Uživatel:Jakuba Škrdla/Úvahy/Elektřina a magnetismus
Propojení
[editovat]Elektřina a magnetismus jsou dvě vzájemně propojené duality se společným základem.Tím základem je Newtonův zákon všeobecné gravitace,podle kterého se počítá gravitační síla.Jenomže se podle tohoto zákona počítá i síla elektrická i magnetická.Pouze se tento zákon nazývá pak Coulombův.
Rychlost změny
[editovat]Síla je rychlost změny rychlosti určité hmoty.Pomocí ní talé Coulombův zákon určuje jednotku elektrického náboje:Dva elektrické náboje mají jednotkovou velikost,jestliže ve vzdálenosti 1 cm působí silou,která 1 g hmoty zrychlí za 1 sec o 1 cm/sec.Coulombův zákon zároveň umožňuje určit polaritu těch nábojů podle toho,jestli síla mezi nimi je odpudivá,pak mají stejnou polaritu nebo přitažlivá,pak mají náboje polaritu opačnou.
Podobný zákon platí i pro magnetismus.Vyjadřuje vzájemné působení mezi dvěma póly(někdy se magnetickým pólům říká také magnetické náboje nebo magnetické množství).Tyto póly obvykle najdeme na konci zmagnetované tyče.Magnetické póly bývají také dvojího druhu.Jeden z nich se nazývá severní a druhý jižní,podle toho,který z nich ukaztuje k severnímu pólu,je-li magnet volně zavěšen jako střelka kompasu.Stejně jako u elektřiny se dva stejnojmenné póly navzájem odpuzují,póly opačného znaménka se navzájem přitahují.Velokost těchto sil je opět stanovena Coulombovým zákonem.Póly zde nahrazují elektrické náboje.
Zopakujme:Zákon,který určuje,jakou silou se přitahují každá dvě tzělesa se nazývá Newtonovým zákonem všeobecné gravitace.Zákon,který určuje jakou silou na sebu působí dva elektrické náboje q,Q ve vzdálenosti r se nazývá Coulombovým zákonem.Mezi těmito zákony je ale jeden zásadní rozdíl a sice v konstantách.
Rozdíl konstant
[editovat]Protože podle velikosti síly se gravitačním zákonem neurčuje jednotka hmoty,tak gravitační konstanta g není rovna 1.Protože ale naopak Coulombovým zákonem podle velikosti síly určujeme jednotkový elektrický nábuj,tak konstanta alfa v Coulombivě zákoně je rovna jedné.
Jeden z nejstarších poznatků o elektřině je ten,že tření vyvolává shromažďování nábojů na tyčích a že takové náboje působí na sebe silami podobnými silám mezi dvěma hmotami.Třené tyče někdy přitahují i velmi lehké předměty.
Modernisace
[editovat]Do moderní podoby bychom mohli tento poznatek přenést takto:Nafouknutý dětský balonek bychom třeli nějakou vlněnou látkou a tan balonek by se nám potom přilepil ke stropu.
Odlišnosti
[editovat]Magnetismus se ale liší od elektřiny tím,že nikdy nemůžeme od sebe zcela severní a jižní pól oddělit.Nelze v kusu železa vytvořit severní pól,aniž se někde jinde ve stejném kuse nevytvoří pól jižní.Zlomíme-li zmagnetovaný pletací drát,tak každá polovina má v místě zlomu opět nový pól,takže každá polovina má opět severní a jižní pól téže velikosti.
Síly pole
[editovat]Až dosud jsme popisovali elektrické síly tak,že jsme se odvolávali na dva elektrická náboje,které na sebe působí touto silou.V praktických problémech nás zajímá síla působící na jeden náboj,přito nás nemusí nutně zajímat,zda tato síla je způsobena nějakým jiným nábojem v blízkosti nebo snad mnohem silnějším nábojem ve větší vzdálenosti nebo dokonce různým počtem nábojů někde v okolí.
Je tedy vhodné vyjádřit sílu působící na malý elektrický zkušební nábojjako qE,kde q je velikost tohoto zkušebního náboje,E pak tzv.intenzita(tj.síla)elektrického pole.E je vektor,protože musí udávat jak velikost tak směr síly.
Směr pole
[editovat]Je-li kromě takového zkušebního náboje pouze jeden další náboj,vyplývá z Coulombova zákona,že E=Q/r na druhou,kde Q je velikost toho druhého náboje a r je vzdálenost mezi náboji.Směr tohoto elektrického pole má přirozeně směr čáry spojující tyto dva náboje.
Máme-li mnoho nábojů,výsledné E vzniká složením(superpozicí)intenzity jednotlivých polí vyvolaných každým z nábojů.E ovšem bude záležet i na poloze zkušebního množství na něž pole působí.V jakékoliv soustavě zkušebních nábojú můžeme určit intenzitu elektrického pole v kterémkoliv bbodě jeho okolí ať již bude zkušební náboj v tomto bodě skutečně či nikoliv.
Definice E
[editovat]E je proto síla,která by působila na předmět s jednotkovým nábojem v nějakém místě pole,ať již by tam náboj byl či nikoliv.
Podobně mluvíme o intenzitě magnetického pole,kterou obvykle označujeme H.Magnetická síla na pólu s nábojem p se pak rovná pH.
Pole klidových nábojů
[editovat]Pokud se zabýváme elektrostatikou a magnetostatikou,,tj. poly elektrických nábojů a magnetickýchm pólů v klidu jsou síly působící na zkušební náboj konzervativní v následujícím smyslu:Přírůstek kinetické energie předmětu při pohybu jedním směrem se ruší úbytkem energie ve směru opačném.Síly,pro ktré toto tvrzení platí se nazývají konzervativní,protože pro ně platí zákon zachování energie.Jsou to zejména všechny síly,které závisí pouze na poloze předmětu a nikoliv na jeho rychlosti.Nekonzervativní síly mohou kinetickou energii předmětu zvětšovat i zmenšovat.Takovou silou je třeba tlak páry na píst v parním válci.
V poli to znamená,že přenášíme-li zkušební náboj z určitého bodu A do bodu B,síly pole vykonají určitou práci,která se na přenesení tohoto náboje zpotřebuje.Nepůsobí-li na něj žádné jiné síly,jeho kinetická energie se zvětší právě o toto množství práce.Vrátí-li se předmět do bodu A ať již stejnou nebo jinou cestou,práce vykonaná silami pole bude mít opačné znaménko a bude se rovnat práci vykonané na dráze z bodu A do bodu B.,takže výsledná práce z A pres B do A se bude rovnat nule.Nebo můžeme říci,že "síla nemá žádnou cirkulaci" ve výše uvedeném smyslu.