Zasada wzajemności
Zasada wzajemności to fundamentalne prawo fizyczne, które określa wzajemne relacje między zjawiskami prostymi i odwrotnymi. Stwierdza, że jeśli przyczyna A wywołuje skutek B, to istnieje także zjawisko odwrotne, gdzie przyczyna B wywołuje skutek A.
Rodzaje zjawisk
W kontekście zasady wzajemności wyróżniamy dwa główne rodzaje zjawisk:
- Zjawisko główne: Zjawisko, w którym przyczyna wywołuje skutek tej samej natury fizycznej. Przykłady obejmują:
- Wydłużanie się drutu pod wpływem siły rozciągającej
- Przyrost temperatury w wyniku ogrzewania
- Przepływ ciepła wskutek różnicy temperatur
- Przepływ prądu elektrycznego pod wpływem przyłożonego napięcia
- Zjawisko sprzężone: Zjawisko, w którym przyczyna wywołuje skutek innej natury fizycznej. Na przykład:
- Rozszerzanie się drutu wskutek ogrzewania
- Przyrost temperatury drutu wskutek jego rozciągania
- Przepływ ciepła z przyczyn nietermicznych
- Przepływ prądu elektrycznego z przyczyn nieelektrycznych
Przykłady zastosowania zasady wzajemności
Rozważając przykład podgrzewania metalowego drutu, można zauważyć, że jego temperatura wzrasta (zjawisko główne), a jego długość również się zwiększa (zjawisko sprzężone). Zgodnie z zasadą wzajemności, rozciągając drut (zjawisko główne), można oczekiwać, że jego temperatura wzrośnie (zjawisko sprzężone).
Innym przykładem jest odkształcanie ciała, które generuje pole elektryczne (zjawisko proste), a zastosowanie pola elektrycznego do tego ciała może wywołać jego odkształcenie (zjawisko odwrotne). W przypadku piezoelektryków, odkształcenia te są proporcjonalne do natężenia pola elektrycznego, co daje nam efekty piezoelektryczne proste i odwrotne.
Wybrane zjawiska sprzężone
W kontekście zjawisk sprzężonych można wyróżnić różne kategorie, w tym:
- Zjawiska sprzężone kwazistatyczne (odwracalne)
- Zjawiska sprzężone nieodwracalne bez pola magnetycznego
- Zjawiska sprzężone nieodwracalne w obecności pola magnetycznego
Wszystkie te zjawiska ilustrują zasady wzajemności, które są kluczowe w zrozumieniu zjawisk fizycznych.
