CURS Electricitate Si Magnetism

  • View
    135

  • Download
    34

Embed Size (px)

Text of CURS Electricitate Si Magnetism

  • prof.dr. Alexandru STANCU 1

    ElectricitateimagnetismProf.dr.AlexandruSTANCU

    alstancu@uaic.ro

    Istoria laboratorului deElectricitate iMagnetism

    TeodorStamati(1849) tefanMicle(1860) DragomirHurmuzescu(1896) tefanProcopiu(1925) VasileTutovan(1972) ConstantinPpuoi(1985)

    Prof. A. Stancu 2012

  • prof.dr. Alexandru STANCU 2

    Facultatea de Fizic

    Dragomir Hurmuzescu (1865-1954) n. 13 martie 1865, Bucureti 1881 Liceul Sf. Sava Bucureti 1884-1887 Universitatea Bucureti 1887 pleac la Paris 1890 examen de licen la Paris 1890-1896 teza de doctorat la Gabriel Lippmann 1894 inventeaz dielectrina (Edouard Branly) Firma Alvergnat-Chabaud comercializeaz

    echipamente Hurmuzescu (electrofor, electroscop)

    1900 La Paris din 1172 studeni strini, 168 studeni romni.

    Facultatea de Fizic

    Realizri tiinifice deosebite 1895 Roentgen descoper radiaia X 1896 Benoist & Hurmuzescu Becquerel i soii Curie au folosit

    aparatur Hurmuzescu

  • prof.dr. Alexandru STANCU 3

    Facultatea de Fizic

    Revenirea n ar 1896 revine n ar (la Universitatea din Iai) 1897-1900 director al Liceului Internat nfiineaz primul laborator de cercetare

    tiinific din Romnia laboratorul de electricitate i magnetism

    Facultatea de Fizic

    LaboratorulluiHurmuzesculaParis

  • prof.dr. Alexandru STANCU 4

    Facultatea de Fizic

    Dragomir Hurmuzescu (1865-1954) n 1922, sub conducerea sa, a nceput s

    funcioneze Societatea Romn de Radiodifuziune (Societatea de Difuziune Radiotelefonic din Romnia), care la 1 noiembrie 1928 difuza n eter prima emisiune cu anunul: Alo, alo, aici Radio Bucureti, urmat de discursul preedintelui Societii, Dragomir Hurmuzescu.

    Este promotorul principal al nfiinrii Politehnicilor din Iai i Bucureti

    d. 31 mai 1954, Bucureti

    Bibliografierecomandat1. Electricitateimagnetism,EdwardM.Purcell,Cursul

    defizicBERKELEY,vol.II,Ed.DidacticiPedagogic,Bucureti,1982.

    2. Oricealtcursdeelectricitateimagnetism3. Oriceculegeredeprobleme4. PaginawebaDepartamentuluideFizica

    http://stoner.phys.uaic.ro/moodle/

    Prof. A. Stancu 2012

  • prof.dr. Alexandru STANCU 5

    Bibliografie (electromagnetism)

    CursuldelaBerkeley(vol. II) Electricitateimagnetism E.M.Purcell

    LecturesonPhysics(vol.II) R.P.Feynman

    Electrodinamicamediilorcontinue L.D.LandauiE.M.Lifi

    Bazeleteorieielectricitii I.E.Tamm

    Prof. A. Stancu 2012

    Electrostatic:sarciniicmpuri Sarcinaelectric Conservareasarcinii LegealuiCoulomb Energiaunuisistemdepurttoridesarcini Cmpulelectric Distribuiidesarcin Flux LegealuiGauss Aplicaii

    Prof. A. Stancu 2012

  • prof.dr. Alexandru STANCU 6

    Sarcinaelectric

    Prof. A. Stancu 2012

    Observaii empirice (fora electric/fora magnetic)

    Thales din Milet n urm cu 2500 de ani (electrizarea corpurilor prin frecare) China antic n urm cu 5000 de ani (magneii naturali)

    Platon (n urm cu 2400 de ani)Piatra pe care Euripide a numit-o magnetic i care este numit n mod obinuit

    a lui Hercule (...) nu atrage numai inelele de fier; ea comunic inelelor o for care le d puterea ce-i aparine nsi pietrei, aceea de a atrage alte inele, astfel c se vede uneori un foarte lung lan de inele de fier care atrn unul de altul. i fora lor a tuturor depinde de aceast piatr.

    Dinobservaiiempirice... Existdoutipuridesarcinelectric(pozitivinegativ)

    Sarcinaseconserv Sarcinasecuantific

    Prof. A. Stancu 2012

    ntr-un sistem izolat, sarcina electric total, adic suma algebric a sarcinilor pozitive i negative, se conserv.

    Exemplu: foton electron + pozitron

  • prof.dr. Alexandru STANCU 7

    CuantificareasarciniielectriceExperienaluiMillikan

    RobertA.Millikan(NobelPrizeforPhysics1923)

    Prof. A. Stancu 2012

    ExperimentulluiMillikan

    Prof. A. Stancu 2012

    1.5924(17)1019 C 1.602176487(40)1019 C

  • prof.dr. Alexandru STANCU 8

    LegealuiCoulomb

    Prof. A. Stancu 2012

    Charles Augustin Coulomb Nscut la 14 iulie 1736, Frana 1785, interaciunea dintre mici sfere ncrcate electric

    (balana de torsiune) Prima lege cantitativ n domeniul electricitii

    Experimente

    Prof. A. Stancu 2012

  • prof.dr. Alexandru STANCU 9

    ForaCoulomb q Q F21 F12 R12

    1212 3

    12

    RF kqQR

    120

    0

    1 , 8.8544187818 10 /4

    k F m

    Prof. A. Stancu 2012

    n Sistemul Internaional[Q]SI=[I]SI[t]SI

    1 coulomb = 1 amper x 1 secund

    n starea de echilibru mecanic a sistemului din figur se poate determina fora care acioneaz asupra sarcinii q.

    Principiulsuperpoziiei

    (1)

    (2)

    (3)

    F1

    F2

    F3q

    F=F1+ F2 +F3 =qE

    Prof. A. Stancu 2012

    Sarcinile 1, 2 i 3 acioneaz asupra sarcinii de prob q prin rezultanta forelor cu care ar aciona fiecare din ele separat asupra acesteia.

  • prof.dr. Alexandru STANCU 10

    Potenialulelectric

    B

    A

    Q

    q0 F0 R

    Ra

    Rb

    ds

    dR

    B Bab 0 0 30A A1 R dsL F ds Qq4 R

    2 2 2 2

    R xi yj zk,

    ds dxi dyj dzk,

    R ds xdx ydy zdz,R x y z ,2RdR 2xdx 2ydy 2zdz

    R ds RdR Rdscos

    B

    0ab 0 2

    0 0 a bA

    1 dR Qq 1 1L Qq4 R 4 R R

    Prof. A. Stancu 2012

    Foraelectrostatic Forconservativ(lucrulmecanicefectuatdectreforaelectrostaticasuprauneisarcinipunctiformeladeplasareaacesteiantredoupunctenudepindedectdepoziiilecelordoupunctenuidedrumulparcursntreele)

    Prof. A. Stancu 2012

  • prof.dr. Alexandru STANCU 11

    DiferenadepotenialUab

    BB

    ab 0 0 0 0 ab2 20 0 0 a bA

    A

    1 dR Q dR Q 1 1L Qq q q q U4 R 4 R 4 R R

    Prof. A. Stancu 2012

    ab 0 ab

    b ab a

    L q Udac R , U V (potenialul electrostatic)

    a 0 a1 QV

    4 R

    Potenialul electric se determin n mod relativ nu n mod absolut

    ab 0 ab 0 a b 0 b a 0 abL q U q V V q V V q V

    PotenialulelectrostaticPotenialul electrostatic al sarcinii punctiforme ntr-un

    punct la distana R se definete ca fiind o mrime scalar, numeric egal cu lucrul efectuat de forele electrostatice pentru a deplasa sarcina unitar de la distana R pn la infinit.

    Potenialul definit n acest fel este numit potenial coulombian.

    La infinit potenialul coulombian este nul.

    Unitatea de msur a potenialului n SI este voltul.

    ab 0 ab 0 a bL q U q V V1 joule1 volt =

    1 coulomb

    Prof. A. Stancu 2012

  • prof.dr. Alexandru STANCU 12

    Intensitateacmpuluielectric

    Prof. A. Stancu 2012

    Q q0

    F0 R

    0

    0

    FEq

    30

    Q RE4 R

    Definiia generalCmpul creat de o sarcin electric punctiform

    Liniidecmpelectric

    Prof. A. Stancu 2012

    E

    dR x y z

    i j kE dR E E E 0

    dx dy dz

    x y z

    dx dy dzE E E

  • prof.dr. Alexandru STANCU 13

    Distribuiidesarcinelectric

    Prof. A. Stancu 2012

    P

    Q dvq

    Rqp

    Rq

    x

    z

    y O

    q v 0

    q dqlimv dv

    p q q

    0 qp

    1 1V dv4 R

    qpp q q3

    0 qp

    R1E dv4 R

    Relaiadintrecmpipotenial

    ab 0 ab 0 a b 0 b a 0 abL q U q V V q V V q V

    0 0V V VdL q dV q dx dy dzx y z

    x y zV V VE , E , Ex y z

    Prof. A. Stancu 2012

    0 0 x y zdL q E dR q E dx E dy E dz

    x y z

    E E i E j E k

    dR dxi dyj dzkV V VdV dx dy dzx y z

  • prof.dr. Alexandru STANCU 14

    Relaiadintrecmpipotenial

    x y z

    V V VE E i E j E k i j kx y z

    i j k V V gradVx y z

    Prof. A. Stancu 2012

    Gradientuluneifunciiscalare

    df grad f dR

    Prof. A. Stancu 2012

    dR dxi dyj dzk

    f f fdf dx dy dzx y z

    grad i j kx y z

  • prof.dr. Alexandru STANCU 15

    Suprafeeechipoteniale 0 0dL q E dR q dV

    Prof. A. Stancu 2012

    0V V const. dV = 0

    dV gradV dR 0E dR 0

    E dR gradV dR

    Liniile de cmp sunt perpendiculare pe suprafeele echipoteniale

    Suprafeeechipoteniale liniidecmp

    E

    dR

    grad V V2=const. < V1

    V1=const.'

    x y zV V VE E i E j E k i j k V gradVx y z

    0V V const. E dR 0

    Prof. A. Stancu 2012

  • prof.dr. Alexandru STANCU 16

    Cmpulsarciniipunctuale

    Prof. A. Stancu 2012

    Q Simetria problemei

    Cmpulsarciniipunctiforme

    Prof. A. Stancu 2012

    O

    x

    y

    z

    ij

    k

    uR

    u

    u

    r

    R

    x y z

    dx dy dzE E E

    x 30

    y 30

    z 30

    1 xE Q ,4 R

    1 yE Q ,4 R

    1 zE Q4 R

    dx dy dzx y z

  • prof.dr. Alexandru STANCU 17

    Coordonatesferice

    Prof. A. Stancu 2012

    p p p p

    p p p p

    p p p

    x R sin cosy R sin sinz R cos

    O

    x

    y

    z

    ij

    k

    uR

    u

    u

    r

    R

    00

    1 1V Q V4 R

    00 0

    1 1R R Q4 V

    Cmpulsarciniipunctiforme

    Prof. A. Stancu 2012

    1 1

    2 2

    ln x ln y C x K yln x lnz C x K z

    dx dy dzx y z

    Q

    x

    y

    z

    x=K2z

    x=K1y

    linia de cmp

    0 0 0x , y ,z0

    10

    xKy

    02

    0

    xKz

  • prof.dr. Alexandru STANCU 18

    Fluxulcmpuluielectric

    Prof. A. Stancu 2012

    3 3

    R Rd dS dSR R

    3

    0 0

    Q R QE dS dS4 R 4

    R

    dS

    d

    ()

    Q

    Relaiafluxliniidecmp

    Prof. A. Stancu 2012

    0

    Q4

    R

    dS

    d

    ()

    Q

    Fluxurile sunt egale prin cele dou suprafee

    Numrul de linii de cmp care strb