Obwody elektryczne

Opis

Zjawiska związane z obecnością ładunków elektrycznych oraz ich ruchem rozpatrywane mogą być w kontekście towarzyszących im pól magnetycznych i elektrycznych oraz łączących je zależności. Pytanie, od którego zatem będziemy chcieli rozpocząć nasze warsztaty, dotyczy tego, jak z opisu wykorzystującego równania Maxwella dotrzeć do znacznie prostszych w swej postaci równań i praw stosowanych w analizie obwodów elektrycznych oraz jakie z tego przejścia wynikają ograniczenia. Podążając tą ścieżką, dotrzemy do prawa Ohma oraz praw Kirchhoffa, a także omówimy modele podstawowych elementów obwodów: źródła, rezystora, kondensatora oraz cewki indukcyjnej. W przypadku elementów biernych różne ich połączenia będziemy mogli własnymi rączkami zbudować i zmierzyć wielkości charakteryzujące te konfiguracje.

Na zdjęciu widzimy szczęśliwą rodzinkę kondensatorów na wspólnym spacerze po zimowo-wiosennej okolicy. Patrząc od lewej strony: tata kondensator, mama kondensator oraz syn kondensator.

Zgodnie z tytułem tych warsztatów nadejdzie w końcu również czas na to, aby przyjrzeć się całym obwodom elektrycznym. Najpierw skupimy naszą uwagę na obwodach prądu stałego oraz różnych metodach umożliwiających bądź po prostu ułatwiających ich analizę. Ponownie wykorzystamy nasze rączki do zbudowania kilku takich obwodów i wykonania na nich pomiarów. Na zakończenie naszej ekscytującej przygody z obwodami elektrycznymi przyjrzymy się źródłom prądu przemiennego, jak zachowują się różne elementy bierne w obwodach zasilanych takimi źródłami i jak w tej sytuacji przewidzieć zachowanie całego obwodu.

Wymagania

Podstawowe wymagania są objęte przez zadania kwalifikacyjne, czyli:

1. Najważniejsze własności pól elektrycznych i magnetycznych
2. Prawo indukcji Faradaya
3. Zasada zachowania ładunku elektrycznego (równanie ciągłości)
4. Podstawowe działania na liczbach zespolonych

Choć bardziej szczegółowa znajomość pojęć i zasad elektrodynamiki jak choćby równań Maxwella nie jest konieczna, to pozwoli ona nieco szerzej spojrzeć na omawiane na warsztatach zagadnienia i tym samym nada naszym rozważaniom troszkę więcej sensu. Z tego też powodu zachęcam do spojrzenia choćby na to, co znajduje się poniżej, w sekcji przydatnych rzeczy. 

Przydatne rzeczy

1. Druga część wykładów Feynmana (ta dotycząca elektromagnetyzmu) https://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_toc.html
2. Notatki z serii wykładów z elektryczności i magnetyzmu prowadzonego na MIT https://ocw.mit.edu/courses/physics/8-02-physics-ii-electricity-and-magnetism-spring-2007/readings/index.htm

Wszystkie pytania, problemy, wątpliwości bądź uwagi można śmiało kierować na adres laurameissner.gte@gmail.com.