|
|
Elektřina a magnetismus
Chronologicky seřazené významné objevy z oblasti elektřiny a magnetismu doplněné experimenty - to byla náplň na další zhruba dvě hodiny.
Snažil jsem se ukázat ty experimenty, které vedly k objevu nových zákonností, formulování nových hypotéz,
případně ty, které vyslovené hypotézy potvrdily:
- vzájemné elektrostatické působení těles - pomocí Van der Graaffova generátoru, plastovou tyčí třenou hadříkem, indikátoru náboje
- elektrostatickou indukci na živých objektech - velice jednoduše jsme přenášeli přes studenty třídy 03K Viktora Adlera a Vaška Matysku "modré" a "červené" náboje
- magnetické pole v okolí magnetů - pomocí magnetu a železných pilin lze zviditelnit magnetické pole (magnetické indukční čáry)
- Oerstedův pokus - vznik magnetického pole v okolí vodiče, kterým prochází elektrický proud
- elektromagnetickou indukci - inverzní jev k Oerstedovu poznatku objevil Faraday: změnou magnetického pole v cívce se v ní indukuje elektrické napětí a začíná procházet elektrický proud
- princip elektromotoru - ukázán elektromotor na světlo
- výboje v plynech - napětí k výbojovým trubicím bylo přivedeno pomocí Rumkorfova transformátoru, který transformuje napětí ze stejnosměrného zdroje napětí. Stejnosměrné napětí je ale přerušováno, takže na vstup transformátoru přichází časově proměnné napětí, které lze už transformovat.
Zároveň jsem se snažil zmínit i důležitá data ze života jednotlivých významných vědců, kteří se zasloužili o pokrok v dané oblasti fyziky.
Celé povídání o elektřině a magnetismu směřovalo k vyvrcholení v podobě Maxwellovy teorie elektromagnetismu, která je popsána čtyřmi vektorovými lineárními parciálními diferenciálními rovnicemi.
Tato soustava čtyř vektorových lineárních parciálních diferenciálních rovnic má tvar:
Krásné, ne? Otázkou jen zůstává, co znamenají všechny ty uvedené přívlastky! Tak tedy:
- vektorové
- jsou rovnice proto, že v nich vystupují vektorové fyzikální veličiny , , a
- diferenciální
- jsou rovnice proto, že v nich vystupují derivace uvedených fyzikálních veličin jak podle času (např. ), tak podle prostorové souřadnice (to je "schováno" v operátorech div - divergence a rot - rotace)
- parciální
- se vztahuje k derivaci; veličiny a jsou obecně závislé jak na čase, tak na prostorové souřadnici; proto se používá pouze částečná (parciální derivace) - např. částečná derivace podle času:
- lineární
- jsou rovnice proto, že derivace v nich vystupují pouze v lineárních členech (tj. v rovnicích není nikde derivace na druhou a na vyšší mocninu)
Jejich zápis středoškolákovi mnoho neřekne, nicméně fyzikální podstata by měla být jasná. Rovnice pouze vyjadřují všechny jevy, s nimiž se středoškolák setká, obecně: od Coulombova zákona, přes Ohmův zákon, Kirchhoffovy zákony, Faradayův zákon až k elektromagnetickým vlnám (ty které zprostředkovávají komunikaci např. mezi dvěma mobilními telefony). A to navíc v době, kdy se Maxwell teorií elektromagnetického pole zabýval, nebyly tyto vlny známy. Experimentálně je prokázal až patnáct let po publikování této teorie německý fyzik Heinrich Rudolf Hertz.
A co vlastně Maxwellovy rovnice říkají?
- - říká, že siločáry elektrického pole začínají a končí v tom místě prostoru, kde je soustředěn elektrický náboj, tedy že zdrojem elektrického pole je náboj
- - říká, že magnetické indukční čáry magnetického pole nikde nezačínají a nikde nekončí (jsou to křivky uzavřené). Jinými slovy: neexistují magnetické náboje a magnetické pole je tedy vždy vírové.
- - při časové změně magnetického pole je elektrické pole vírové (tj. siločáry jsou uzavřené) a podél vírů je možné naměřit napětí (skutečnost, že při změně magnetického pole lze naměřit napětí pak popisuje Faradayův zákon elektromagnetické indukce)
- - teče-li vodičem proud, vzniká kolem vodiče magnetické pole (tj. magnetické pole je vírové) - Oerstedův - Ampérův jev. Jinými slovy: změnou elektrického pole vzniká pole magnetické (tzv. Maxwellův posuvný proud).
V rovnicích představuje elektrickou indukci, magnetickou intenzitu, objemovou hustotu náboje a Maxwellův posuvný proud.
|
|
|
