Krótki przewodnik po fizyce

Wzory z głównych działów

Indukcja Elektromagnetyczna

zjawisko generacji prądu elektrycznego w zamkniętym obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się strumień magnetyczny przez niego przechodzący

1. Działanie Pola Magnetycznego na Ładunki i Przewodniki

Siła Lorentza:

Wzór na siłę Lorentza: F = q·E + q·v×B — siła działająca na naładowaną cząstkę w polu elektrycznym i magnetycznym

F L > = q · v · B · sin ( α )
Wyjaśnienie

Siła działa na ładunek q poruszający się z prędkością v w polu magnetycznym B, pod kątem α do kierunku pola. Maksymalna dla α = 90°, brak dla α = 0°.

Siła Ampera:

Wzór na siłę Ampera: FA = I·l·B·sin(α) — siła działająca na przewodnik z prądem w polu magnetycznym, zależy od prądu, długości przewodnika, indukcji magnetycznej i kąta między nimi

F A > = I · l · B · sin ( α )
Komentarz

Siła działająca na przewodnik o długości l z prądem I, umieszczony w polu B pod kątem α. Kierunek określa reguła lewej dłoni.

Moment Magnetyczny Pętli:

Wzór na moment magnetyczny pętli: M = I·S·B·sin(α) — moment działający na pętlę z prądem w polu magnetycznym, zależy od prądu, powierzchni pętli, indukcji magnetycznej i kąta między normalną a polem

M = I · S · B · sin ( α )
Komentarz

Moment działający na pętlę o powierzchni S z prądem I w polu magnetycznym B. Zapewnia obrót pętli i jest fundamentalny dla działania silników elektrycznych.

2. Charakterystyki Pola Magnetycznego

Strumień Magnetyczny:

Wzór na strumień magnetyczny: Φ = B·S·cos(α) — iloczyn indukcji magnetycznej, powierzchni i cosinusa kąta między kierunkiem pola a normalną do powierzchni

Φ=B·S·cos(α)
Wyjaśnienie

Strumień magnetyczny Φ to liczba linii indukcji magnetycznej przechodzących przez powierzchnię S pod kątem α. Im większe pole i powierzchnia, tym wyższy strumień. Maksymalny dla α = 0°.

Natężenie Pola Magnetycznego:

Wzór na natężenie pola magnetycznego: H = I / (2·π·r) — zależy od natężenia prądu i odległości do przewodnika

H=I2πr
Komentarz

Natężenie H zależy od prądu I i odległości r od przewodnika. Im bliżej przewodnika, tym silniejsze pole. Kierunek według reguły prawej dłoni (reguła śruby).

3. Indukcja i Samoindukcja

Indukowana SEM (Prawo Faradaya):

Wzór na indukowaną SEM: εF = –N·ΔΦ/Δt — siła elektromotoryczna jest proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez pętlę

εF=N·ΔΦΔt
Wyjaśnienie

SEM powstaje w wyniku zmiany strumienia magnetycznego przez pętlę. N — liczba zwojów, ΔΦ — zmiana strumienia, Δt — przedział czasu. Znak minus odzwierciedla przeciwstawienie (prawo Lenza).

SEM Samoindukcji:

Wzór na SEM samoindukcji: ε = –L·ΔI/Δt — siła elektromotoryczna powstająca w wyniku zmiany prądu w obwodzie, proporcjonalna do indukcyjności i szybkości zmiany prądu

ε=L·ΔIΔt
Komentarz

SEM powstaje w wyniku zmiany prądu w obwodzie o indukcyjności L. ΔI — zmiana natężenia prądu, Δt — przedział czasu. Samoindukcja to zjawisko generacji SEM w samym obwodzie.

4. Energia Pola Magnetycznego

Energia poprzez Prąd:

Wzór na energię pola magnetycznego cewki: WM = (L·I²)/2 — energia zmagazynowana w cewce o indukcyjności, gdy płynie prąd

W M > = L I 2 > 2
Wyjaśnienie

Energia gromadzi się w cewce o indukcyjności L, gdy płynie prąd I. Proporcjonalna do kwadratu prądu — podobnie jak energia kinetyczna w mechanice.

Energia poprzez Strumień Magnetyczny i Natężenie Prądu:

Wzór na energię pola magnetycznego: WM = Φ·I / 2 — energia zmagazynowana w cewce, wyrażona poprzez strumień magnetyczny i natężenie prądu

W M > = Φ I 2
Komentarz

Wzór stosuje się, gdy znane są strumień magnetyczny Φ i prąd I. Zapewnia równoważną energię pola poprzez parametry obwodu.

Energia poprzez Strumień Magnetyczny i Indukcyjność:

Wzór na energię pola magnetycznego: WM = Φ² / (2·L) — energia zmagazynowana w cewce, wyrażona poprzez kwadrat strumienia magnetycznego i indukcyjność

W M > = Φ 2 > 2 L
Wyjaśnienie

Przydatne do obliczeń, gdy znane są strumień pola i indukcyjność. Stosowane w teorii drgań i obwodach rezonansowych.