Faraday

- krążenie

Jezeli droga jest zamknieta to praca wykonana przez pole

elektryczne jest równa zeru. Pole elektryczne jest polem

zachowawczym

Sprawa jest delikatnej natury. Przypominam, ze w obwodzie

zamknietym pole elektryczne wytwarza sila zewnetrzna, która

nazwalismy sila elektromotoryczna.

- prawo ampera

Prawo Ampera stanowi co nastepuje

Czyli krazenie wektora indukcji magnetycznej B po krzywej

zamknietej C jest równe wartosci pradów przeplywajacych

przez ta krzywa przemnozonych przez stala przenikalnosci

magnetycznej u0 .

- prawo Faradaya

generacja

pradów przez pole magnetyczne. Tym razem Faraday odniósl

spektakularny sukces formulujac prawo indukcji

elektromagnetycznej (prawo Faradaya).

Zasadniczym odkryciem Faradaya bylo stwierdzenie faktu, ze

prad indukowany w zamknietym obwodzie jest

proporcjonalny do szybkosci zmian strumienia linii sil pola

magnetycznego przechodzacych przez powierzchnie rozpieta

na tym obwodzie.

- samoindukcja

W obwodzie zamknietym przez który plynie prad wytwarza sie pole

magnetyczne. Mozemy wyznaczyc strumien tego pola przez

powierzchnie rozpieta na tym obwodzie.

Z powyzszej dyskusji wynika jasno, ze gdy w obwodzie

zamknietym zmienia sie natezenie pradu, to indukuje sie

w nim dodatkowa sila elektromotoryczna. Zjawisko to

nazywamy zjawiskiem samoindukcji.

Dzis mówimy o regule Lenza, która mówi, ze

indukowana w obwodzie sila elektromotoryczna skierowana

jest tak, ze przeciwdziala zmianom zachodzacym w obwodzie.

- magnetyzm materii

Krazace w atomie elektrony mozemy traktowac jako malutkie

prady w zamknietych obwodach. Skoro tak, to prady te musza

indukowac pole magnetyczne, które z kazdego atomu czyni

maly magnes

- ferromagnetyk

Ferromagnetyki wzmacniaja zewnetrzne pole

magnetyczne sto i wiecej razy. Ponadto gdy umiescimy

w polu magnetycznym ferromagnetyk a nastepnie usuniemy

go z obszaru pola magnetycznego, ferromagnetyk zachowa

czesciowo swoje namagnesowanie. Taki namagnesowany

ferromagnetyk nazywamy magnesem stalym. Od strony

mikroskopowej zjawisko ferromagnetyzmu mozemy wyjasnic

w nastepujacy sposób. Ulozone w sieci krystalicznej atomy

lub czasteczki ferromagnetyka dzialaja na siebie poprzez

wlasne momenty magnetyczne. Teoria kwantowa wskazuje, ze

przy takich oddzialywaniach tworza sie obszary

uporzadkowania atomowych lub czasteczkowych momentów

magnetycznych. Obszary te nazywane sa domenami.

W nienamagnesowanym ferromagnetyku, domeny

zorientowane sa chaotycznie i krysztal jako calosc nie

generuje pola magnetycznego

Spadek pola

magnetycznego powoduje spadek namagnesowania ferromagnetyka,

ale z powodu defektów sieci krystalicznej pole nie spada do zera.

Ferromagnetyk pozostaje namagnesowany – mówimy tu

o pozostalosci magnetycznej lub remanencji. Aby rozmagnesowac

ferromagnetyk nalezy zmienic kierunek pola magnetycznego. Pole

przy którym wartosc namagnesowania spada do zera nazywamy

polem koercji.

Ferromagnetyki dzielimy na twarde, które maja duza wartosc

pozostalosci magnetycznej i miekkie, które maja niewielka

wartosc pozostalosci magnetycznej.

Namagnesowane krysztaly ferromagnetyka mozna

rozmagnesowac podgrzewajac je do pewnej temperatury.

Wartosc temperatury, przy której dany ferromagnetyk

przestaje utrzymywac swoje namagnesowanie nazywa sie

temperatura Curie. Wzrost temperatury zwiazany jest

doplywem do krysztalu energii cieplnej. Atomy krysztalu

uzyskuja dodatkowa energie kinetyczna, która pomaga im

w pokonaniu oporów wyniklych z domieszek w krysztale.

W efekcie powiekszone domeny sa w stanie zmniejszyc swój

rozmiar do sredniej. Kazdy ferromagnetyk podgrzany powyzej

temperatury Curie zachowuje sie jak paramagnetyk

- magnesy stałe

Magnesy trwale powstaja po namagnesowaniu twardego

ferromagnetyka. Po usunieciu zewnetrznego pola

magnetycznego ferromagnetyk z duza wartoscia pozostalosci

magnetycznej pozostaje silnie namagnesowany. Oczywiscie

pod warunkiem, ze trzymany jest w temperaturze nizszej od

temperatury Curie.

- obwody magnetyczne

Przykladem prostego obwodu magnetycznego sa dwa uzwojenia na

wspólnym ferromagnetycznym rdzeniu, czyli po prostu transformator.

Rdzen o duzej przenikalnosci magnetycznej jest dla linii pola

magnetycznego (czerwone linie) swoista autostrada. Mozemy

przyjac, ze praktycznie cale pole magnetyczne w tym obwodzie

zamyka sie wewnatrz rdzenia.

- fale elektromotoryczne

Okreslenie przez Maxwella ukladu równan opisujacych

elektrodynamike otworzylo nowa perspektywe w badaniach

nad zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi. Równania

Maxwella laczyly oddzialywania magnetyczne i elektryczne

w jeden fenomen nazywany polem elektromagnetycznym,

wykazujac, ze podzial na czesc elektryczna i magnetyczna jest

sztuczny, choc nieraz z praktycznego punktu widzenia

wygodny. Z nowych perspektyw skorzystal sam Maxwell

pokazujac, ze jednym z wniosków wyplywajacych

z okreslonego przez niego ukladu równan jest istnienie fal

elektromagnetycznych. Zajme sie teraz tym zagadnieniem.

- układ LC (cewka o indukcji L i kondensatora o poj C)

Obwód LC sklada sie z cewki o indukcyjnosci L i kondensatora

o pojemnosci C. Powiedzmy, ze w pewnej chwili kondensator jest

naladowany ladunkiem Q i zaczyna sie rozladowywac przez cewke L.

Zjawisko samoindukcji spowoduje, ze rosnacy prad cewki,

wygeneruje sile elektromotoryczna samoindukcji skierowana

przeciwnie do róznicy potencjalów na kondensatorze. Spowoduje to

spadek natezenia pradu kondensator. Ale spadek pradu kondensatora

spowoduje zmiane kierunku sily elektromotorycznej samoindukcji.

Teraz sila ta doladuje kondensator. W efekcie kondensator znów sie

naladuje tyle, ze jego okladki beda mialy przeciwne ladunki

w porównaniu z tym co bylo na poczatku cyklu rozladowania. Po

naladowaniu poplynie znów prad rozladowania, tyle ze w przeciwna

strone i wszystko zacznie sie od nowa. W ten sposób otrzymamy

obwód drgajacy. Rachunki przeprowadzone ponizej pokazuja, ze

w obwodzie LC mamy drgania harmoniczne ze wzgledu na napiecie

na kondensatorze lub ze wzgledu na prad w obwodzie.

- obwód RLC ( cewka o indukcji L, kondensator o pojemności C, opornik o oporze R)

Dodanie opornika powoduje, ze w obwodzie pojawiaja sie straty

mocy, co odpowiada przypadkowi oscylatora harmonicznego

tlumionego

Przypominam, ze w0 to czestosc drgan wlasnych ukladu, to

jest takich drgan, które mialby w ukladzie miejsce przy braku

sil oporu ruchu. Jak sie nalezalo spodziewac pojawienie sie

tlumienia powoduje zanik drgan. Prad dalej oscyluje

pomiedzy okladami kondensatora, ale jego natezenie spada

w czasie.

Mozemy sie spodziewac, ze zmienny prad elektryczny

wywoluje wokól obwodu zmienne pole magnetyczne, a to

z kolei indukuje zmienne pole elektryczne, które indukuje

zmienne pole magnetyczne i tak dalej. W efekcie obwód LC

mozna wykorzystac jako zródlo fali elektromagnetycznej

o czestosci w0 .

- diody w radiu

Dioda jest lampa prózniowa o dwóch elektrodach anodzie i katodzie.

Z podgrzanej katody uwalniaja sie wolne elektrony (zjawisko

termoemisji). Gdy do anody przylozone jest napiecie dodatnie, a do

katody ujemne, elektrony te sa odpychane przez katode i przyciagane

przez anode, w efekcie przez diode plynie prad. Gdy napiecie

przylozymy odwrotnie elektrony sa odpychane przez anode

i przyciagane przez katode. W efekcie elektrony zawracaja do katody

- prad przez diode nie plynie.

Wstawienie diody znacznie poprawia sytuacje w obwodzie

odbiorczym. Teraz prad, choc szybko zmienny, to plynie w jedna

strone. Urzadzenia moga reagowac na sredni przeplyw pradu w czasie

kolejnych impulsów.

- takie wazne

Jezeli czestosc drgan wlasnych obwodu drgajacego zgadza sie

z czestoscia przychodzacej fali radiowej, to kolejne drgania

wchodzace w sklad pojedynczego impulsu moga wpompowac

energie tego impulsu do obwodu. Jezeli nie ma dopasowania

czestosci, to impuls radiowy bedzie w obwodzie drgajacym

tlumiony. Prosty obwód rezonansowy pozwala nam wybrac

czestosc na której chcemy odbierac sygnaly. Ta sama sztuczka

pozwala na sterowanie czestoscia sygnalu nadawanego. Dzieki

temu obok siebie moga nadawac dwie rózne stacje, byle tylko

na innych czestosciach. Do konstrukcji radia brakuje nam

tylko wzmacniacza slabych sygnalów antenowych. Pierwsze

wzmacniacze powstaly na bazie triody, trójelektrodowej

lampy elektronowej. Ale to juz historia wychodzaca poza

zakres wykladu.