ELEKTOMAGNETYZM
Elektrostatyka
4 typy oddziaływań fundamentalnych:
- grawitacyjne  powszechne ciążenie (bardzo słabe)
- słabe  rozpady radioaktywne (krótki zasięg)
- elektromagnetyczne  wiązania chemiczne, tarcie, zderzenia
(dominujące w przyrodzie) �� najlepiej zrozumiałe i opisane
- silne  wiązanie protonów i neutronów w jądrze atomowym
(bardzo krótki zasięg)
Oddziaływanie Natężenie wzg.
Grawitacyjne 10-39
Słabe 10-5
Elektromagnetyczne 10-3
Silne 1
Prawa elektrodynamiki klasycznej ��
Franklin, Coulomb, AmpŁre, Faraday, Maxwell
Elektrodynamika - unifikacja teorii fizycznych:
" Elektryczność  szklane pręty, futro, baterie, prądy, elektroliza,
błyskawice
" Magnetyzm  magnesy sztabkowe, żelazne rdzenie, igły
kompasów, biegun północny
Elektryzowanie
przedmiotów
" Pocieranie bursztynu powoduje, że kawałki materii przyciągają się do
niego bez widocznej przyczyny
" Błyski i trzaski przy ubieraniu ocieraniu ubrań wykonanych z tworzyw
sztucznych
" Indukcja  rozdział ładunków w metalu
Zjawiska w otaczającej przyrodzie -
wyładowania atmosferyczne
�� Napięcie powstające
pomiędzy chmurami a ziemią
wynosi ok. 2 GV
�� Prąd przy wyładowaniu 20 kA
�� Energia wyładowania 5 MWh
A.K. Wróblewski  Wykłady z historii fizyki, UW
Historia rozwoju elektrodynamiki:
�� Oersted  1820  odchylenie igły kompasu pod wpływem
prądu elektrycznego
�� AmpŁre  hipoteza: wszystkie zjawiska magnetyczne
spowodowane są ruchem ładunków elektrycznych
�� Faraday  1831  okrycie: wytworzenie prądu elektrycznego przez
poruszający się magnez
�� Maxwell i Lorentz  ostateczna postać teorii elektromagnetyzmu
 nierozerwalny związek elektryczności i magnetyzmu
�� Faraday, Maxwell  elektromagnetyczny charakter światła -��
włączenie optyki do elektromagnetyzmu
�� Hertz  1888  doświadczalne potwierdzenie związku między
światłem i elektrycznością
�� ok. 1900  połączenie elektryczności, magnetyzmu i optyki w
zunifikowaną teorię
" Podstawowy problem teorii elektromagnetyzmu:
Oddziaływania między ładunkami znajdującymi się w
przestrzeni.
" Rozwiązanie klasyczne  teoria pola
Pole sił  przestrzeń, w której działają siły
y
ródło pola elektrycznego - ładunek elektryczny
A
ADUNEK ELEKTRYCZNY
�� Dwa rodzaje ładunku  dodatni i ujemny
- różnoimienne
- jednoimienne
�� Prawo zachowania ładunku
 globalnego
A
adunek we Wszechświecie jest stały
- lokalnego
W układzie izolowanym całkowity ładunek
elektryczne jest zachowany, tzn. suma ładunków
dodatnich i ujemnych jest stała.
Przykład: jonizacja atomu
�� równanie ciągłości
�� Kwantowanie ładunku 
A
adunek elektryczny występuje tylko w dyskretnych
porcjach  całkowitych wielokrotnościach ładunku
elementarnego
q = ne, gdzie n = ą�1, ą�2...
ładunek elementarny e = 1.602 x 10-19 C
A
adunek protonu: +e
elektronu: -e
neutronu: 0
W układzie jednostek podstawowych SI: 1 C= 1A � 1s
Rozkład ładunku:
- dyskretny
- ciągły: liniowy, powierzchniowy, objętościowy
ELEKTROSTATYKA
Charakterystyka oddziaływań między ładunkami punktowymi w próżni
Prawo Coulomba
2
(
)
przenikalność elektryczna próżni
Siła odpychania i przyciągania między dwoma ciałami naelektry-
zowanymi ładunkami Q i q zmienia się w sposób proporcjonalny do
odwrotności kwadratu odległości r między środkami tych ciał oraz
proporcjonalnie do iloczynu obu ładunków
1 Qq
F =�
4p� e�0 r2
Waga skręceń Coulomba, 1785 r. Muzeum Techniki Paryż
1  cylinder ze szkła, 2  skala (3600), 3  pokrywa szklana, 4  tuleja
szklana, 5 - mosiężna tarcza, 6  skala, 7  drut srebrny, 8 - wskaz
nik
5
pokazujący kąt na skali (6), 9  pozioma belka z kulka,
10  kulka ołowiana na pręcie.
A) kulki są ustawione tuż obok siebie;
8
7
B) kulka ołowiana jest wyjęta, elektryzowana i włożona do układu;
C) kulki odpychają się, następuje skręcenie belki i drutu o kąt a�,
6
4
D) pokrętłem (5) doprowadza się do powrotu kulki do pozycji w
10
punkcie  A ;
E) odczytuje się kąt b� na skali (6) jako miarę siły odpychania kulek.
1
3
9
1
2
Siły grawitacyjne i kulombowskie
- atom wodoru
oddziaływanie elektrostatyczne elektron  proton
FC / FN = 1/ (4p� e�0 G) �� e2 / mp me � 2��1039 !!!
G = 6.67�10-11 Nm2kg-2
Jak jest siła oddziaływania
między ładunkami q = 1 C
umieszczonych w odległości d =
1 km? Jakie masy będą
równoważyć taką siłę z tej samej
?
?
odległości?
Zasada superpozycji
Oddziaływanie między dwoma danymi ładunkami
jest niezależne od obecności innych ładunków
q1
F3
F = F1+F2+F3
F2
F3
q q2
F
F1
q3
F1
F2
NAT
ŻENIE POLA ELEKTRYCZNEGO
" Natężenie pola elektrycznego określa siłę
działającą na ładunek próbny podzieloną przez
ten ładunek
(analogia do pola grawitacyjnego)
Q>0 q>0
r
E
LINIE SIA
POLA ELEKTROSTATYCZNEGO
" A
adunki oddziałują pomiędzy sobą za pomocą pola.
" Linie sił pola  krzywe styczne do wektora siły
elektrostatycznej F działającej na ładunek próbny qo
oraz wektora natężenia E
q
F
q0
Pole jednorodne
Pole radialne
A
adunki różnoimienne
A
adunki jednoimienne
Natężenie pola wypadkowego od ładunków punktowych 
zasada superpozycji
Suma wektorowa natężeń pól wytworzonych
przez każdy z ładunków
r�
n
r� r�
E1
r�
E =�
��E
i
E
i=�1
r�
r�
P
E3
E2
r�
r�
r�
r�
qi (ri )
q2(r2)
q1(r1)
P(r0)