Natężenie pola elektrycznego jest to wielkość opisująca pole elektryczne (i niekiedy samo jest nazywane krótko polem elektrycznym). E jest wielkością wektorową zdefiniowaną w danym punkcie pola jako stosunek siły F wywieranej przez pole na ładunek próbny q  umieszczony w tym punkcie do wartości tegoż ładunku q:

Potencjał pola elektrycznego V jest wielkością skalarną , zdefiniowane w każdym punkcie pola elektrycznego jako stosunek energii potencjalnej E_p ładunku próbnego q umieszczonego w tym punkcie, do wartości tegoż ładunku q: $V = \frac{E_{p}}{q}$

Potencjałem elektrycznym  dowolnego punktu P, pola nazywa się stosunek pracy W wykonanej przez siłę elektryczną przy przenoszeniu ładunku q z tego punktu do nieskończoności, do wartości tego ładunku:

.

Jednostką potencjału jest 1 V (wolt) równy 1 J / 1 C 

Pojemność kondensatora nazywamy stosunek ładunku kondensatora do napięcia występującego
pomiędzy jego okładzinami $C = \frac{Q}{U}$
Zasada Fermata: Promień świetlny poruszający się (w dowolnym ośrodku) od punktu A do punktu B przebywa zawsze lokalnie minimalną drogę optyczną, czyli taką, na której przebycie potrzeba czasu najkrótszego.

Prawo odbicia światła: Kąt odbicia jest równy kątowi padania. Promień padający, promień odbity i prosta prostopadła do powierzchni odbijającej (normalna) leżą w jednej płaszczyżnie.

Prawo załamania światła/prawo Snella/prawo Snelliusa: Promień załamany leży w tej samej płaszczyźnie co promień padający i normalna. Stosunek sin kąta padania do sin kąta załamania jest dla danych ośrodków wielkością stałą i nazywany względnym współczynnikiem załamania światła. $\frac{\text{sinα}}{\text{sinβ}} = n_{2/1} = \frac{v_{1}}{v_{2}}$

Prawo Gaussa i prawo Coulomba, chociaż mają rózne postaci, są równoważnymi sposobami opisu związku między ładunkiem i natężeniem pola elektrycznego w sytuacjach statycznych. Prawo Gaussa: Strumień Φ natężenia pola elektrycznego , przenikający przez zamkniętą powierzchnię S, ograniczającą obszar o objętości  V, jest proporcjonalny doładunku elektrycznego  Q  zawartego w tym obszarze (objętości): Strumień Φ natężenia pola elektrycznego , przenikający przez zamkniętą powierzchnię dowolnego kształtu jest wprost proporcjonalny do całkowitego ładunku Q ograniczonego tą powierzchnią.

Strumień natężenia pola elektrostatycznego przenikający powierzchnię S jest to iloczyn skalarny wektora natężenia pola E i wektora powierzchni φ = E  S = E • S • cosα

Prawo Coulomba określa wartość siły elektrostatycznej działającej między dwoma ładunkami. W podstawowej formie są to tzw. ładunki punktowe, jednak prawo można też zastosować w odniesieniu do równomiernie naładowanych kul.

Prawo Ampère'a prawo wiążące indukcję magnetycznąwokół przewodnika z prądem znatężeniem prądu elektrycznego przepływającego w tym przewodniku. W fizycejest to magnetycznyodpowiednik prawa Gaussa i należy do praw fizycznych wynikających z matematycznego twierdzenia Stokesa.

W wersji rozszerzonej przez J.C. Maxwella prawo to opisuje powstawanie pola magnetycznego w wyniku ruchu ładunku lub zmiany natężenia pola elektrycznego

Wzór Biota - Savarta umożliwia obliczenie indukcji magnetycznej gdy znane jest natężenie prądu, który jest źródłem pola magnetycznego (punkty tego pola są scharakteryzowane przez wektor indukcji, a wartość tego wektora określa wzór Biota - Savarta).

Wszystkie przyczynki do wektora indukcji pochodzące od elementów przewodnika mają w danym punkcie taki sam kierunek, który jest prostopadły do płaszczyzny w której leży przewodnik i analizowany punkt. Dlatego pole magnetyczne ma kształtokręgów leżących w płaszczyźnie prostopadłej do przewodnika, środkami których jest przewodnik, a indukcję magnetyczną w próżni określa wzór:

Przewodnik z prądem  Przyczynek  do pola indukcji magnetycznej w danym punkcie A od elementu długości  przewodnika z prądem o natężeniu I.

Dyfrakcja (ugięcie fali) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych zdługością fali.

Dyfrakcja używana jest do badania fal oraz obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i kryształów, ogranicza jednak zdolność rozdzielczą układów optycznych.

Jeżeli wiązka fal przechodzi przez szczelinę lub omija obiekt, to zachodzi zjawiskougięcia. Zgodnie z zasadą Huygensa fala rozchodzi się w ten sposób, że każdy punkt fali staje się nowym źródłem fali kulistej. Za przeszkodą fale nakładają się na siebie zgodnie z zasadą superpozycji. Przy spełnieniu pewnych warunków za przeszkodą pojawiają się obszary wzmocnienia i osłabienia rozchodzących się fal (interferencja).

Zjawisko dyfrakcji występuje dla wszystkich rodzajów fal np. fal elektromagnetycznych, fal dźwiękowych oraz fal materii.

Jeden z najprostszych przykładów zjawiska dyfrakcji zachodzi, gdy równoległa wiązkaświatła (np zlasera) przechodzi przez wąską pojedynczą szczelinę zwanąszczeliną dyfrakcyjną. Zgodnie z zasadą Huygensa każdy punkt szczeliny o szerokości d, jest nowym źródłem fali. Między źródłami zachodzi interferencja, co powoduje wzmacnianie i osłabianie światła rozchodzącego się w różnych kierunkach. Dla pojedynczej szczeliny jasność w funkcji kąta odchylenia od osi przyjmuje postać:

,

Załamanie w fizyce to zmiana kierunku rozchodzenia się fali(refrakcja fali) związana ze zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka. Inna prędkość powoduje zmianędługości fali, a częstotliwośćpozostaje stała.

Zgodnie ze schematem promień P pochodzący z Ośrodka A wpunkcie S załamuje się na granicy ośrodków i podąża jako promień Z w Ośrodku B. Kąt padania oraz kąt załamania określa się między odpowiednim promieniem, a prostopadłą do granicy ośrodków w punkcie padania S, można oznaczyć kąt padania θ_P oraz kąt załamaniaθ_Z. Sinusy tych kątów wiąże następująca zależność:

,

Interferencja 
Innym zjawiskiem zdradzającym falową naturę światła jest interferencja, będąca zjawiskiem charakterystycznym dla każdego ruchu falowego. Polega ona na nakładaniu się fal pochodzących z różnych źródeł. Aby powstał stabilny i możliwy do zaobserwowania obraz interferencyjny, to światło pochodzące z tych źródeł musi być spójne. Takie warunki można uzyskać, kierując światło pochodzące z jednego źródła na dwie szczeliny, z których każda będzie stanowiła odrębne źródło światła spójnego. Na skutek interferencji powstają naprzemiennie obszary wzmocnień i wygaszeń fal składowych. Przy czym wzmocnienie fali nastąpi w tych punktach, dla których różnica dróg optycznych dla obu fal delta r = d sinα  będzie równa całkowitej wielokrotności długości fali:

Wygaszenie fali nastąpi w tych punktach, dla których delta r = d sinα będzie nieparzystą wielokrotnością połówek długości fali:

Prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya to prawo oparte na doświadczeniach Faradaya z 1831 roku. Z doświadczeń tych Faraday wywnioskował, że w zamkniętym obwodzie znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym, pojawia się siła elektromotoryczna indukcji równa prędkości zmianstrumienia indukcji pola magnetycznego przechodzącego przez powierzchnię rozpiętą na tym obwodzie. Prawo to można wyrazić wzorem

Źródło siły elektromotorycznej przenosi ładunek elektryczny wbrew siłom pola elektrycznego. Siły przenoszące ładunek są nazywane siłami postronnymi. Siły postronne przenosząc ładunek wykonują pracę nad ładunkiem.

Siła elektromotoryczna źródła jest zdefiniowana jako iloraz pracy wykonanej przez źródło do wartości przenoszonego ładunku.

równania maxwella 

1. prawo Faradaya

Zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne

1. prawo Ampère'a rozszerzone
   przez Maxwella

Przepływający prąd oraz zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne

1. prawo Gaussa dla elektryczności

Źródłem pola elektrycznego są ładunki.

1. prawo Gaussa dla magnetyzmu

Pole magnetyczne jest bezźródłowe, linie pola magnetycznego są zamknięte.

Ciało doskonale czarne - ciało, które całkowicie pochłania promieniowanie padające niezależnie od temperatury i długości fali A(λ,T)=1,0

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na wyrzucaniu elektronów z powierzchni ciała stałego pod wpływem padającego promieniowania. Zjawisko to zachodzi najskuteczniej, gdy promieniowanie ma niewielką długość fali (ultrafiolet) a ciało jest metalem.

Wyjaśnienie własności zjawiska fotoelektrycznego jest możliwe na podstawie teorii kwantowej światła. Zgodnie z tą teorią energia fotonu padającego na powierzchnię metalu zostaje pochłonięta przez elektron. Część tej energii zostaje zużyta na oderwanie się elektronu od powierzchni metalu - jest to tzw. Praca wyjścia W, pozostałą zaś część energii fotonu elektron zachowuje w postaci energii kinetycznej.

Z zasady zachowania energii wynika:

Jest to równie energii dla zjawiska fotoelektrycznego.

Częstotliwości progowej v_o odpowiada E_kmax =0 zatem

Wynika z tego że foton o częstotliwości progowej ma dokładnie tyle energii ile potrzeba na wybicie elektronu z powierzchni metalu.

Zjawisko fotoelektryczne potwierdza kwantową teorię światła. Za odkrycie tego zjawiska w 1911 roku Einstein dostał nagrodę Nobla.

Prawa zewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego

1.Max prędkość początkowa zależy od częstotliwości, a nie natężenia V_max0=f(ν) V_max0≠f(J)

2.Każda substancja ma czerwona granicę zjawiska fotoelektrycznego. Def.Najmniejszą częstotliwość światła, przy której możliwe jest występowanie zewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego.

3.Liczba fotoelektronów wybijanych z katody a jednostce czasu jest wprost proporcjonalna do natężenia światła I_u≈I_f

4.Zjawisko fotoelektryczne nie ma efektu bezwładności E_f=hν w wyniku absorpcji fotonu przez katodę jego całkowita energia jest przekazywana elektronowi. Jeżeli hν>W₀ to elektron jest wybijany z powierzchni metalu.

wg.teoriiEinsteina

Uo- napięcie hamowania

Z oświetlonej przez okienko katody emitowane są elektrony. 2.Pole pomiędzy katodą a anodą powoduje przepływ tych elektronów(mierzony w μA) 3.Elektrony te zbierane są przez anodę.

Dualizm światła, masa i pęd fotonu

Zjawiska dyfrakcji i interferencji potwierdzają światła są dowodem jego falowej natury, natomiast zjawisko fotoelektryczne jest dowodem jego natury kwantowej. Światło ma naturę złożoną która w niektórych przypadkach ujawnia się jako fala, w innych zaś jako cząstki.

Energia fotonu wyraża się wzorem:

Masę fotonu w ruchu określa zasada równoważności masy i energii;

Pęd fotonu wyrażamy wzorem:

Z poniższego wzoru wynika ze z prędkością v=c może się poruszać jedynie ciało o zerowej masie spoczynkowej.

1 elektronowolt jest pracą wykonaną przez pole elektryczne o napięciu 1 wolta przy przejściu przez to pole elektronu.

Foton oprócz energii E_f= hν ma masę i pęd. Masa fotonu m_fc²=E E=hν m_f=hν/c²

m_0f=0- masa spoczynkowa fotonu=0 (cząstka nie spoczywa) ponieważ:

m₀=0 więc 1-V²/c²=0 V²/c²=1→V=c

Pęd fotonu p=mv p_f=m_fV_f V=c

p_f=m_fc

c=λν

liczba falowa

Kolejny dowód ze kwanty można traktować jak korpuskuły.

Przy zderzeniu obowiązuja prawa:

1.Zasada zachowania pedu

2.zasada zachowania energii

Efekt Comptona

Dane powyższe wykazują, że w promieniowaniu rozproszonym prócz promieni o niezmienionej długości fali pojawia się składowa o zwiększonej długości fali

Zjawisko to polega na sprężystym zderzeniu fotonu z elektronem, w wyniku czego elektron zostaje wybity, a foton rozproszony.

Spin jest to własny moment pędu (moment) danej cząstki w układzie w którym cząstka spoczywa. Własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej cząstki. Każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla siebie spin.

Na przewodnik, w którym płynie prąd elektryczny działa siła elektrodynamiczna F=BxIl B-wektor indukcji magnetycznej

W przypadku prostokątnego obwodu z prądem (tzw. ramki) w polu magnetycznym całkowita siła działająca na ramę jest równa zeru. Ponieważ:

F₁₂=F₃₄=0 bo B jest ┴ do I

F₂₃=BIa

F41= - BIa

Moment siły działa na ramkę powodując jej obrót i jest równy M=BxaBI

Moment magnetyczny(M_m=IS [Am²] jest własnością danego ciała opisującą pole magnetyczne wytwarzane przez to ciało a tym samym i jego oddziaływanie z polem magnetycznym. Jest to wektor, który po pomnożeniu wektorowo przez wektor indukcji magnetycznej pola, w którym znajduje się obwód, jest równy momentowi sił działających na ten obwód. M= M_mxB

Dipol elektryczny - układ dwóch różnoimiennych ładunków elektrycznych q, umieszczonych w pewnej stałej odległości l od siebie. Dipol elektryczny charakteryzuje wielkość wektorowa zwana dipolowym momentem elektrycznym oznaczanym przez p=ql

Przyjęto umownie, że linie pola mają zwrot siły działającej na ładunek dodatni umieszczony w tym polu.

Dipol magnetyczny -dipolem magnetycznym nazywamy układ dwóch biegunów magnetycznych, jednakowych co do wartości, ale przeciwnych znaków, znajdujących się w odległości l. Dipol magnetyczny charakteryzuje wielkość zwaną dipolowym momentem magnetycznym oznaczany przez p^m. Przykładem dipola magnetycznego może być magnes trwały lub ramka z prądem elektrycznym.

Przyjęto umownie, że linie pola mają zwrot siły działającej na biegun północny, umieszczony w tym polu. Linie pola są zawsze krzywymi zamkniętymi.

Linie sił wokół prostego przewodnika z prądem maja kształt koncentrycznych kół, obejmujących przewodnik.

Ich zwrot jest zgodny z kierunkiem obrotu śruby prawoskrętnej, wkręcanej w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu prądu.

Siłową charakterystykę pola magnetycznego stanowi wektor indukcji magnetycznej B.