Eletromagnetismo | Física Para Idiotas

Para o eletromagnetismo tudo o que você precisa saber é o que acontece quando você tem + ou – encargos, o que acontece quando eles se aproximam e o que acontece quando eles se movem. É isso! Para todas as em não quânticas há apenas 5 fórmulas que você precisa.,a equação de Lorentz descrever todos eletricidade, o magnetismo, a luz, o som, radiação, na verdade, a maioria da física:

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o Quão ruim pode um tópico se você pode descrever isso tudo com apenas 5 equações, você provavelmente poderia encaixá-los todos em volta de uma bolacha de chope., Agora que você viu a conclusão podemos ir ao início e ler toda a história em detalhes. A menos que você esteja fazendo um curso universitário que você pode escapar sem saber exatamente o que a equação significa ou fazer, mas este site irá explicá-los mais tarde, Primeiro vamos voltar ao básico.

as bases

a carga vem em 2 tipos, positivos e negativos e é medida em Coulombs (C). Se você tem uma carga por si só, emite um campo em todas as direções. O campo de uma carga é representado por E como em e-lectricidade., Se você colocar outra carga no campo, ele experimenta uma força. Como as acusações repelem e ao contrário das acusações atraem. Quanto maior a carga mais forte a força e quanto mais longe a carga mais fraca a força, exatamente o que você esperaria. Esta relação pode ser representada pela Lei de Coulomb;

‘s são as duas cargas e é a distância entre eles ao quadrado., A outra parte é apenas uma constante que equivale aproximadamente a 9000000000. (A derivação exata desta lei pode ser encontrada aqui). A partir destes você pode ver que a força é apenas o campo vezes por qualquer carga que você colocar, . Usando isto, você pode trabalhar o campo ou força entre partículas ou átomos ou qualquer coisa com carga, desde que não se movam. Uma vez que você começa uma carga mover outras coisas acontecem.

coisas que se movem

assim que uma carga começa a mover-se, produz outro campo., O novo campo é o magnetismo e é representado por B como no B-magmatismo?

A razão é B é simplesmente que era a segunda coisa em uma lista em ordem alfabética:

Eletromagnética potencial do vetor: A
indução Magnética: B
Total de corrente elétrica: C
Elétricos de deslocamento: D
força Eletromotriz: E
força Mecânica: F
a Velocidade em um ponto: G
intensidade Magnética: H

(Isso também explica onde H vem para aqueles interessados).,

então agora a sua partícula ou átomo ou o que quer que tenha 2 campos a sair. The full equation to describe how both fields act on a particle is

which is known as the Lorentz force. O símbolo não significa multiplicação, neste contexto significa produto cruzado. É basicamente uma forma reduzida de escrever “ vezes vezes o seno do ângulo entre”., Isto porque o campo empurra a 90° para onde sempre aponta e em que direção você está se movendo. Agora, a menos que você está fazendo EM Um passado-nível você pode esquecer tudo sobre as direções e ângulos, basta escrever

Se nós, expandindo-se a expressão acima, temos

Mas já podemos descrever um destes bits, é apenas a Lei de Coulomb., Além disso, a nível A ou abaixo da situação provavelmente será simplificada, então você só tem que considerar os campos e separadamente., Então provavelmente você só tem que usar um dos dois seguintes fórmulas,

Obviamente é a força e é responsável, e são os dois campos descritos anteriormente e é a velocidade de movimentação de carga., O campo elétrico é medido em unidades SI de Newtons por coulomb () ou, equivalentemente, volts por metro (). O campo magnético tem unidades SI de Teslas (T), equivalente a Webers por metro quadrado () ou volt segundos por metro quadrado ()

Circuitos

Agora, eu não sou um grande fã de circuitos, nunca ter sido, agora espero que eu vou ser profissional o suficiente para que meu não gostar deles não vêm através desta seção, mas se eu não pedir desculpas antecipadamente., Se eu realmente começar a lutar com meu ódio, eu posso ter que chamar um segundo escritor

um circuito é basicamente apenas uma série de cargas móveis com o objeto ocasional ou dispositivo na maneira que afeta o fluxo. Agora, quando eu digo que os elétrons estão se movendo em torno de muitas pessoas vão pensar que sua velocidade em torno da velocidade da luz, mas isso é errado. Os electrões estão a mover-se muito lentamente, é a onda que viaja depressa. Como indicado acima como as cargas repelem, então coloque um elétron ao lado de outro e eles se afastarão., Com uma corrente em um fio você basicamente tem um tubo de elétrons e você está adicionando um para uma das extremidades, isso faz com que o próximo elétron se mova para baixo, que por sua vez empurrou o próximo e assim por diante. Então você tem uma onda mexicana como efeito que se move rapidamente, mas os próprios elétrons estão apenas se movendo lentamente.

Circuitos, geralmente, contêm todos os tipos de objetos e dispositivos, dependendo do que eles, e dependendo de como você definir todos eles no circuito depende de como você faz todos os cálculos.qual é qual?,

Se você configurar todos os seus componentes em um circuito fechado, como por

então podemos dizer que todos os componentes estão em Série. Se você configurá-los com a ramificação de caminhos, como por

então podemos dizer que os componentes estão em Paralelo. Você também pode fazer circuitos que são uma mistura de série e em paralelo seção como

Amperes, Volts, Ohms e (Oh meu!,)

chamamos as cargas móveis de corrente, e é medido na unidade SI de Amps (a). Amplificadores são equivalentes a quantidade de carga que passou em um determinado período de tempo, então 2 coulombs em 6 segundos será o equivalente a 0,3 A. Esta, como a maioria das coisas em física pode ser expressa em uma boa fórmula para você aprender

Outra ideia importante em circuitos de Tensão ou Diferença de Potencial. Volts são basicamente a diferença no potencial elétrico em dois pontos diferentes., O potencial elétrico entre 2 pontos é dada como

, onde é a distância entre e . É basicamente campo vezes distância.

outra ideia importante quando se trata de circuitos é a resistência. A resistência é basicamente uma medida de quanta resistência se opõe a uma corrente elétrica., Quase todos os objetos ou dispositivos em um circuito de causar a resistência e para o cálculo da resistência total em um circuito pode utilizar uma ou mais destas regras

Um dos mais importantes e fundamentais, equações de circuitos é a lei de Ohm, e relaciona a corrente, tensão e resistência.

fundo

é Isso. A EM clássica não vai mais fundo do que isto., Estes 4 são a equação fundamental para todos os campos EM. Eles podem demorar um pouco para dar a volta à sua cabeça, mas uma vez que você faz tudo deve fazer sentido, mais ou menos.,

Se você não sabe sobre integração e de diferenciação eu sugiro que você vá para a seção Integração ou Diferenciação seção, eu vou tentar explicar isso aqui, mas eu vou ser, sobretudo, com foco em física.

Lei de Gauss

OK então Primeiro temos a Lei de Gauss.,

Este diz que a integral do campo Elétrico, , através de uma área fechada é igual à carga total no interior da área, dividido por . é uma constante chamada A Permissividade do Espaço Livre e mostra-se toda a física, juntamente com qual é A Permeabilidade do Espaço Livre., O que esta equação significa é que você pode pegar qualquer superfície fechada que você gosta e encontrar o campo atravessando, desde que você possa fazer a matemática. Normalmente você não pode. no entanto, há uma série de casos quando é agradável e fácil. Casos em que o campo está a sair directamente pela superfície uniformemente., Os casos são

Uma superfície Esférica em torno de um ponto ou esfera
Uma superfície Cilíndrica em torno de um fio infinito
Uma superfície Regular e através de uma seção de um plano infinito

eu admito estes som vago e abstrato, portanto vou demonstrar com o auxílio de um diagrama.

Estas são as Gauss de superfícies., Basicamente, com estas superfícies, tudo o que estás a tentar fazer é tornar a vida mais fácil. Certifique-se apenas de que a superfície está sempre a mesma distância da fonte de carga e que o campo está sempre a passar a 90 graus. Você pode então trabalhar a integral com seus olhos fechados é tão fácil. O lado esquerdo da lei de Gauss torna-se e vezes a superfície da forma que escolheu.

Uma superfície Esférica torna-se , onde é o raio da esfera.,
Uma superfície Cilíndrica torna-se , onde e são o comprimento e o raio do cilindro.
Uma superfície Regular torna-se , onde é a Área acima e abaixo da superfície infinita (você precisa de um fator de 2, como o campo vai acima e abaixo da superfície em 90 graus).,

So Gauss’ law for a sphere becomes

Which was introduces earlier as Coulombs Law, now you know where it came from., Lei de Gauss para uma linha infinita de carga é de apenas

Agora em algo novo foi introduzido, . Se você tem uma linha infinita de carga então a carga total sobre ela é infinita e não há maneira de saber quanto dessa carga infinita você teria dentro de sua superfície gaussiana., Que é onde vem em um valor de carga por unidade de comprimento, então se =4Cm e você tem 5 metros, em seguida, a carga é apenas a 20C. Que tudo é, apenas um valor de custo.

Para um infinito de superfície lei de gauss torna-se

uma Vez um novo símbolo foi adicionado, mas é como aquele antes., é somente a carga por unidade de área, por isso, se =5Cm e você tem uma 100m área a carga total é de 500.

Cobrado Anel

Permite dizer que você tem uma cobrado o anel e o que você precisa saber, o campo produzido a partir dele. Mais uma vez vamos empregar uma das ferramentas mais importantes da física, tornando as coisas mais fáceis. Em primeiro lugar, vamos apenas olhar para o campo ao longo do eixo do anel, caso contrário as coisas ficam muito complicadas e não vale a pena o esforço., Agora vamos pegar numa pequena parte do anel e dizer que é uma esfera. Isto não é realmente verdade, mas quanto menor fizermos a seção, mais podemos fazê-la parecer uma carga de ponto. Assim você terá algo como isto

Você deseja localizar o campo em um ponto ao longo do eixo do anel de carga total e o raio . A pequena seção quadrada no topo, essa é a parte que você assume ser uma esfera carregada., Agora nós não sabemos quanto é a carga nessa pequena seção, pois você pode torná-la Qualquer tamanho que você quiser, então nós apenas chamamos a carga , uma pequena quantidade de . Então agora temos

Agora, se você pensar sobre isso, cada bit do anel acima do eixo empurrando para baixo vai ter um igual pouco abaixo do eixo empurrando para cima. Também será o mesmo para a esquerda e para a direita e para todas as outras partes do anel., Então toda a força do anel só estará agindo ao longo do eixo. Para resolver apenas esta parte, precisamos de usar trigonometria. Nós precisamos dobrar o campo por para obter o componente axial.,

As you may or may not know can also be described (using SOH CAH TOA) by the following relationship for our situation

As is the adjacent side and is the hypotenuse., Então, agora temos

no Entanto, não podemos saber o que é. Sabemos que o raio do disco, , e a distância que estamos do disco, .,é

Agora queremos livrar-se de que então, nós integramos

Agora nós sabemos a partir do diagrama no início que a carga total do disco é então, se nós adicionamos todos os pedacinhos de total deve ser , de modo que a integral é apenas .,

Então, se você tiver, campo a partir de um acusado de disco. Tudo que você precisa é o campo de um ponto e algum conhecimento de trigonometria e você pode resolver isso. Podia ter-vos dado a solução final, mas desta forma podeis ver de onde veio e, se vos esquecerdes, podereis resolvê-la a partir dos primeiros princípios, como acima.,

Gauss ‘Law for Magnetism

this one is nice and easy but has some big implications. Lei de Gauss para o Magnetismo é

com a Sua ordinária, lei de gauss em que descreve um campo, este campo magnético, o . It says that the integral of B over a closed surface, is zero. Nada. Cada linha de campo que sai da superfície tem um equivalente que entra. Não há campo geral., Isto significa que é impossível obter fontes de campo magnético. Enquanto elétrons e prótons são origens do campo, a partir do qual as linhas de campo divergem ou convergem para, não há analógico magnético. As linhas de campo magnético estão sempre fechadas, sem início, sem fim. Isto não impediu as pessoas de se prepararem para o caso de encontrarmos um monopolo magnético.

esta equação pode parecer agradável, e é, mas é totalmente inútil por si só., Normalmente um resultado 0 em física é muito importante, significa que algo especial pode estar acontecendo, aqui ele mostra que monopoles magnéticos não existem.

Faradays Lei

Agora as coisas estão ficando mais complexas, aqui temos Faradays lei,

eu vou levá-lo através de cada bit para mostrar o que ele realmente significa. Primeiro temos o lado esquerdo, O que é fácil. É como a lei de Gauss, só que a integral é sobre uma coisa diferente., Em vez de encontrar o total campo através de uma superfície, , podemos agora localizar o total de campo em torno de um circuito fechado . É tudo o que é diferente com o lado esquerdo, sem mais superfícies, apenas laços fechados. Agora para o lado direito. Em primeiro lugar, temos um menos, a notar que é complicado. Por que será explicado mais tarde. A seguir temos outra integral, e esta parece horrível. O símbolo

basicamente significa uma pequena mudança., Portanto,é uma alteração noeé uma alteração no, ondeé o tempo. Todoé a taxa de mudança de, como muitoestá mudando () em um determinado período de tempo (). E isso está sendo integrado sobre uma área.,é a área dentro da malha fechada, se você desenhar algumas aleatório curvadas coisa certificando-se de que a linha não passa por si e que ele junta-se a si mesmo, em seguida, o comprimento em torno da linha é oe a área dentro da linha é o. Simples, sim? Assim, o totalem torno de um loop é apenas igual ao menos da variaçãoatravés do loop.

o Que acontece se não houver ?, Well there is no so is zero, which makes the integral 0, so no . O que acontece se você tiver uma constante ? Well again is 0. So is zero, which makes the integral 0, so again no . Você só pode induzir um campo

a partir de um campo variável.,

A importância de o sinal negativo vem do fato de que campos de criar campos e campos de criar campos (Como mostrado na Faraday e Ampère Leis). Se o menos não estivesse lá, então os campos continuariam construindo e construindo eventualmente dando energia infinita, e isso não é permitido!

Ampère-Maxwell Law

a última das equações de Maxwell é a lei Ampere-Maxwell., Assim como as duas primeiras leis eram semelhantes assim são as duas últimas, há um padrão para eles nesta ordem que pode torná-los mais fáceis de lembrar. mais de uma área, mais de uma área, cerca de um ciclo e agora, finalmente, cerca de um loop. A equação é

lado Esquerdo, fácil, integrante do B em torno de um ciclo fechado. Lado direito, não é assim tão fácil., Primeiro vamos ignorar o bit, vou voltar a isso. Além do id = “098237cea3” >, é muito semelhante à Lei Faradays. Você tem outro campo de mudança integrado sobre uma área, mas desta vez seu . Desta vez, porém, em vez de multiplicar por menos 1 Você está multiplicando por . Mais uma vez, estes são dois valores muito importantes na física, sozinhos e combinados. Eles estão no coração deles., Então seu campo magnético em torno de um loop é apenas igual ao campo e em mudança passando por ele vezes por , mas então você tem que adicionar em um pouco. This is the bit. Isto é apenas a corrente que roda os tempos do loop por , isto é porque, como se diz no movimento das Coisas, Se você tem uma carga em movimento, ou seja, uma corrente, então você tem um campo magnético. Então você tem que adicionar os dois bits juntos. Pronto, já está.,

Outra Forma de fundo

além de escrever as equações de Maxwell acima, no que é chamado de forma integral, você também pode escrevê-los na forma diferencial como

Outra Forma de fundo

Escrever as equações de Maxwell em uma das duas formas é realmente uma simplificação., Tanto a forma integral como a forma diferencial são equações vetoriais e economizam ter que escrever as 8 equações de Maxwell completas para os campos e em todas as três dimensões.,div id=”a2ea6619e6″>

Well iot turns out you can also compactify the four vector Maxwell equations into two tensor equations like so

Here is a vector with four components, sometimes called the 4-current, and is a 4×4 matrix called the electromagnetic tensor., Eles são definidos como

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, onde é a velocidade da luz. e apenas dizer-lhe onde o vetor ou matriz para olhar, mas confusamente para alguns começam em 0, então e (não confundir com a tag cubed). Same with , so and