Kuantiti dan parameter fizikal, skalar dan kuantiti vektor, skalar dan medan vektor

Kuantiti fizik skalar dan vektor

Salah satu matlamat utama fizik adalah untuk mewujudkan corak fenomena yang diperhatikan. Untuk ini, apabila memeriksa kes yang berbeza, ciri diperkenalkan yang menentukan perjalanan fenomena fizikal, serta sifat dan keadaan bahan dan persekitaran. Daripada ciri-ciri ini, kuantiti fizik yang betul dan kuantiti parametrik boleh dibezakan. Yang terakhir ditakrifkan oleh apa yang dipanggil parameter atau pemalar.

Kuantiti sebenar bermaksud ciri-ciri fenomena yang menentukan fenomena dan proses dan boleh wujud secara bebas daripada keadaan persekitaran dan keadaan.

Ini termasuk, sebagai contoh, cas elektrik, kekuatan medan, aruhan, arus elektrik, dsb. Persekitaran dan keadaan di mana fenomena yang ditakrifkan oleh kuantiti ini berlaku boleh mengubah kuantiti ini terutamanya secara kuantitatif.

Dengan parameter yang kami maksudkan adalah ciri-ciri fenomena yang menentukan sifat media dan bahan dan mempengaruhi hubungan antara kuantiti itu sendiri. Mereka tidak boleh wujud secara bebas dan hanya ditunjukkan dalam tindakan mereka pada saiz sebenar.

Parameter termasuk, sebagai contoh, pemalar elektrik dan magnet, rintangan elektrik, daya paksaan, kearuhan sisa, parameter litar elektrik (rintangan, kekonduksian, kemuatan, kearuhan per unit panjang atau isipadu dalam peranti), dsb.

Nilai parameter biasanya bergantung pada keadaan di mana fenomena ini berlaku (dari suhu, tekanan, kelembapan, dll.), Tetapi jika keadaan ini malar, parameter mengekalkan nilainya tidak berubah dan oleh itu juga dipanggil malar .

Ungkapan kuantitatif (berangka) kuantiti atau parameter dipanggil nilainya.

Kuantiti fizikal boleh ditakrifkan dalam dua cara: beberapa — hanya dengan nilai berangka, dan yang lain — kedua-duanya mengikut nilai berangka dan mengikut arah (kedudukan) dalam ruang.

Yang pertama termasuk kuantiti seperti jisim, suhu, arus elektrik, cas elektrik, kerja, dll. Kuantiti ini dipanggil skalar (atau skalar). Skalar hanya boleh dinyatakan sebagai nilai angka tunggal.

Kuantiti kedua, dipanggil vektor, termasuk panjang, luas, daya, halaju, pecutan, dll. tindakannya di angkasa.

Contoh (Kuasa Lorentz daripada artikel Kekuatan medan elektromagnet):

Kuantiti skalar dan nilai mutlak kuantiti vektor biasanya dilambangkan dengan huruf besar abjad Latin, manakala kuantiti vektor ditulis dengan sengkang atau anak panah di atas simbol nilai.

Medan skalar dan vektor

Medan, bergantung pada jenis fenomena fizikal yang mencirikan medan, sama ada skalar atau vektor.

Dalam perwakilan matematik, medan ialah ruang, setiap titik boleh dicirikan oleh nilai berangka.

Konsep medan ini juga boleh digunakan apabila mempertimbangkan fenomena fizikal. Kemudian mana-mana medan boleh diwakili sebagai ruang, pada setiap titik yang kesannya ke atas kuantiti fizikal tertentu disebabkan oleh fenomena yang diberikan (sumber medan) ditubuhkan . Dalam kes ini, medan diberi nama nilai tersebut.

Jadi, jasad yang dipanaskan yang mengeluarkan haba dikelilingi oleh medan yang titiknya dicirikan oleh suhu, oleh itu medan sedemikian dipanggil medan suhu. Medan yang mengelilingi badan yang dicas dengan elektrik, di mana kesan daya pada cas elektrik pegun dikesan, dipanggil medan elektrik, dsb.

Oleh itu, medan suhu di sekeliling jasad yang dipanaskan, kerana suhu hanya boleh diwakili sebagai skalar, adalah medan skalar, dan medan elektrik, yang dicirikan oleh daya yang bertindak ke atas cas dan mempunyai arah tertentu dalam ruang, dipanggil medan vektor.

Contoh medan skalar dan vektor

Contoh biasa medan skalar ialah medan suhu di sekeliling jasad yang dipanaskan. Untuk mengukur medan sedemikian, pada titik individu gambar medan ini, anda boleh meletakkan nombor yang sama dengan suhu pada titik ini.

Walau bagaimanapun, cara mewakili padang ini adalah janggal. Oleh itu, mereka biasanya melakukan ini: mereka menganggap bahawa titik dalam ruang yang suhunya sama tergolong dalam permukaan yang sama.Dalam kes ini, permukaan sedemikian boleh dipanggil suhu yang sama. Garisan yang diperoleh daripada persilangan permukaan sedemikian dengan permukaan lain dipanggil garisan suhu yang sama atau isoterma.

Biasanya, jika graf sedemikian digunakan, isoterma dijalankan pada selang suhu yang sama (contohnya, setiap 100 darjah). Kemudian ketumpatan garisan pada titik tertentu memberikan gambaran visual sifat medan (kadar perubahan suhu).

Contoh medan skalar (hasil pengiraan pencahayaan dalam program Dialux):

Contoh medan skalar termasuk medan graviti (medan daya graviti Bumi), serta medan elektrostatik di sekeliling jasad yang diberi cas elektrik, jika setiap titik medan ini dicirikan oleh kuantiti skalar yang dipanggil. potensi.

Untuk pembentukan setiap bidang anda perlu menghabiskan sejumlah tenaga. Tenaga ini tidak hilang, tetapi terkumpul di lapangan, diedarkan ke seluruh isipadunya. Ia berpotensi dan boleh dikembalikan dari medan dalam bentuk kerja daya medan apabila jisim atau badan bercas bergerak di dalamnya. Oleh itu, sesuatu bidang juga boleh dinilai dengan ciri potensi, yang menentukan keupayaan bidang itu untuk melakukan kerja.

Oleh kerana tenaga biasanya diagihkan secara tidak sekata dalam jumlah medan, ciri ini merujuk kepada titik individu medan. Kuantiti yang mewakili ciri potensi titik medan dipanggil fungsi potensi atau potensi.

Apabila digunakan pada medan elektrostatik, istilah yang paling biasa ialah "berpotensi", dan kepada medan magnet, "fungsi potensi".Kadang-kadang yang terakhir juga dipanggil fungsi tenaga.

Potensi dibezakan oleh ciri berikut: nilainya dalam bidang adalah berterusan, tanpa lompatan, ia berubah dari satu titik ke titik.

Potensi titik medan ditentukan oleh jumlah kerja yang dilakukan oleh daya medan dalam menggerakkan jisim unit atau cas unit dari titik tertentu ke titik di mana medan itu tiada (ciri medan ini adalah sifar), atau yang mesti dibelanjakan untuk bertindak terhadap daya medan untuk memindahkan jisim atau cas unit ke titik tertentu dalam medan dari titik di mana tindakan medan itu adalah sifar.

Kerja adalah skalar, jadi potensi juga skalar.

Medan yang titiknya boleh dicirikan oleh nilai potensi dipanggil medan berpotensi. Memandangkan semua medan berpotensi adalah skalar, istilah «potensi» dan «skalar» adalah sinonim.

Seperti dalam kes medan suhu yang dibincangkan di atas, banyak titik dengan potensi yang sama boleh didapati dalam mana-mana medan berpotensi. Permukaan di mana titik potensi yang sama terletak dipanggil ekuipotensial, dan persilangannya dengan satah lukisan itu dipanggil garisan ekuipotensi atau ekuipotensi.

Dalam medan vektor, nilai yang mencirikan medan itu pada titik individu boleh diwakili oleh vektor yang asalnya diletakkan pada titik tertentu. Untuk menggambarkan medan vektor, seseorang menggunakan untuk membina garisan yang dilukis supaya tangen pada setiap titiknya bertepatan dengan vektor yang mencirikan titik itu.

Garisan medan, dilukis pada jarak tertentu antara satu sama lain, memberi gambaran tentang sifat taburan medan dalam ruang (di kawasan di mana garisan lebih tebal, nilai kuantiti vektor lebih besar, dan di mana garisan kurang kerap, nilainya lebih kecil daripada dia).

Eddy dan eddy fields

Medan berbeza bukan sahaja dalam bentuk kuantiti fizik yang mentakrifkannya, tetapi juga dalam alam semula jadi, iaitu, ia boleh menjadi sama ada irrotational, terdiri daripada jet selari yang tidak bercampur (kadang-kadang medan ini dipanggil lamina, iaitu berlapis), atau pusaran (vortex).

Medan putaran yang sama, bergantung pada nilai cirinya, boleh menjadi potensi skalar dan putaran vektor.

Potensi skalar akan menjadi medan elektrostatik, magnet dan graviti jika ia ditentukan oleh tenaga yang diagihkan dalam medan tersebut. Walau bagaimanapun, medan yang sama (elektrostatik, magnet, graviti) adalah vektor jika ia dicirikan oleh daya yang bertindak di dalamnya.

Medan bebas pusaran atau berpotensi sentiasa mempunyai potensi skalar. Ciri penting fungsi potensi skalar ialah kesinambungannya.

Contoh medan vorteks dalam bidang fenomena elektrik ialah medan elektrostatik. Contoh medan pusar ialah medan magnet setebal wayar pembawa arus.

Terdapat apa yang dipanggil medan vektor bercampur. Contoh medan bercampur ialah medan magnet di luar konduktor pembawa arus (medan magnet di dalam konduktor ini ialah medan pusar).