Sesija se bliži i vrijeme je da sa teorije pređemo na praksu. Preko vikenda smo sjeli i pomislili da će mnogim učenicima imati koristi od zbirke osnovnih fizičkih formula nadohvat ruke. Suhe formule s objašnjenjem: kratke, sažete, ništa suvišno. Vrlo korisna stvar pri rješavanju problema, znate. A tokom ispita, kada bi vam „iz glave moglo iskočiti tačno ono što ste prethodnog dana naučili“, takav odabir će poslužiti odličnoj svrsi.

Najviše problema obično se postavlja u tri najpopularnija dijela fizike. Ovo Mehanika, termodinamika I Molekularna fizika, struja. Uzmimo ih!

Osnovne formule u fizici dinamika, kinematika, statika

Počnimo s najjednostavnijim. Stari dobri omiljeni pravi i ujednačeni pokret.

Kinematičke formule:

Naravno, ne zaboravimo na kretanje u krugu, a onda ćemo prijeći na dinamiku i Newtonove zakone.

Nakon dinamike, vrijeme je da razmotrimo uslove ravnoteže tijela i tekućina, tj. statiku i hidrostatiku

Sada predstavljamo osnovne formule na temu „Rad i energija“. Gdje bismo bili bez njih?

Osnovne formule molekularne fizike i termodinamike

Završimo odjeljak o mehanici s formulama za oscilacije i valove i prijeđimo na molekularnu fiziku i termodinamiku.

Faktor efikasnosti, Gay-Lussacov zakon, Clapeyron-Mendeleev jednadžba - sve ove formule drage srcu prikupljene su u nastavku.

Između ostalog! Sada je popust za sve naše čitaoce 10% na .

Osnovne formule u fizici: elektricitet

Vrijeme je da pređemo na električnu energiju, iako je manje popularna od termodinamike. Počnimo s elektrostatikom.

I, uz ritam bubnja, završavamo formulama za Ohmov zakon, elektromagnetnu indukciju i elektromagnetne oscilacije.

To je sve. Naravno, moglo bi se navesti čitavo brdo formula, ali to nema nikakve koristi. Kada ima previše formula, lako se možete zbuniti i čak istopiti mozak. Nadamo se da će vam naša varalica osnovnih fizičkih formula pomoći da brže i efikasnije riješite svoje omiljene probleme. A ako želite nešto razjasniti ili niste pronašli pravu formulu: pitajte stručnjake studentska služba. Naši autori drže stotine formula u svojim glavama i razbijaju probleme poput oraha. Kontaktirajte nas i uskoro će svaki zadatak biti na vama.

Formule elektriciteta i magnetizma. Proučavanje osnova elektrodinamike tradicionalno počinje električnim poljem u vakuumu. Da biste izračunali silu interakcije između dva točkasta naboja i da biste izračunali jačinu električnog polja stvorenog tačkastim nabojem, morate biti u stanju primijeniti Coulombov zakon. Za izračunavanje jačine polja koje stvaraju proširena naelektrisanja (nabijena nit, ravan, itd.), koristi se Gaussova teorema. Za sistem električnih naboja potrebno je primijeniti princip

Prilikom proučavanja teme „Jednosmjerna struja“ potrebno je uzeti u obzir Ohmove i Joule-Lenzove zakone u svim oblicima. Prilikom proučavanja „Magnetizma“ potrebno je imati na umu da magnetsko polje nastaje pokretnim nabojima i djeluje na pokretne naboje. Ovdje treba obratiti pažnju na Biot-Savart-Laplaceov zakon. Posebnu pažnju treba posvetiti Lorentzovoj sili i razmotriti kretanje nabijene čestice u magnetskom polju.

Električne i magnetske pojave povezuje poseban oblik postojanja materije – elektromagnetno polje. Osnova teorije elektromagnetnog polja je Maxwellova teorija.

Tabela osnovnih formula elektriciteta i magnetizma

Savremeni život se ne može zamisliti bez električne energije; Međutim, nisu svi odrasli u stanju zapamtiti definiciju električne struje iz školskog kursa fizike (ovo je usmjereni tok elementarnih čestica s nabojem), vrlo malo ljudi razumije šta je to.

Šta je struja

Prisustvo elektriciteta kao fenomena objašnjava se jednim od glavnih svojstava fizičke materije - sposobnošću da ima električni naboj. Mogu biti pozitivni i negativni, dok se objekti suprotnih polarnih znakova međusobno privlače, a "ekvivalentni" se, naprotiv, odbijaju. Pokretne čestice su i izvor magnetnog polja, što još jednom dokazuje povezanost elektriciteta i magnetizma.

Na atomskom nivou, postojanje elektriciteta može se objasniti na sljedeći način. Molekuli koji čine sva tijela sadrže atome sastavljene od jezgara i elektrona koji kruže oko njih. Ovi elektroni mogu, pod određenim uslovima, da se odvoje od „majčinskih“ jezgara i pređu na druge orbite. Kao rezultat toga, neki atomi postaju "nedovoljni" elektronima, a neki imaju višak.

Budući da je priroda elektrona takva da teku tamo gdje ih nedostaje, stalno kretanje elektrona iz jedne supstance u drugu predstavlja električnu struju (od riječi „teći”). Poznato je da struja teče od minus pola do plus pola. Stoga se tvar s nedostatkom elektrona smatra pozitivno nabijenom, a s viškom - negativno, i naziva se "joni". Ako govorimo o kontaktima električnih žica, onda se pozitivno nabijena naziva "nula", a negativno nabijena naziva se "faza".

U različitim supstancama udaljenost između atoma je različita. Ako su vrlo male, elektronske ljuske doslovno dodiruju jedna drugu, pa se elektroni lako i brzo kreću od jednog jezgra do drugog i natrag, stvarajući tako kretanje električne struje. Supstance kao što su metali nazivaju se provodnicima.

U drugim supstancama međuatomske udaljenosti su relativno velike, pa su to dielektrici, tj. ne provode struju. Prije svega, to je guma.

Dodatne informacije. Kada jezgra tvari emituju elektrone i kreću se, stvara se energija koja zagrijava provodnik. Ovo svojstvo električne energije naziva se "snaga" i mjeri se u vatima. Ova energija se također može pretvoriti u svjetlost ili u drugi oblik.

Za kontinuirani protok električne energije kroz mrežu, potencijali na krajnjim točkama provodnika (od dalekovoda do kućnog ožičenja) moraju biti različiti.

Istorija otkrića elektriciteta

Šta je elektricitet, odakle dolazi i njegove druge karakteristike fundamentalno proučava nauka termodinamike sa srodnim naukama: kvantnom termodinamikom i elektronikom.

Reći da je bilo koji naučnik izmislio električnu struju bilo bi pogrešno, jer su je od davnina proučavali mnogi istraživači i naučnici. Sam izraz “elektricnost” uveo je u upotrebu grčki matematičar Tales, ova riječ znači “ćilibar”, budući da je u eksperimentima sa štapićem od ćilibara i vunom Thales uspio proizvesti statički elektricitet i opisati ovaj fenomen.

Rimski Plinije je također proučavao električna svojstva smole, a Aristotel je proučavao električne jegulje.

Kasnije, prva osoba koja je temeljito proučavala svojstva električne struje bio je V. Gilbert, liječnik engleske kraljice. Njemački burgomajstor iz Magdeburga O.f. Gericke smatra se tvorcem prve sijalice napravljene od naribane sumporne kugle. I veliki Njutn je dokazao postojanje statičkog elektriciteta.

Na samom početku 18. stoljeća engleski fizičar S. Grey podijelio je supstance na provodnike i neprovodnike, a holandski naučnik Pieter van Musschenbroek izumio je Leyden teglu sposobnu da akumulira električni naboj, odnosno bio je to prvi kondenzator. Američki naučnik i političar B. Franklin prvi je razvio teoriju elektriciteta u naučnom smislu.

Cijelo 18. stoljeće bilo je bogato otkrićima u oblasti elektriciteta: utvrđena je električna priroda munje, konstruirano je umjetno magnetsko polje, postojanje dvije vrste naboja („plus” i „minus”) i, kao posljedica , otkrivena su dva pola (američki prirodnjak R. Simmer) , Coulomb je otkrio zakon interakcije između tačkastih električnih naboja.

U narednom veku izumljene su baterije (talijanski naučnik Volta), lučna lampa (Englez Davey), a takođe i prototip prvog dinamo-a. 1820. se smatra godinom rođenja elektrodinamičke nauke, to je učinio Francuz Ampere, za šta je njegovo ime dodeljeno jedinici za indikaciju jačine električne struje, a Škot Maksvel je izveo svetlosnu teoriju elektromagnetizma. Ruski Lodygin izumio je žarulju sa jezgrom od uglja - rodonačelnik modernih sijalica. Prije nešto više od sto godina izumljena je neonska lampa (francuski naučnik Georges Claude).

Do danas se nastavljaju istraživanja i otkrića u oblasti elektriciteta, na primjer, teorija kvantne elektrodinamike i interakcija slabih električnih valova. Među svim naučnicima koji se bave proučavanjem elektriciteta, Nikola Tesla zauzima posebno mesto - mnogi njegovi izumi i teorije o tome kako elektricitet funkcioniše još uvek nisu u potpunosti cenjeni.

Prirodna struja

Dugo se vjerovalo da električna energija "sama po sebi" ne postoji u prirodi. Ovu zabludu je razbio B. Franklin, koji je dokazao električnu prirodu munje. Upravo su oni, prema jednoj verziji naučnika, doprinijeli sintezi prvih aminokiselina na Zemlji.

Unutar živih organizama također se stvara električna energija, koja stvara nervne impulse koji osiguravaju motoričke, respiratorne i druge vitalne funkcije.

Zanimljivo. Mnogi naučnici smatraju da je ljudsko tijelo autonomni električni sistem koji je obdaren funkcijama samoregulacije.

Predstavnici životinjskog svijeta također imaju svoju struju. Na primjer, neke rase riba (jegulja, lampuga, raža, ugla i druge) koriste ga za zaštitu, lov, dobivanje hrane i orijentaciju u podvodnom prostoru. Poseban organ u tijelu ovih riba proizvodi električnu energiju i skladišti je, kao u kondenzatoru, frekvencija joj je stotine herca, a napon 4-5 volti.

Dobijanje i korištenje električne energije

Električna energija u naše vrijeme je osnova ugodnog života, pa je čovječanstvu potrebna njena stalna proizvodnja. U te svrhe grade se različite vrste elektrana (hidroelektrane, termoelektrane, nuklearne, vjetroelektrane, plimske i solarne), koje mogu proizvesti megavate električne energije uz pomoć generatora. Ovaj proces se zasniva na pretvaranju mehaničke (energija padajuće vode u hidroelektranama), termičke (sagorevanje ugljeničnog goriva - kamenog i mrkog uglja, treseta u termoelektranama) ili međuatomske energije (atomski raspad radioaktivnog uranijuma i plutonijuma na nuklearne elektrane) u električnu energiju.

Mnoga naučna istraživanja posvećena su električnim silama Zemlje, koje sve nastoje iskoristiti atmosferski elektricitet za dobrobit čovječanstva – generiranje električne energije.

Naučnici su predložili mnoge zanimljive uređaje za generatore struje koji omogućavaju proizvodnju električne energije iz magneta. Oni koriste sposobnost trajnih magneta da obavljaju koristan rad u obliku obrtnog momenta. Nastaje kao rezultat odbijanja između slično nabijenih magnetnih polja na statorskim i rotorskim uređajima.

Električna energija je popularnija od svih drugih izvora energije jer ima brojne prednosti:

• lako kretanje do potrošača;
• brza konverzija u toplinsku ili mehaničku energiju;
• moguća su nova područja njegove primjene (električna vozila);
• otkrivanje novih svojstava (superprovodljivost).

Elektricitet je kretanje različito nabijenih jona unutar provodnika. Ovo je veliki dar prirode, koji ljudi spoznaju od davnina, a taj proces još nije završen, iako je čovječanstvo već naučilo da ga vadi u ogromnim količinama. Električna energija igra veliku ulogu u razvoju modernog društva. Možemo reći da će bez toga život većine naših savremenika jednostavno stati, jer nije uzalud da kada nestane struja ljudi kažu da su „ugasili svjetla“.

Video

Jačina električnog polja

Jačina električnog polja je vektorska karakteristika polja, sila koja djeluje na jedinični električni naboj koji miruje u datom referentnom okviru.

Napetost se određuje po formuli:

$E↖(→)=(F↖(→))/(q)$

gdje je $E↖(→)$ jačina polja; $F↖(→)$ je sila koja djeluje na naboj $q$ postavljen u datu tačku polja. Smjer vektora $E↖(→)$ poklapa se sa smjerom sile koja djeluje na pozitivni naboj i suprotan je smjeru sile koja djeluje na negativni naboj.

SI jedinica napona je volt po metru (V/m).

Jačina polja tačkastog naboja. Prema Coulombovom zakonu, tačkasto naelektrisanje $q_0$ djeluje na drugi naboj $q$ sa silom jednakom

$F=k(|q_0||q|)/(r^2)$

Modul jačine polja tačkastog naboja $q_0$ na udaljenosti $r$ od njega je jednak

$E=(F)/(q)=k(|q_0|)/(r^2)$

Vektor intenziteta u bilo kojoj tački električnog polja usmjeren je duž prave linije koja povezuje ovu tačku i naboj.

Linije električnog polja

Električno polje u prostoru obično je predstavljeno linijama sile. Koncept linija sile uveo je M. Faraday dok je proučavao magnetizam. Ovaj koncept je zatim razvio J. Maxwell u svom istraživanju elektromagnetizma.

Linija sile, ili linija jačine električnog polja, je linija čija se tangenta u svakoj tački poklapa sa smjerom sile koja djeluje na pozitivni tačkasti naboj koji se nalazi u toj tački polja.

Zatezne linije pozitivno nabijene lopte;

Zatezne linije dvije suprotno nabijene kuglice;

Zatezne linije dvije slično nabijene kuglice

Zatezne linije dvije ploče nabijene nabojima različitih znakova, ali jednake po apsolutnoj vrijednosti.

Zatezne linije na posljednjoj slici su gotovo paralelne u prostoru između ploča, a njihova gustina je ista. Ovo sugeriše da je polje u ovoj oblasti prostora jednolično. Električno polje se naziva homogenim ako je njegova jačina ista u svim tačkama u prostoru.

U elektrostatičkom polju, linije sile nisu zatvorene, one uvijek počinju na pozitivnim nabojima i završavaju na negativnim nabojima. One se nigde ne seku; presek linija polja bi ukazivao na nesigurnost smera jačine polja u tački preseka. Gustina linija polja je veća u blizini naelektrisanih tijela, gdje je jačina polja veća.

Polje nabijene lopte. Jačina polja nabijene provodne lopte na udaljenosti od centra lopte koja prelazi njen polumjer $r≥R$ određena je istom formulom kao i polja točkastog naboja. O tome svjedoči raspodjela linija polja, slična raspodjeli linija intenziteta tačkastog naboja.

Naboj lopte ravnomjerno je raspoređen po njenoj površini. Unutar provodljive lopte, jačina polja je nula.

Magnetno polje. Interakcija magneta

Fenomen interakcije između trajnih magneta (uspostavljanje magnetne igle duž Zemljinog magnetskog meridijana, privlačenje različitih polova, odbijanje sličnih polova) poznat je od davnina i sistematski ga je proučavao W. Gilbert (rezultati su objavljen 1600. u svojoj raspravi „O magnetu, magnetnim tijelima i velikom magnetu – Zemlji“).

Prirodni (prirodni) magneti

Magnetska svojstva nekih prirodnih minerala bila su poznata još u antičko doba. Dakle, postoje pisani dokazi od prije više od 2000 godina o korištenju prirodnih trajnih magneta kao kompasa u Kini. Privlačenje i odbijanje magneta i magnetiziranje gvozdenih strugotina od njih spominju se u radovima starogrčkih i rimskih naučnika (na primjer, u pjesmi „O prirodi stvari“ Lukrecija Kara).

Prirodni magneti su komadi magnetne željezne rude (magnetit), koji se sastoje od $FeO$ (31%) i $Fe_2O$ (69%). Ako se takav komad minerala približi malim željeznim predmetima - ekserima, piljevinom, tankom oštricom itd., oni će biti privučeni.

Vještački trajni magneti

Trajni magnet- ovo je proizvod napravljen od materijala koji je autonoman (nezavisan, izolovan) izvor konstantnog magnetnog polja.

Umjetni trajni magneti izrađuju se od posebnih legura, koje uključuju željezo, nikl, kobalt itd. Ovi metali dobijaju magnetna svojstva (magnetiziraju) ako se približe trajnim magnetima. Stoga, da bi se od njih napravili trajni magneti, oni se posebno drže u jakim magnetnim poljima, nakon čega i sami postaju izvori konstantnog magnetskog polja i mogu dugo zadržati magnetska svojstva.

Na slici su prikazani magneti u obliku luka i trake.

Na sl. date su slike magnetnih polja ovih magneta, dobijene metodom koju je M. Faraday prvi upotrijebio u svom istraživanju: uz pomoć željeznih strugotina razasutih po listu papira na kojem leži magnet. Svaki magnet ima dva pola - to su mjesta najveće koncentracije linija magnetskog polja (također se nazivaju linije magnetnog polja, ili linije magnetne indukcije). Ovo su mjesta koja gvozdene opiljke najviše privlače. Obično se zove jedan od polova sjeverno(($N$), ostalo - južni($S$). Ako dva magneta približite jedan drugom sa sličnim polovima, možete vidjeti da se odbijaju, a ako imaju suprotne polove, privlače.

Na sl. jasno se vidi da su magnetne linije magneta zatvorene linije. Prikazane su linije magnetskog polja dva magneta okrenuta jedan prema drugom sa sličnim i različitim polovima. Centralni dio ovih slika podsjeća na šare električnih polja dvaju naboja (suprotnih i sličnih). Međutim, značajna razlika između električnog i magnetskog polja je u tome što linije električnog polja počinju i završavaju na nabojima. Magnetna naelektrisanja ne postoje u prirodi. Linije magnetnog polja napuštaju sjeverni pol magneta i ulaze u južni, nastavljaju se u tijelu magneta, odnosno, kao što je već spomenuto, one su zatvorene linije. Poziva se polja čije su linije polja zatvorene vortex. Magnetno polje je vrtložno polje (to je njegova razlika od električnog).

Primena magneta

Najstariji magnetni uređaj je dobro poznati kompas. U savremenoj tehnologiji magneti se koriste vrlo široko: u elektromotorima, u radiotehnici, u električnoj mjernoj opremi itd.

Zemljino magnetno polje

Globus je magnet. Kao i svaki magnet, ima svoje magnetno polje i svoje magnetne polove. Zbog toga je igla kompasa orijentirana u određenom smjeru. Jasno je gde tačno treba da bude severni pol magnetne igle, jer suprotni polovi se privlače. Dakle, sjeverni pol magnetne igle pokazuje na južni magnetni pol Zemlje. Ovaj pol se nalazi na severu globusa, nešto dalje od severnog geografskog pola (na ostrvu Princa od Velsa - oko 75°$ severne geografske širine i 99°$ zapadne geografske dužine, na udaljenosti od približno 2100$ km od severnog geografskog stub).

Kada se približavaju sjevernom geografskom polu, linije sile Zemljinog magnetskog polja se sve više naginju prema horizontu pod većim uglom, a u području južnog magnetnog pola postaju okomite.

Sjeverni magnetni pol Zemlje nalazi se blizu južnog geografskog pola, odnosno na 66,5°$ južne geografske širine i 140°$ istočne geografske dužine. Ovdje linije magnetnog polja izlaze iz Zemlje.

Drugim riječima, Zemljini magnetni polovi se ne poklapaju sa njenim geografskim polovima. Stoga se smjer magnetske igle ne poklapa sa smjerom geografskog meridijana, a magnetska igla kompasa samo približno pokazuje smjer prema sjeveru.

Na igla kompasa mogu uticati i neki prirodni fenomeni, npr. magnetne oluje, koje su privremene promjene u magnetskom polju Zemlje povezane sa sunčevom aktivnošću. Sunčeva aktivnost je praćena emisijom tokova nabijenih čestica, posebno elektrona i protona, sa površine Sunca. Ovi tokovi, krećući se velikom brzinom, stvaraju vlastito magnetsko polje koje je u interakciji sa magnetnim poljem Zemlje.

Na globusu (osim kratkotrajnih promjena magnetnog polja) postoje područja u kojima postoji konstantno odstupanje smjera magnetske igle od smjera Zemljine magnetske linije. Ovo su područja magnetna anomalija(od grčke anomalije - odstupanje, abnormalnost). Jedno od najvećih takvih područja je Kurska magnetna anomalija. Anomalije su uzrokovane ogromnim naslagama željezne rude na relativno maloj dubini.

Zemljino magnetsko polje pouzdano štiti površinu Zemlje od kosmičkog zračenja čije je djelovanje na žive organizme destruktivno.

Letovi međuplanetarnih svemirskih stanica i brodova omogućili su da se utvrdi da Mjesec i planeta Venera nemaju magnetno polje, dok planeta Mars ima vrlo slabo.

Eksperimenti Oerstedai ​​Amperea. Indukcija magnetnog polja

1820. danski naučnik G. H. Oersted otkrio je da magnetna igla postavljena u blizini provodnika kroz koji struja teče rotira, težeći da bude okomita na provodnik.

Dijagram eksperimenta G. H. Oersteda prikazan je na slici. Provodnik uključen u strujni krug nalazi se iznad magnetne igle paralelno s njegovom osi. Kada je krug zatvoren, magnetna igla odstupa od svog prvobitnog položaja. Kada se krug otvori, magnetna igla se vraća u prvobitni položaj. Iz toga slijedi da provodnik sa strujom i magnetna igla međusobno djeluju. Na osnovu ovog eksperimenta možemo zaključiti da postoji magnetsko polje povezano s protokom struje u vodiču i vrtložnom prirodom ovog polja. Opisani eksperiment i njegovi rezultati bili su Oerstedovo najvažnije naučno dostignuće.

Iste godine, francuski fizičar Ampere, koji je bio zainteresovan za Oerstedove eksperimente, otkrio je interakciju dva ravna provodnika sa strujom. Ispostavilo se da ako struje u provodnicima teku u jednom smjeru, tj. paralelne su, onda se provodnici privlače, ako su u suprotnim smjerovima (tj. antiparalelni), onda se odbijaju.

Interakcije između provodnika sa strujom, odnosno interakcije između pokretnih električnih naboja, nazivaju se magnetskim, a sile kojima provodnici sa strujom djeluju jedan na drugog nazivaju se magnetske sile.

Prema teoriji kratkog dometa, koje se pridržavao M. Faraday, struja u jednom od provodnika ne može direktno uticati na struju u drugom provodniku. Slično kao kod stacionarnih električnih naboja oko kojih postoji električno polje, zaključeno je da u prostoru koji okružuje struje postoji magnetno polje, koji djeluje s određenom silom na drugi provodnik sa strujom koji se nalazi u ovom polju ili na trajni magnet. Zauzvrat, magnetsko polje koje stvara drugi provodnik sa strujom djeluje na struju u prvom vodiču.

Baš kao što se električno polje detektuje njegovim uticajem na probni naboj uveden u ovo polje, magnetno polje se može detektovati orijentacionim efektom magnetnog polja na okviru sa strujom male (u poređenju sa udaljenostima na kojima je magnetno polje polje se primetno menja) dimenzije.

Žice koje dovode struju u okvir trebale bi biti isprepletene (ili postavljene blizu jedna drugoj), tada će rezultirajuća sila koju magnetsko polje djeluje na ove žice biti nula. Sile koje djeluju na takav okvir sa strujom će ga rotirati tako da njegova ravnina postane okomita na linije indukcije magnetskog polja. U primjeru, okvir će se rotirati tako da provodnik sa strujom bude u ravnini okvira. Kada se promijeni smjer struje u provodniku, okvir će se rotirati za 180°$. U polju između polova stalnog magneta, okvir će se okretati u ravni koja je okomita na magnetske linije sile magneta.

Magnetna indukcija

Magnetna indukcija ($B↖(→)$) je vektorska fizička veličina koja karakteriše magnetno polje.

Smjer vektora magnetske indukcije $B↖(→)$ uzima se kao:

1) smjer od južnog pola $S$ do sjevernog pola $N$ magnetne igle slobodno postavljene u magnetskom polju, ili

2) smjer pozitivne normale na zatvoreno kolo sa strujom na fleksibilnom ovjesu, slobodno postavljenom u magnetskom polju. Pozitivnom se smatra normala usmjerena prema kretanju vrha gimleta (sa desnim navojem), čija je ručka rotirana u smjeru struje u okviru.

Jasno je da se pravci 1) i 2) poklapaju, što je utvrđeno Amperovim eksperimentima.

Što se tiče veličine magnetne indukcije (tj. njenog modula) $B$, koja bi mogla karakterizirati jačinu polja, eksperimentima je utvrđeno da najveća sila $F$ kojom polje djeluje na provodnik sa strujom (postavljen okomito) magnetnom polju indukcionih linija), zavisi od struje $I$ u provodniku i od njegove dužine $∆l$ (proporcionalne njima). Međutim, sila koja djeluje na element struje (jedinične dužine i jačine struje) ovisi samo o samom polju, tj. omjer $(F)/(I∆l)$ za dato polje je konstantna vrijednost (slično omjer sile i naboja za električno polje). Ova vrijednost je određena kao magnetna indukcija.

Indukcija magnetskog polja u datoj tački jednaka je omjeru maksimalne sile koja djeluje na vodič kroz koji teče struja prema dužini vodiča i jačini struje u vodiču smještenom u ovoj tački.

Što je veća magnetna indukcija u datoj tački polja, to će veća sila djelovati na magnetsku iglu ili električni naboj koji se kreće.

SI jedinica magnetne indukcije je tesla(Tl), nazvana po srpskom inženjeru elektrotehnike Nikoli Tesli. Kao što se može vidjeti iz formule, $1$ T $=l(H)/(A m)$

Ako postoji više različitih izvora magnetnog polja, čiji su vektori indukcije u datoj tački prostora jednaki $(V_1)↖(→), (V_2)↖(→), (V_3)↖(→),. ..$, dakle, prema princip superpozicije polja, indukcija magnetskog polja u ovoj tački jednaka je zbroju stvorenih vektora indukcije magnetskog polja svaki izvor.

$V↖(→)=(V_1)↖(→)+(V_2)↖(→)+(V_3)↖(→)+...$

Linije magnetne indukcije

Da bi vizualizovao magnetno polje, M. Faraday je uveo koncept magnetne linije sile,što je više puta demonstrirao u svojim eksperimentima. Slika linija polja može se lako dobiti pomoću željeznih strugotina posutih po kartonu. Na slici su prikazane: linije magnetske indukcije jednosmerne struje, solenoid, kružna struja, direktni magnet.

Linije magnetne indukcije, ili magnetne linije sile, ili jednostavno magnetne linije nazivaju se linije čije se tangente u bilo kojoj tački poklapaju sa smjerom vektora magnetske indukcije $B↖(→)$ u ovoj tački polja.

Ako se, umjesto gvozdenih strugotina, male magnetne igle postave oko dugog pravog vodiča kroz koji teče struja, tada se može vidjeti ne samo konfiguracija linija polja (koncentrični krugovi), već i smjer linija polja (sjeverni pol magnetna igla pokazuje smjer vektora indukcije u datoj tački).

Smjer magnetskog polja naprijed struje može se odrediti pomoću pravilo desnog gimleta.

Ako rotirate ručicu gimleta tako da translacijsko kretanje vrha gimleta pokazuje smjer struje, tada će smjer rotacije ručke gimleta ukazati na smjer linija magnetskog polja struje.

Smjer magnetskog polja naprijed struje također se može odrediti pomoću prvo pravilo desne ruke.

Ako desnom rukom uhvatite provodnik, pokazujući savijeni palac u smjeru struje, tada će vrhovi preostalih prstiju u svakoj tački pokazati smjer vektora indukcije u toj tački.

Vrtložno polje

Linije magnetne indukcije su zatvorene, što ukazuje da u prirodi nema magnetnih naboja. Polja čije su linije polja zatvorene nazivaju se vrtložnim poljima. To jest, magnetsko polje je vrtložno polje. Ovo se razlikuje od električnog polja stvorenog naelektrisanjem.

Solenoid

Solenoid je zavojnica žice koja provodi struju.

Solenoid karakteriše broj zavoja po jedinici dužine $n$, dužine $l$ i prečnika $d$. Debljina žice u solenoidu i korak spirale (helikalne linije) su mali u poređenju sa njenim prečnikom $d$ i dužinom $l$. Izraz "solenoid" se također koristi u širem smislu - ovo je naziv za zavojnice proizvoljnog poprečnog presjeka (kvadratni solenoid, pravokutni solenoid), a ne nužno cilindričnog oblika (toroidni solenoid). Postoji dugačak solenoid ($l>>d$) i kratak ($l

Solenoid je 1820. izumio A. Ampere kako bi pojačao magnetsko djelovanje struje koju je otkrio X. Oersted i koristio D. Arago u eksperimentima s magnetizacijom čeličnih šipki. Magnetska svojstva solenoida eksperimentalno je proučavao Ampere 1822. (istovremeno je uveo pojam "solenoid"). Utvrđena je ekvivalentnost solenoida sa trajnim prirodnim magnetima, što je bila potvrda Ampereove elektrodinamičke teorije, koja je magnetizam objašnjavala interakcijom prstenastih molekularnih struja skrivenih u tijelima.

Linije magnetnog polja solenoida prikazane su na slici. Smjer ovih linija određuje se pomoću drugo pravilo desne ruke.

Ako stegnete solenoid dlanom desne ruke, usmjeravajući četiri prsta duž struje u zavojima, tada će ispruženi palac pokazati smjer magnetskih linija unutar solenoida.

Upoređujući magnetsko polje solenoida s poljem trajnog magneta, možete vidjeti da su vrlo slični. Poput magneta, solenoid ima dva pola - sjeverni ($N$) i južni ($S$). Sjeverni pol je onaj iz kojeg izlaze magnetne linije; južni pol je onaj u koji ulaze. Sjeverni pol solenoida uvijek se nalazi na strani na koju pokazuje palac dlana kada je postavljen u skladu s drugim pravilom desne ruke.

Kao magnet koristi se solenoid u obliku zavojnice s velikim brojem zavoja.

Istraživanja magnetskog polja solenoida pokazuju da se magnetski učinak solenoida povećava sa povećanjem struje i broja zavoja u solenoidu. Osim toga, magnetsko djelovanje solenoida ili zavojnice sa strujom pojačava se uvođenjem željezne šipke u nju, koja se naziva jezgro.

Elektromagneti

Zove se solenoid sa gvozdenim jezgrom unutra elektromagnet.

Elektromagneti mogu sadržavati ne jedan, već nekoliko zavojnica (namotaja) i imati jezgre različitih oblika.

Takav elektromagnet prvi je konstruisao engleski pronalazač W. Sturgeon 1825. Sa masom od 0,2$ kg, W. Sturgeonov elektromagnet je držao teret težine 36$ N. Iste godine, J. Joule je povećao silu dizanja elektromagneta na 200$ N, a šest godina kasnije američki naučnik J. Henry napravio je elektromagnet težak 300$ kg, sposoban da izdrži teret težine 1$ t!

Moderni elektromagneti mogu podići terete težine nekoliko desetina tona. Koriste se u fabrikama za premještanje teških proizvoda od željeza i čelika. Elektromagneti se također koriste u poljoprivredi za čišćenje zrna niza biljaka od korova i u drugim industrijama.

Amperska snaga

Na pravi dio provodnika $∆l$, kroz koji teče struja $I$, djeluje sila $F$ u magnetskom polju sa indukcijom $B$.

Da biste izračunali ovu silu, koristite izraz:

$F=B|I|∆lsinα$

gdje je $α$ ugao između vektora $B↖(→)$ i smjera segmenta provodnika sa strujom (strujni element); Za smjer strujnog elementa uzima se smjer u kojem struja teče kroz provodnik. Poziva se sila $F$ Amperska sila u čast francuskog fizičara A. M. Amperea, koji je prvi otkrio djelovanje magnetskog polja na provodnik sa strujom. (U stvari, Ampere je uspostavio zakon za silu interakcije između dva elementa provodnika sa strujom. On je bio zagovornik teorije dugog dometa i nije koristio koncept polja.

Međutim, prema tradiciji iu znak sjećanja na zasluge naučnika, izraz za silu koja djeluje na provodnik sa strujom iz magnetskog polja naziva se i Amperov zakon.)

Smjer Amperove sile određuje se pomoću pravila lijeve ruke.

Ako dlan vaše lijeve ruke postavite tako da linije magnetskog polja ulaze u njega okomito, a četiri ispružena prsta pokazuju smjer struje u provodniku, tada će ispruženi palac pokazati smjer sile koja djeluje na struju - noseći provodnik. Dakle, amperova sila je uvijek okomita i na vektor indukcije magnetskog polja i na smjer struje u vodiču, odnosno okomita na ravan u kojoj ova dva vektora leže.

Posljedica Amperove sile je rotacija okvira sa strujom u konstantnom magnetskom polju. Ovo nalazi praktičnu primjenu u mnogim uređajima, npr. električni mjerni instrumenti- galvanometri, ampermetri, gdje se pokretni okvir sa strujom okreće u polju stalnog magneta i po kutu otklona pokazivača fiksno spojenog na okvir može se suditi o količini struje koja teče u kolu.

Zahvaljujući rotirajućem efektu magnetnog polja na okvir koji nosi struju, također je postalo moguće kreirati i koristiti električni motori- mašine u kojima se električna energija pretvara u mehaničku energiju.

Lorencova sila

Lorentzova sila je sila koja djeluje na električni naboj u pokretnoj tački u vanjskom magnetskom polju.

Holandski fizičar H. A. Lorenz krajem 19. stoljeća. utvrdio da je sila koju magnetno polje djeluje na pokretnu nabijenu česticu uvijek okomita na smjer kretanja čestice i linije sile magnetskog polja u kojem se ta čestica kreće.

Smjer Lorentzove sile može se odrediti pomoću pravila lijeve ruke.

Ako dlan vaše lijeve ruke postavite tako da četiri ispružena prsta ukazuju na smjer kretanja naboja, a vektor polja magnetske indukcije uđe u dlan, tada će ispruženi palac pokazati smjer Lorentzove sile koja djeluje na pozitivnog naboja.

Ako je naboj čestice negativan, tada će Lorentzova sila biti usmjerena u suprotnom smjeru.

Modul Lorentzove sile se lako određuje iz Ampereovog zakona i iznosi:

gdje je $q$ naboj čestice, $υ$ je brzina njenog kretanja, $α$ je ugao između vektora brzine i indukcije magnetskog polja.

Ako pored magnetnog polja postoji i električno polje koje na naboj djeluje silom $(F_(el))↖(→)=qE↖(→)$, tada ukupna sila djeluje na naboj je jednako:

$F↖(→)=(F_(el))↖(→)+(F_l)↖(→)$

Često se ova ukupna sila naziva Lorentzova sila, a sila izražena formulom $F=|q|υBsinα$ se naziva magnetni dio Lorentzove sile.

Pošto je Lorentzova sila okomita na smjer kretanja čestice, ona ne može promijeniti svoju brzinu (ne radi), već samo može promijeniti smjer svog kretanja, odnosno savijati putanju.

Ovu zakrivljenost putanje elektrona u TV cevovodu sa slikom lako je uočiti ako na njen ekran dovedete trajni magnet: slika će biti izobličena.

Kretanje nabijene čestice u jednoličnom magnetskom polju. Neka naelektrisana čestica leti brzinom $υ$ u jednolično magnetsko polje okomito na zatezne linije. Sila koju vrši magnetsko polje na česticu će uzrokovati da se ona ravnomjerno rotira u krugu radijusa r, što je lako pronaći koristeći Newtonov drugi zakon, izraz za centripetalno ubrzanje i formulu $F=|q|υBsinα$:

$(mυ^2)/(r)=|q|υB$

Odavde dobijamo

$r=(mυ)/(|q|B)$

gdje je $m$ masa čestice.

Primjena Lorentzove sile. Djelovanje magnetskog polja na pokretne naboje koristi se, na primjer, u maseni spektrografi, koji omogućavaju razdvajanje naelektrisanih čestica po njihovom specifičnom naelektrisanju, odnosno omjeru naboja čestice prema njenoj masi, a na osnovu dobijenih rezultata da se tačno odrede mase čestica.

Vakumska komora uređaja postavljena je u polje (vektor indukcije $B↖(→)$ je okomit na sliku). Nabijene čestice (elektroni ili joni) ubrzane električnim poljem, opisujući luk, padaju na fotografsku ploču, gdje ostavljaju trag koji omogućava da se radijus putanje $r$ izmjeri sa velikom preciznošću. Ovaj radijus određuje specifični naboj jona. Poznavajući naboj jona, lako je izračunati njegovu masu.

Magnetna svojstva supstanci

Kako bi objasnio postojanje magnetskog polja trajnih magneta, Ampere je sugerirao da mikroskopske kružne struje postoje u tvari s magnetskim svojstvima (nazvane su molekularni). Ova ideja je naknadno, nakon otkrića elektrona i strukture atoma, briljantno potvrđena: ove struje nastaju kretanjem elektrona oko jezgra i, orijentisane na isti način, u cjelini stvaraju polje oko i iznutra. magnet.

Na sl. ravni u kojima se nalaze elementarne električne struje su nasumično orijentirane zbog haotičnog toplinskog kretanja atoma, a supstanca ne pokazuje magnetna svojstva. U magnetiziranom stanju (pod utjecajem, na primjer, vanjskog magnetskog polja), ove ravni su identično orijentirane, a njihova djelovanja se zbrajaju.

Magnetna permeabilnost. Reakcija medija na utjecaj vanjskog magnetskog polja sa indukcijom $B_0$ (polje u vakuumu) određena je magnetskom susceptibilnošću $μ$:

gdje je $B$ indukcija magnetskog polja u tvari. Magnetska permeabilnost je slična dielektričnoj konstanti $ε$.

Na osnovu svojih magnetnih svojstava, tvari se dijele na Dijamagneti, paramagneti i feromagneti. Za dijamagnetne materijale, koeficijent $μ$, koji karakteriše magnetna svojstva medija, manji je od $1$ (na primjer, za bizmut $μ = 0,999824$); za paramagnete $μ > 1$ (za platinu $μ = 1,00036$); za feromagnete $μ >> 1$ (gvožđe, nikl, kobalt).

Dijamagneti se odbijaju magnetom, a paramagnetni materijali privlače. Po ovim karakteristikama mogu se razlikovati jedni od drugih. Za većinu tvari magnetska permeabilnost se praktički ne razlikuje od jedinice, samo je za feromagnete uvelike premašuje, dostižući nekoliko desetina tisuća jedinica.

Feromagneti. Feromagneti pokazuju najjača magnetna svojstva. Magnetna polja koja stvaraju feromagneti su mnogo jača od vanjskog magnetizirajućeg polja. Istina, magnetna polja feromagneta ne nastaju kao rezultat rotacije elektrona oko jezgara - orbitalni magnetni moment, a zbog vlastite rotacije elektrona - njegov vlastiti magnetni moment, tzv spin.

Curie temperatura ($T_c$) je temperatura iznad koje feromagnetni materijali gube svoja magnetna svojstva. Za svaki feromagnet je različit. Na primjer, za gvožđe $T_s = 753°$S, za nikl $T_s = 365°$S, za kobalt $T_s = 1000°$ S postoje feromagnetne legure sa $T_s

Prve detaljne studije magnetnih svojstava feromagneta sproveo je istaknuti ruski fizičar A. G. Stoletov (1839-1896).

Feromagneti se koriste vrlo široko: kao trajni magneti (u električnim mjernim instrumentima, zvučnicima, telefonima itd.), čelična jezgra u transformatorima, generatorima, elektromotorima (za pojačavanje magnetskog polja i uštedu električne energije). Magnetne trake napravljene od feromagnetnih materijala snimaju zvuk i sliku za magnetofone i video rekordere. Informacije se snimaju na tanke magnetne filmove za uređaje za skladištenje u elektronskim računarima.

Lenzovo pravilo

Lenzovo pravilo (Lenzov zakon) uspostavio je E. H. Lenz 1834. godine. Ono prerađuje zakon elektromagnetne indukcije, koji je 1831. otkrio M. Faraday. Lenzovo pravilo određuje smjer inducirane struje u zatvorenoj petlji dok se kreće u vanjskom magnetskom polju.

Smjer indukcijske struje je uvijek takav da sile koje ona doživljava od magnetskog polja suprotstavljaju kretanju kola, a magnetski fluks $F_1$ stvoren ovom strujom teži da kompenzira promjene vanjskog magnetskog fluksa $F_e$.

Lenzov zakon je izraz zakona održanja energije za elektromagnetne pojave. Doista, kada se zatvorena petlja kreće u magnetskom polju zbog vanjskih sila, potrebno je izvršiti određeni rad protiv sila koje nastaju kao rezultat interakcije inducirane struje s magnetskim poljem i usmjerene u smjeru suprotnom kretanju. .

Lenzovo pravilo je ilustrovano na slici. Ako se permanentni magnet pomakne u zavojnicu zatvorenu za galvanometar, indukovana struja u zavojnici će imati smjer koji će stvoriti magnetsko polje s vektorom $B"$ usmjerenim suprotno vektoru indukcije magnetnog polja $B$, tj. istisnut će magnet iz zavojnice ili spriječiti njegovo kretanje. Kada se magnet izvuče iz zavojnice, naprotiv, polje stvoreno indukcijskom strujom će privući zavojnicu, odnosno spriječiti njegovo kretanje.

Da biste primijenili Lenzovo pravilo za određivanje smjera inducirane struje $I_e$ u kolu, morate slijediti ove preporuke.

1. Postavite smjer linija magnetne indukcije $B↖(→)$ vanjskog magnetskog polja.
2. Saznajte da li se tok magnetne indukcije ovog polja kroz površinu ograničenu konturom ($∆F > 0$) povećava ili smanjuje ($∆F
3. Postavite pravac linija magnetne indukcije $V"↖(→)$ magnetnog polja indukovane struje $I_i$. Ove linije treba da budu usmjerene, prema Lenzovom pravilu, suprotno od linija $V↖(→)$ , ako je $∆F > 0$, i imaju isti smjer kao i oni ako je $∆F
4. Znajući smjer linija magnetske indukcije $B"↖(→)$, odredite smjer indukcione struje $I_i$ koristeći pravilo gimleta.

Fizika elektriciteta je nešto sa čime se svako od nas mora suočiti. U ovom članku ćemo pogledati osnovne koncepte povezane s njim.

Šta je električna energija? Za neupućene, to je povezano sa bljeskom munje ili sa energijom koja pokreće TV i veš mašinu. On zna da se koriste električni vozovi. Šta još može da vam kaže? Dalekovodi ga podsjećaju na našu ovisnost o struji. Neko može dati još nekoliko primjera.

Međutim, postoje mnoge druge, ne tako očigledne, ali svakodnevne pojave povezane sa strujom. Fizika nas upoznaje sa svima njima. Počinjemo učiti elektricitet (probleme, definicije i formule) u školi. I naučimo mnogo zanimljivih stvari. Ispostavilo se da srce koje kuca, atletičar koji trči, dijete koje spava i plivajuća riba proizvode električnu energiju.

Elektroni i protoni

Hajde da definišemo osnovne pojmove. Sa naučničke tačke gledišta, fizika elektriciteta se bavi kretanjem elektrona i drugih naelektrisanih čestica u različitim supstancama. Stoga, naučno razumijevanje prirode fenomena koji nas zanima zavisi od nivoa znanja o atomima i njihovim sastavnim subatomskim česticama. Ključ za ovo razumevanje je sićušni elektron. Atomi bilo koje supstance sadrže jedan ili više elektrona koji se kreću različitim orbitama oko jezgra, baš kao što se planete okreću oko Sunca. Obično jednak broju protona u jezgru u atomu. Međutim, protoni, koji su mnogo teži od elektrona, mogu se smatrati kao da su fiksirani u centru atoma. Ovaj krajnje pojednostavljeni model atoma sasvim je dovoljan da objasni osnove takvog fenomena kao što je fizika elektriciteta.

Šta još trebate znati? Elektroni i protoni imaju istu veličinu (ali različite predznake), pa se međusobno privlače. Naboj protona je pozitivan, a elektrona negativan. Atom koji ima više ili manje elektrona od normalnog naziva se jon. Ako ih u atomu nema dovoljno, onda se naziva pozitivnim jonom. Ako ih sadrži višak, onda se naziva negativnim ionom.

Kada elektron napusti atom, on dobija pozitivan naboj. Elektron, lišen svoje suprotnosti, protona, ili se kreće ka drugom atomu ili se vraća na prethodni.

Zašto elektroni napuštaju atome?

To je zbog nekoliko razloga. Najopćenitiji je da pod utjecajem svjetlosnog pulsa ili nekog vanjskog elektrona, elektron koji se kreće u atomu može biti izbačen iz svoje orbite. Toplina uzrokuje da atomi vibriraju brže. To znači da elektroni mogu pobjeći iz svog atoma. Tokom hemijskih reakcija oni se takođe kreću od atoma do atoma.

Dobar primjer odnosa između kemijske i električne aktivnosti pružaju mišići. Njihova vlakna se skupljaju kada su izložena električnom signalu koji dolazi iz nervnog sistema. Električna struja stimuliše hemijske reakcije. Dovode do kontrakcije mišića. Vanjski električni signali se često koriste za umjetnu stimulaciju mišićne aktivnosti.

Provodljivost

U nekim supstancama elektroni se pod utjecajem vanjskog električnog polja kreću slobodnije nego u drugim. Za takve supstance se kaže da imaju dobru provodljivost. Zovu se provodnici. To uključuje većinu metala, zagrijane plinove i neke tekućine. Vazduh, guma, ulje, polietilen i staklo su loši provodnici električne energije. Zovu se dielektrici i koriste se za izolaciju dobrih vodiča. Ne postoje idealni izolatori (apsolutno neprovodna struja). Pod određenim uvjetima, elektroni se mogu ukloniti iz bilo kojeg atoma. Međutim, ove uslove je obično toliko teško zadovoljiti da se, sa praktične tačke gledišta, takve supstance mogu smatrati neprovodnim.

Upoznajući se s takvom naukom kao što je "elektricnost"), saznajemo da postoji posebna grupa supstanci. Ovo su poluprovodnici. Ponašaju se dijelom kao dielektrici, a dijelom kao provodnici. To uključuje, posebno: germanij, silicijum, bakrov oksid. Zbog svojih svojstava, poluvodiči imaju mnoge primjene. Na primjer, može poslužiti kao električni ventil: poput ventila na gumi bicikla, omogućava da se naboji kreću samo u jednom smjeru. Takvi uređaji se nazivaju ispravljači. Koriste se i u minijaturnim radijima i u velikim elektranama za pretvaranje izmjenične struje u jednosmjernu.

Toplina je haotičan oblik kretanja molekula ili atoma, a temperatura je mjera intenziteta tog kretanja (za većinu metala, kako temperatura opada, kretanje elektrona postaje slobodnije). To znači da otpor slobodnom kretanju elektrona opada sa padom temperature. Drugim riječima, provodljivost metala se povećava.

Superprovodljivost

U nekim supstancama na vrlo niskim temperaturama otpor protoku elektrona potpuno nestaje, a elektroni, počevši da se kreću, nastavljaju da se kreću neograničeno. Ovaj fenomen se naziva supravodljivost. Na temperaturama nekoliko stepeni iznad apsolutne nule (-273 °C) primećuje se u metalima kao što su kalaj, olovo, aluminijum i niobijum.

Van de Graaff generatori

Školski program uključuje razne eksperimente sa strujom. Postoji mnogo vrsta generatora, o jednom od kojih bismo željeli detaljnije govoriti. Van de Graaffov generator se koristi za proizvodnju ultravisokih napona. Ako se unutar posude stavi predmet koji sadrži višak pozitivnih iona, tada će se na unutrašnjoj površini ovog potonjeg pojaviti elektroni, a na vanjskoj će se pojaviti isti broj pozitivnih iona. Ako sada dodirnete unutrašnju površinu nabijenim predmetom, tada će svi slobodni elektroni preći na nju. Izvana će ostati pozitivni naboji.

Pozitivni joni iz izvora se nanose na transportnu traku koja prolazi unutar metalne sfere. Traka je spojena na unutrašnju površinu sfere pomoću vodiča u obliku grebena. Elektroni teku sa unutrašnje površine sfere. Na njegovoj vanjskoj strani pojavljuju se pozitivni ioni. Efekat se može poboljšati upotrebom dva generatora.

Struja

Školski predmet fizike uključuje i koncept kao što je električna struja. Šta je? Električna struja je uzrokovana kretanjem električnih naboja. Kada je električna lampa povezana na bateriju uključena, struja teče kroz žicu od jednog pola baterije do lampe, zatim kroz kosu, uzrokujući da ona blista, i nazad kroz drugu žicu do drugog pola baterije . Ako okrenete prekidač, krug se otvara - struja se zaustavlja i lampa se gasi.

Kretanje elektrona

Struja je u većini slučajeva uređeno kretanje elektrona u metalu koji služi kao provodnik. U svim provodnicima i nekim drugim supstancama uvijek se događa neko nasumično kretanje, čak i ako struja ne teče. Elektroni u supstanciji mogu biti relativno slobodni ili jako vezani. Dobri provodnici imaju slobodne elektrone koji se mogu kretati. Ali u lošim provodnicima, ili izolatorima, većina ovih čestica je prilično čvrsto vezana za atome, što sprječava njihovo kretanje.

Ponekad se, prirodno ili umjetno, stvara kretanje elektrona u vodiču u određenom smjeru. Ovaj tok se naziva električna struja. Mjeri se u amperima (A). Nosači struje mogu biti i joni (u plinovima ili otopinama) i „rupe“ (nedostatak elektrona u nekim vrstama poluprovodnika. Potonji se ponašaju kao pozitivno nabijeni nosioci električne struje. Da bi se elektroni kretali u jednom ili drugom smjeru, određena sila je U prirodi njeni izvori mogu biti: izlaganje suncu, magnetni efekti i hemijske reakcije. Neki od njih se koriste za proizvodnju električne struje U tu svrhu se koriste kemijske reakcije, pri čemu se elektroni kreću u jednom smjeru. Veličina emf se mjeri u voltima (V).

Veličina EMF-a i jačina struje su međusobno povezani, poput pritiska i protoka u tečnosti. Vodovodne cijevi se uvijek pune vodom pod određenim pritiskom, ali voda počinje teći tek kada se otvori slavina.

Slično, može se spojiti na izvor emf, ali struja neće teći u njemu sve dok se ne stvori put duž kojeg se elektroni mogu kretati. To može biti, recimo, električna lampa ili usisivač.

Odnos struje i napona

Kako napon u kolu raste, raste i struja. Dok studiramo fiziku, učimo da se električna kola sastoje od nekoliko različitih sekcija: obično prekidača, provodnika i uređaja koji troši električnu energiju. Svi oni, povezani zajedno, stvaraju otpor električnoj struji, koji se (pod pretpostavkom konstantne temperature) za ove komponente ne mijenja tokom vremena, ali je različit za svaku od njih. Stoga, ako se isti napon primijeni na sijalicu i na željezo, tada će protok elektrona u svakom od uređaja biti različit, jer su njihovi otpori različiti. Prema tome, jačina struje koja teče kroz određeni dio kruga određena je ne samo naponom, već i otporom vodiča i uređaja.

Ohmov zakon

Količina električnog otpora se mjeri u omima (omima) u nauci fizike. Električna energija (formule, definicije, eksperimenti) je široka tema. Nećemo izvoditi složene formule. Za prvo upoznavanje sa temom dovoljno je ono što je gore rečeno. Međutim, još uvijek vrijedi zaključiti jednu formulu. Uopšte nije komplikovano. Za bilo koji provodnik ili sistem provodnika i uređaja, odnos između napona, struje i otpora je dat formulom: napon = struja x otpor. Ovo je matematički izraz Ohmovog zakona, nazvanog po Georgu Ohmu (1787-1854), koji je prvi uspostavio odnos između ova tri parametra.

Fizika elektriciteta je veoma interesantna grana nauke. Razmotrili smo samo osnovne koncepte povezane s njim. Naučili ste šta je elektricitet i kako nastaje. Nadamo se da će vam ove informacije biti korisne.