AZ E L E K T R O M O S É S M Á G N E S E S M E Zİ (ismétlés). Az elektromos mezı A töltött testet elektromos mezı veszi körül (/7). Térerısség (/7): E F/Q [V/m] Szemléltetés erıvonalakkal: sőrőség, irány (/75) + Az elektromos mezı energiája (/88): W e ε E V, energiasőrősége: ahol ε 8,85 - C /Nm (/87) ε e E. Egyenáram Áram: a töltések mozgása (/97). Áramerısség: I Q/t 3. A mágneses mezı [A] Az áramjárta vezetıt mágneses mezı veszi körül (/39). Mágneses indukció (/4): B M/(N I A) [ T Vs/m ] Szemléltetés indukcióvonalakkal: sőrőség, irány (/43) A mágneses mezı energiája (/7 + füzet): W m µ B V, energiasőrősége: ahol µ,56-7 Vs/Am (/46) m B µ I Juhász Tibor: Az elektromágneses mezı EM /8
4. A nyugalmi indukció (Faraday) A változó mágneses mezıt elektromos mezı veszi körül (/65) Indukált feszültség! Az elektromos erıvonalak a mágneses indukcióvonalakat ( B-t) veszik körül! Lenz-törvény: az indukció gátolja az ıt létrehozó hatást (/66) 5. Rezgıkör (/57 58) Kísérlet: feltöltött kondenzátor + tekercs elektromágneses rezgés Az elektromos és mágneses mezı energiája folyamatosan egymásba alakul át! A maximális értékek megegyeznek, ebbıl levezethetı a Thomson-képlet: a rezgıkör frekvenciája (/59) ν π L C Példa a Thomson-képletre. Juhász Tibor: Az elektromágneses mezı EM /8
AZ E L E K T R O M Á G N E S E S M E Zİ (/6 ). Az eltolódási áram Faraday (83): változó mágnes mezı elektromos mezı Maxwell (~86): változó elektromos mezı mágneses mezı A változó elektromos mezıt mágneses mezı veszi körül, a változó mágneses mezıt elektromos mezı veszi körül: ELEKTROMÁGNESES MEZİ. Elektromágneses hullámok változó I változó B változó E változó B változó E Kísérleti igazolás: Hertz, 888. (Maxwell 879-ben meghalt.) Elektromágneses hullámok keltése: nyitott rezgıkörrel (/6) Elektromágneses hullám: terjedı elektromos és mágneses (elektromágneses) mezı Az elektromos térerısség és a mágneses indukció egymásra és a terjedés irányára merıleges transzverzális (/6). 3. Az elektromágneses hullámok tulajdonságai (/6) Kísérlet: egyenesvonalú terjedés polarizáció visszaverıdés interferencia törés állóhullám Juhász Tibor: Az elektromágneses mezı EM 3/8
4. Az elektromágneses hullámok terjedési sebessége levezethetı ( ): v µ ε Maxwell: a fény is elektromágneses hullám! Periodikusan változó és terjedı elektromágneses mezı! A továbbiakban: v c 5. Az elektromágneses hullámok energiája Az elektromágneses mezı energiájának felét az elektromos, felét a mágneses mezı hordozza (levezethetı ): Energiasőrőség: Jegyezzük meg: W V elektromos mágneses ε E + µ ε E B ε E µ E, B ε B µ ε E c µ B µ B Juhász Tibor: Az elektromágneses mezı EM 4/8
6. A napfény energiasőrősége Mennyi m 3 napfény energiája? vödör ( kg) víz óra alatt merıleges beesés esetén (~egyenlítı) kb. 5 ºC-kal melegszik fel. W Q c m T 4 5 63 J W / t P 63 J/h 75 W (J/s) A 4 cm átmérıjő vödör felszíne: A r π,56 m m -re másodperc alatt: W / t / A 393 J/s/m (napállandó) Térfogat: V A c t m 3 8 m/s s 3 8 m 3 W 393 J / 3 8 4,64-6 J m 3 napfényben 4,64-6 J energia van. Mennyi a napfény energiasőrősége? 4,64-6 J/m 3 Mekkora a napfényben az E és a B? E ε 4,64 8,85 6 74 V m W A c t B µ,56 7 4,64 6,4 6 T Juhász Tibor: Az elektromágneses mezı EM 5/8
7. Az elektromágneses hullámok lendülete (röviden) Lendület: I m v, Mivel I mv és W lendületsőrőség: mv, így I g. V W I v A napfény nyomása üstököscsóva iránya g c 8. Az elektromágneses mezı tömege Einstein, 95 V térfogatban van I g V lendület. De I m v m c g V V c W Így m c V W m c c c Az elektromágneses mezı is anyag! Van tömege sebessége energiája lendülete E m c Einstein: az atomos szerkezető anyagra is vonatkozik a képlet. tömeg energia ekvivalencia Juhász Tibor: Az elektromágneses mezı EM 6/8
9. Mekkora egy diák energiája? E m c 5 kg E 4 5 J 8 8 ( 3 m/s) 4,5 J 4 és fél trillió J Magyarország éves villamosenergia-igénye: 9,8 TWh 9,8 J/s 36 s 7, 6 J Mennyi ideig biztosítaná ezt egy diák feláldozása? 4,5 8 / 7, 6 63 év!!! Mekkora tömegő test tartalmaz annyi energiát, amennyi a hirosimai atombomba robbanásakor szabadult fel? Energiája: 5 kilotonna kg TNT felrobbanása: E 4, 6 J (6 kg urán, de a robbanásban ténylegesen csak,6 g!) A maghasadásnál az energiának csak egy kis része szabadul fel (lásd: magfúzió). Juhász Tibor: Az elektromágneses mezı EM 7/8
. A Nap energiája Mennyi energiát bocsát ki egy másodperc alatt a Nap? A Föld felszínén másodperc alatt: E 393 J (lásd: vödör) A Nap Föld távolságával egyenlı sugarú gömb minden egyes m -én ennyi energia áramlik át másodperc alatt. r Nap-Föld 49,6 millió km 49,6 6 3 m 49,6 9 m A Nap teljes energiatermelése tehát másodpercenként: E 4r π 393 J 3,9 6 J Mennyivel csökken a Nap tömege egy másodperc alatt? m E / c 3,9 6 / 9 6 4,3 9 kg 4 millió tonna!!! Mennyi ideig ég el a Nap? A Nap tömege: M 3 kg (lásd 9/. oszt., grav. törvény) t M / m 3 / 4,3 9 4,65 másodperc 4,65 s 4,65 / 36 / 4 /365,5 3 év!!! A Világegyetem kora: ~ év Holnap is kell iskolába jönni! Mi biztosítja a Nap energiáját? Például szén. Égéshı: 3 MJ/kg 3 7 J/kg másodperc alatt: 3,9 6 J / 3 7 J/kg,3 9 kg szén A Nap teljes tömege: 3 /,3 9,5 másodperc alatt elég.,5 s,5 / 36 / 4 / 365 4756 év!!! A XIX. században komoly aggodalmak! (Lásd Madách: Az ember tragédiája) Összeállította: Juhász Tibor Juhász Tibor: Az elektromágneses mezı EM 8/8