο του Amber και στην εξίσωση του Ambere $\oint _{C}\mathbf {H} \cdot \mathrm {d} \mathbf {l} =\iint _{S}\mathbf {J} \cdot \mathrm {d} \mathbf {S} =I_{\mathrm {enc} }$

Το 1861 ο C Maxwell παρεμβαίνει προσθετωντας έναν ακόμη όρο

Αυτό έγινε γιατί στην έρευνά του αντιμετώπισε την αλλαγή στην σταθερή ροή του ηλεκτρικού ρεύματος πράγμα που έπρεπε να συμπεριληφθεί στην θεωρία του Ampere κι αυτό έγινε

με την παραδοχή της ύπαρξης του ρεύματος μετατόπισης του οποιου η πυκνότητά του εξαρτάται από την εκάστοτε τιμή της εντασης του ηλεκτρικού πεδίου.

Στην πραγματικότητα υπάρχουν δύο είδη ρευμάτων: ρεύματα δεσμευμένων φορτίων που αναφέρονται στην κίνηση δεσμευμένων πυρήνων και ηλεκτρονίων και τα ρεύματα αγωγιμότητας που είναι η κατευθυνόμενη κίνηση ελευθερων φορτίων όπως ιόντων ή ελεύθερων ηλεκτρονίων σε μεγάλες αποστάσεις

Στο κενό που μπορεί να παραβλεφτεί η πόλωση, χρησιμοποιείται ο όρος θE/θt (ροή του διανύσματος ταχύτητας του ηλεκτρικού πεδίου) και είναι : $J_{D}=\varepsilon _{0}\int _{s}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}\cdot \mathbf {ds}$ (C)

ενώ στα διηλεκτρικά που παρατηρείται αλλαγή στην πόλωση χρησιμοποιείται το διάνυσμα D που ειναι

και D=εΕ όπου D είναι η πυκνότητα μετατόπισης και αργότερα το D ονομάστηκε ηλεκτρικό διάνυσμα επαγωγής και η σχέση της με το ρεύμα μετατόπισης είναι $J_{D}=\int _{s}{\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t}}\cdot \mathbf {ds}$ (C)

και έτσι αυτή ο νόμος του Amber όπως διαμορφώνεται από τον Maxweel γίνεται $\oint _{C}\mathbf {H} \cdot \mathrm {d} \mathbf {l} =\iint _{S}\mathbf {J} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} +{\mathrm {d} \over \mathrm {d} t}\iint _{S}\mathbf {D} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A}$

Η είναι η Ένταση του Μαγνητικού πεδίου σε Amper/m στο SI

J η πυκνότητα ρεύματος σε Amper/m² στο SI,

dI απειροστικό στοιχείο και dS απειροστικά μικρό διαφορικό στοιχείο επιφάνειας

D Διάνυσμα για την ηλεκτρική μετατόπιση ή το διάνυσμα της επαγωγής όπως ονομάστηκε αργότερα

στο βιβλίο του Ε. Ν. Οικονόμου "Η Φυσική Σήμερα" αναφέρεται ότι το φαινόμενο του Μαγνητισμού οφείλεται σε μια προσαύξηση της ηλεκτρικής δύναμης που είναι συναντάται με πολλές μορφές και εξαναγκάζει για την παραδοχή ενός δεύτερου πεδίου του μαγνητικού...

Η ηλεκτρική δύναμη Fe μεταξυ δύο ηλεκτρικών φορτίων, εξαρτάται από τα φορτία, την μεταξύ τους απόσταση και επίσης και απο τη σχετική τους ταχύτητα. Δηλαδή προσαυξανεται κατα Fμ αν κινούνται σχετικά μεταξύ τους.

Σε αυτην την επιπλέον προσαυξηση οφείλεται το φαινόμενο του μαγνητισμού. Ομως δεν υπολογιζεται σαν ενα ξεχωριστό φαινόμενο ουτε σαν μια ξεχωριστή δυναμη. Πρόκειται για μια ενιαία δύναμη την Ηλεκτρομαγνητική και για ενα ενιαίο φαινόμενο. τον Ηλεκτρομαγνητισμό.

Η ηλεκτρομαγνητική δυναμη λοιπόν έχει δυο συνιστώσες: Fη/μ Fη. +Fμ. Για τον λογο αυτό χρειάζονται δύο μεγεθη πεδίου για να καθοριστεί το Η/Μ πεδίο. ενα ηλεκτρικό έντασης Ε και ένα μαγνητικό έντασης Β. Η ηλεκτρική δυναμη που ασκείται σε ένα φορτίο q που κινείται με ταχύτητα v Fη =q.E. και Fμ= q.v*Β

Αν θεωρήσουμε ακίνητο παρατηρητή, και δυο ηλεκτρικά φορτία να κινούνται σχετικά το ενα προς το άλλο, για τον ακίνητο παρατηρητή η κινηση ειναι επιταχυνόμενη για ενα τουλαχιστον απο το φορτία.

Όμως ακόμα πριν ο Maxwell ολοκληρώσει την ηλεκτρομαγνητικη θεωρία του Ambere ο Michae Faraday (1791- 1867) ,Άγγλος Φυσικός και Χημικός μέλος της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου χωίς να είναι μέλος της κοινοπολιτείας και επίτημο μέλος της Ακαδημίας Επιστημών της Αγίας Πετρούπολης με σημαντική συμβολή στην Σύγχρονη Φυσική θεωρείται μαζί με τον Maxwell από τους σημαντικούς Φυσικούς του 19ου αιώνα.

Η εισαγωγή της έννοιας του μαγνητικού μηδενός και η Θεωρία του Maxwell θεωρείται κοινό επίτευγμα παρ ότι ο πρώτος γεννήθηκε 40 χρόνια νωίτερα.

Αρχικά ο Michae Faraday συσχέτισε το ρεύμα που διαρρέει αγωγό με την δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος σε άλλον αγωγό γειτονικό αγωγό χωρίς να αναφέρεται το μαγνητικό πεδίο που δημιουγείται λόγω του αρχικού αγωγού. Στην συνέχεια παρέμβαλε μαγνητικές διατάξεις έτσι φάνηκε ότι η παραγωγή του εύματος στον δεύτερο αγωγό οφείλονταν αποκλειστικά σε μαγνητικά φαινόμενα που παράγονταν από τον αρχικό αγωγό ρεύματος. Ο Faraday έθεσε σαν στόχο της ζωής του να λύσει το πρόβλημα της μετατροπής μαγνητισμού σε ηλεκτρική ενέργεια.

Ένταση ηλεκτρικού πεδίου - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

PHYSIC LESSONS: ΝΟΜΟΣ NEUMANN

PHYSIC LESSONS: ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΦΟΡΟΥ ΑΓΩΓΟΥ

Μόνιμος μαγνήτης - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Σύστημα εξισώσεων του Maxwell: 1,2,3,4 Εξισώσεις του Maxwell για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, έννοια, ουσία, λύση (zaochnik.ru)

Уравнения Максвелла. Вихревое электрическое поле - презентация онлайн (ppt-online.org)

Οι εξισώσεις του Μάξγουελ - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Νόμος του Γκάους - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Νόμος του Αμπέρ - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Ρεύμα μεροληψίας (ηλεκτροδυναμική) - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

{\vec {\tau }}={\vec {m}}_{2}\times {\vec {B}}_{1}

Μαγνητική διπολική ροπή - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

ΠΕΔΙΑ ΔΥΝΑΜΕΩΝ

γ. Τα Φυσικά Υλικά υλικά Σώματα συμμετέχουν στην κατασκευή τέτοιου είδους πεδίων ( (βαρυτικό πεδίο)

Η κλασσική παραδοχή της αιτίας της δημιουργίας Η/Μ κυματων είναι το επιταχυνομενο φορτιο.

Ο ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

το 1709 στις ΗΠΑ ο Βενιαμίν Φραγκλίνος εντόπισε τα δύο είδη ηλεκτρικού φορτίου και τις δυνάμεις τους

Ο Charlie Coulomb (1736-1808) Γάλλος Φυσικός που μελετά τις δυνάμεις μεταξύ φορτίων και διατυπώνει τον Νόμο

F_{c}=k{\frac {|q_{1}\cdot q_{2}|}{r^{2}}}

Μάλιστα, η ένταση του μαγνητικού πεδίου Η σχετίζεται με την πυκνότητα μαγνητικής ροής Β

$B({\text{G}})=\mu _{\text{r}}H({\text{Oe}})$ (η Β σε Gauss κκαι η Η σε Oe στο CGS).

Η είναι η Ένταση του Μαγνητικού πεδίου σε Amper/m στο SI

J η πυκνότητα ρεύματος σε Amper/m² στο SI,

dI απειροστικό στοιχείο και dS απειροστικά μικρό διαφορικό στοιχείο επιφάνειας

I_enc το ρεύμα που διέρχεται μέσα από την καμπύλη c

επίσης 1 Amber/m στο SI= 4.10-3 Oersted στο CGS

ροής του διανύσματος ταχύτητας του ηλεκτρικού πεδίου.

Αν και το ρεύμα μετατόπισης δεν είναι ακριβώς ηλεκτρικό ρεύμα, μετράται με τις ίδιες μονάδες

Στον Νόμο του Amber προσθέτωντας έναν ακόμη όρο στην εξίσωση του Ambere $\oint _{C}\mathbf {H} \cdot \mathrm {d} \mathbf {l} =\iint _{S}\mathbf {J} \cdot \mathrm {d} \mathbf {S} =I_{\mathrm {enc} }$

Το 1861 ο C Maxwell παρεμβαίνει προσθετωντας έναν ακόμη όρο

ενώ στα διηλεκτρικά που παρατηρείται αλλαγή στην πόλωση χρησιμοποιείται το διάνυσμα D που ειναι

Η είναι η Ένταση του Μαγνητικού πεδίου σε Amper/m στο SI

J η πυκνότητα ρεύματος σε Amper/m² στο SI,

dI απειροστικό στοιχείο και dS απειροστικά μικρό διαφορικό στοιχείο επιφάνειας

D Διάνυσμα για την ηλεκτρική μετατόπιση ή το διάνυσμα της επαγωγής όπως ονομάστηκε αργότερα

Όμως ακόμα πριν ο Maxwell ολοκληρώσει την ηλεκτρομαγνητικη θεωρία του Ambere ο

Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ ΜΕ ΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ: 3o μέρος.

Επαφή