|
Билет1
Единица электрического заряда — кулон (Кл) — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с. Электрический заряд — величина релятивистски инвариантная, т. е. не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится.
В зависимости от концентрации свободных зарядов тела делятся на: Проводники — тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему. Проводники делятся на две группы: 1) проводники первого рода (металлы) — перенесение в них зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями; 2) проводники второго рода (например, расплавленные соли, растворы кислот) — перенесение в них зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведет к химическим изменениям. Диэлектрики (например, стекло, пластмассы) — тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды. Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.
ЗАКОН Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:
где k — коэффициент пропорциональности
Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной, и соответствует притяжению (F <0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F >0) в случае одноименных зарядов. Эта сила называется кулоновской силой. В векторной форме закон Кулона имеет вид
где F 12— сила, действующая на заряд Q1 со стороны заряда Q2, r 12 — радиус-вектор, соединяющий заряд Q2 с зарядом Q1, r= | r 12|. На заряд Q2со стороны заряда Q1 действует сила F 21=- F 12, т. е. взаимодействие электрических точечных зарядов удовлетворяет третьему закону Ньютона.В СИ коэффициент пропорциональности равен
epk=1/(40).Тогда закон Кулона запишется в окончательном виде:
eВеличина называется электрической постоянной; она относится к числу фундаментальных физических постоянных и равна e0=8,85•10-12Кл2/(Н•м2e),или0=8,85•10-12Ф/м,
Билет2
Напряженность электростатического поля - физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный точку поля: E = F /Q0.
в вакууме или в скалярной форме
Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор Е направлен вдоль радиуса-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание пробного положительного заряда); если поле создается отрицательным зарядом, то вектор Е направлен к заряду
Формула (80.2) выражает принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей, согласно которому напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.
Принцип суперпозиции позволяет рассчитать электростатические поля любой системы неподвижных зарядов, поскольку если заряды не точечные, то их можно всегда свести к совокупности точечных зарядов
Билет3
поток вектора напряженности сквозь сферическую поверхность радиуса r, охватывающую точечный заряд Q, находящийся в ее центре (рис. 124),
Этот результат справедлив для замкнутой поверхности любой формы Таким образом, для поверхности любой формы, если она замкнута и заключает в себя точечный заряд Q, поток вектора Е eбудет равен Q/0, т. е.
Формула (81.2) выражает теорему Гаусса для электростатического поля в вакууме: eпоток вектора напряженности электростатического поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов.
Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости. Бесконечная плоскость заряжена с постоянной поверхностной плотностью =0), то поток вектора напряженности сквозь боковую поверхность цилиндра равен нулю, а полный поток сквозь цилиндр равен сумме потоков сквозь его основания (площади оснований равны и для основанияa=dQ/dS—заряд, приходящийся на единицу поверхности). Линии напряженности перпендикулярны рассматриваемой плоскости и направлены от нее в обе стороны. В качестве замкнутой поверхности мысленно построим цилиндр, основания которого параллельны заряженной плоскости, а ось перпендикулярна ей. Согласно теореме Гаусса (81.2),sЗаряд, заключенный внутри построенной цилиндрической поверхности, равен 2ES =Ss/e 0, откуда
ee/(2sE=0).
Из формулы вытекает, что Е не зависит от длины цилиндра, т. е. напряженность поля на любых расстояниях одинакова по модулю, ины-
ми словами, поле равномерно заряженной плоскости однородно.
Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей. Поле таких плоскостей найдем как суперпозицию полей, создаваемых каждой из плоскостей в отдельности. На рисунке верхние стрелки соответствуют полю от положительно заряженной плоскости, нижние — от отрицательной плоскости. Пусть плоскости заряжены равномерно разноименными зарядами с поверхностными плотностями + E =0. В области между плоскостями E = E ++ E - (E + и E-определяются по формуле (82.1)), поэтому результирующая напряженность
E e/s=0. (82.2)
Таким образом, результирующая напряженность поля в области между плоскостями описывается формулой (82.2), а вне объема, ограниченного плоскостями, равна нулю.
Билет4
Если в электростатическом поле точечного заряда Q из точки 1 в точку 2 вдоль произвольной траектории (рис. 132) перемещается другой точечный заряд Q0, то сила, приложенная к заряду, совершает работу. Работа силы F на элементарном перемещении dl равна
Работа при перемещении заряда Q0 из точки 1 в точку 2
не зависит от траектории перемещения, а определяется только положениями начальной 1 и конечной 2 точек. Следовательно, электростатическое поле точечного заряда является потенциальным, а электростатические силы — консервативными (см. §12).
Если в качестве заряда, переносимого в электростатическом поле, взять единичный точечный положительный заряд, то элементарная работа сил поля на пути d l равна Е d l =E ldl, где El=E — проекция вектораacos Е на направление элементарного перемещения. Тогда формулу (83.2) можно записать в виде
Интеграл
называется циркуляцией вектора напряженности. Следовательно, циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль любого замкнутого контура равна нулю.
Потенциал в какой-либо точке электростатического поля есть физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещенного в эту точку.j
Из формул (84.4) и (84.2) следует, что потенциал поля, создаваемого точечным зарядом Q, равен
Для одноименных зарядов Q0Q>0 и потенциальная энергия их взаимодействия (отталкивания) положительна, для разноименных зарядов Q0Q<0 и потенциальная энергия их взаимодействия (притяжения) отрицательна.
Если поле создается системой n точечных зарядов Q1, Q2,..., Qn, то работа электростатических сил, совершаемая над зарядом Q0, равна алгебраической сумме работ сил, обусловленных каждым из зарядов в отдельности. Поэтому потенциальная энергия U заряда Q0, находящегося в этом поле, равна сумме его потенциальных энергий Ui, создаваемых каждым из зарядов в отдельности:
Из формул (84.2) и (84.3) вытекает, что отношение U/Q 0не зависит от Q 0 и является поэтому энергетической характеристикой электростатического поля, называемой потенциалом: =U/Qj0. (84.4)
Билет5
Разность потенциалов двух точек 1 и 2 в электростатическом поле определяется работой, совершаемой силами поля, при перемещении единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2.
Работа сил поля при перемещении заряда Q 0 из точки 1 в точку 2 может быть записана также в виде
Приравняв (84.6) и (84.7), придем к выражению для разности потенциалов:
т.е. напряженность Е поля равна градиенту потенциала со знаком минус. Знак минус определяется тем, что вектор напряженности Е поля направлен в сторону убывания потенциала.
Билет6
Электростатическое поле внутри проводника
- внутри проводника электростатического поля нет (Е = 0), что справедливо для заряженного проводника и для незаряженного проводника, внесенного во внешнее электростатическое поле. - т.к.существует явлении электростатической индукции, т.е. явление разделения зарядов в проводнике, внесенном в электростатическое поле (Евнешнее) с образованием нового электростатического поля (Евнутр.) внутри проводника.
Внутри проводника оба поля (Евнешн. и Евнутр.) компенсируют друг друга, тогда внутри проводника
Е=0.
Заряды можно разделить:
Электростатическая защита - металл. экран, внутри которого Е = 0, т.к. весь заряд будет сосредоточен на поверхности проводника.Электрический заряд проводников- весь статический заряд проводника расположен на его поверхности, внутри проводника q = 0;
- справедливо для заряженных и незаряженных проводников в эл.поле.
Линии напряженности эл.поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.
Билет7
Электростатическая индукция — явление наведения собственного электростатического поля, при действии на тело внешнего электрического поля. Явление обусловлено перераспределением зарядоввнутри проводящих тел, а также поляризацией внутренних микроструктур у непроводящих тел. Внешнее электрическое поле может значительно исказиться вблизи тела с индуцированным электрическим полем. Электроемкость проводников - это физическая величина, характеризующая способность проводника или системы проводников накапливать электрические заряды. Еденица электроемкости - фарад (Ф).Сообщенный проводнику заряд Q распределяется по его поверхности так, что напряженность поля внутри проводника равна нулю. Если проводнику сообщить такой же заряд Q, то он распределится по поверхности проводника. Отсюда следует, что потенциал проводника пропорционален находящемуся на нем заряду (Q = Cfi). Конденса́тор —двухполюсник с определённым значениемёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённыхдиэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.
Физическая величина, определяемая отношением заряда q одной из пластин конденсатора к напряжению между обкладками конденсатора, называется электроемкостью конденсатора'. При неизменном расположении пластин электроемкость конденсатора является постоянной величиной при любом заряде на пластинах. Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга, в системе СИ выражается формулой E относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (в вакууме равна единице) электрическая постоянная, численно равная
Билет8
Энергия электростатического поля
где V = Sd — объем конденсатора. Формула (95.7) показывает, что энергия конденсатора выражается через величину, характеризующую электростатическое поле,— напряженностьЕ.
Объемная плотность энергии электростатического поля (энергия единицы объема)
w=W/V=e 0 Ee2/2=ED/2. (95.8)
Выражение (95.8) справедливо только для изотропного диэлектрика, для которого
выполняется соотношение Р ec=0 Е.
Билет9
Диэлектрики – это тела, состоящие из нейтральных молекул. Молекулы бывают полярные и неполярные). Диэлектрик, состоящий из полярных молекул, во внешнем поле поляризуется, то есть приобретет дипольный момент за счёт преимущественной ориентации молекулярных диполей в направлении внешнего поля... Диэлектрик, состоящий из неполярных молекул, также поляризуется, потому что эти молекулы приобретают дипольный момент во внешнем поле. однако, если мы внесём эту молекулу во внешнее электрическое поле, то внешнее поле растаскивает положительный и отрицательный заряды, и молекула приобретает дипольный момент. Поляризация диэлектрика характеризуется вектором. При помещении диэлектрика во внешнее электростатическое поле он поляризуется, т. е. приобретает отличный от нуля дипольный момент, где р i— дипольный момент одной молекулы. Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной — поляризованностью, определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика:
Билет10
Вектор напряженности Е, переходя через границу диэлектриков, претерпевает скачкообразное изменение, создавая тем самым неудобства при расчете электростатических полей. Поэтому оказалось необходимым помимо вектора напряженности характеризовать поле еще вектором электрического смещения, который для электрически изотропной среды по определению равен -
D = e0e E. вектор электрического смещения можно выразить как
D= e0 E+P. Единица электрического смещения — кулон на метр в квадрате (Кл/м2) Линии вектора Е могут начинаться и заканчиваться на любых зарядах — свободных и связанных, в то время как линии вектора D — только на свободных зарядах. Через области поля, где находятся связанные заряды, линии вектора D проходят не прерываясь.
Для произвольной замкнутой поверхности s поток вектора D сквозь эту поверхность
Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике:
т. е. поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов Для вакуума Dn =e 0 Еn =1, тогда поток вектора напряженностиe(Е сквозь произвольную замкнутую поверхность равен
Билет12
Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. В проводнике под действием приложенного электрического поля Е свободные электрические заряды перемещаются: положительные — по полю, отрицательные — против поля (рис. 146, а), т.е. в проводнике возникает электрический ток, называемый током проводимости
Количественной мерой электрического тока служит сила тока I — скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени
I=dQ/dt. Ток, сила и направление которого не изменяются со временем, называется постоянным. Для постоянного тока I=Q/t, где Q — электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника.
Единица силы тока—ампер (А)
Силы не электростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними. Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (э. д. с.), действующей в цепи:
ЭДС =A/Q 0.
Билет13
закон Ома для участка цепи I=U/R, Закон Ома также применяется ко всей цепи, но в несколько изменённой форме: Закон Ома для неоднородного участка цепи
Любая точка разветвления цепи, в которой сходится не менее трех проводников с током, называется узлом. При этом ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла,— отрицательным.
Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:
Второе правило Кирхгофа получается из обобщенного закона Ома для разветвленных цепей. Рассмотрим контур, состоящий из трех участков (рис. 149). Направление обхода по часовой стрелке примем за положительное, отметив, что выбор этого направления совершенно произволен. Все токи, совпадающие по направлению с направлением обхода контура, считаются положительными, не совпадающие с направлением обхода — отрицательными. Источники э.д.с. считаются положительными, если они создают ток, направленный в сторону обхода контура. Применяя к участкам закон Ома, можно записать:
Складывая почленно эти уравнения, получим
I 1 R 1 -I 2 R 2 +I 3 R 3 = Е1 - Е2 + Е3.
Уравнение выражает второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов Ii, на сопротивления Ri соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с k, встречающихся в этом контуре:
При расчете сложных цепей постоянного тока с применением правил Кирхгофа необходимо:
1. Выбрать произвольное направление токов на всех участках цепи 2. Выбрать направление обхода контура и строго его придерживаться 3.Составить столько уравнений, чтобы их число было равно числу искомых величин (в систему уравнений должны входить все сопротивления и э.д.с. рассматриваемой цепи)
Билет15
Наличие магнитного поля обнаруживается по силовому действию на внесенные в него проводники с током или постоянные магниты. Название «магнитное поле» связывают с ориентацией магнитной стрелки под действием поля, создаваемого током (это явление впервые обнаружено датским физиком X. Эрстедом (1777—1851)). Опыты показывают, что магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, поворачивая ее определенным образом. Этот результат связывается с определенным направлением магнитного поля.
Ориентация контура в пространстве характеризуется направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, связанное с током правилом правого винта, т. е. за положительное направление нормали принимается направление поступательного движения винта, головка которого вращается в на-
правлении тока, текущего в рамке
Вращающий момент сил зависит как от свойств поля в данной точке, так и от свойств рамки:
М =[ р m В ], где В вектор магнитной индукции, являющейся количественной характеристикой магнитного поля, рm — вектор магнитного момента рамки с током. Для плоского контура с током I
p m = I S n, где S — площадь поверхности контура (рамки), n —единичный вектор нормали к поверхности рамки Направление р m
Mmax/pm (Мmax — максимальный вращающий момент) для всех контуров одно и то же и поэтому может служить характеристикой магнитного поля, называемой магнитной индукцией:
В=Мmax/рm. Так как магнитное поле является силовым, то его, по аналогии с электрическим, изображают с помощью линий магнитной индукции — линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В. Их направление задается правилом правого винта: головка винта, ввинчиваемого по направлению тока, вращается в направлении линий магнитной индукцииМагнитное поле макротоков описывается вектором напряженности Н. Для однородной изотропной среды вектор магнитной индукции связан с вектором напряженности следующим соотношением:
В m=0m Н, m где 0 — безразмерная величина —m— магнитная постоянная, магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков Н усиливается за счет поля микротоков среды
Билет16
Вращающий момент сил зависит как от свойств поля в данной точке, так и от свойств рамки:
М =[ р m В ], где В вектор магнитной индукции, являющейся количественной характеристикой магнитного поля, рm — вектор магнитного момента рамки с током. Для плоского контура с током I
p m = I S n, где S — площадь поверхности контура (рамки), n —единичный вектор нормали к поверхности рамки Направление р m
Mmax/pm (Мmax — максимальный вращающий момент) для всех контуров одно и то же и поэтому может служить характеристикой магнитного поля, называемой магнитной индукцией:
В=Мmax/рm. Так как магнитное поле является силовым, то его, по аналогии с электрическим, изображают с помощью линий магнитной индукции — линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В. Их направление задается правилом правого винта: головка винта, ввинчиваемого по направлению тока, вращается в направлении линий магнитной индукцииМагнитное поле макротоков описывается вектором напряженности Н. Для однородной изотропной среды вектор магнитной индукции связан с вектором напряженности следующим соотношением:
В m=0m Н, mгде 0 — безразмерная величина —m— магнитная постоянная, магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков Н усиливается за счет поля микротоков среды
Билет17
Закон Био — Савара — Лапласа для проводника с током I, элемент которого d l создает в некоторой точке А индукцию поля d B, записывается в виде
где d l — вектор, по модулю равный длине d l элемента проводника и совпадающий по направлению с током, r — радиус-вектор, проведенный из элемента d l проводника в точку А поля, r — модуль радиуса-вектора г. Направление d B перпендикулярно d l и r, т. е. перпендикулярно плоскости, в которой они лежат, и совпадает с касательной к линии магнитной индукции
Магнитное поле прямого тока — тока, текущего по тонкому прямому проводу бесконечной длины (рис. 165). В произвольной точке А, удаленной от оси проводника на расстояние R, векторы d B от всех элементов тока имеют одинаковое направление, перпендикулярное плоскости чертежа («к нам»). Поэтому сложение векторов d B можно заменить сложением их модулей. В качестве постоянной интегрирования выберем угол а (угол между векторами d l и r), выразив через него все остальные величины. Из рис. 165 следует, что
(радиус дуги CD вследствие малости d l равен r, и угол FDC по этой же причине можно считать прямым). Получим, что магнитная индукция, создаваемая одним элементом проводника, равна Следовательно, магнитная индукция поля прямого тока
2. Магнитное поле в центре кругового проводника с током (рис. 166). Как следует из рисунка, все элементы кругового проводника с током создают в центре магнитное поле одинакового направления — вдоль нормали от витка.
Поэтому сложение векторов d B =1) и расстояние всех элементов проводника до центра кругового тока одинаково и равно a можно заменить сложением их модулей. Так как все элементы проводника перпендикулярны радиусу-вектору (sin R, то Тогда
Следовательно, магнитная индукция поля в центре кругового проводника с током
Билет18
Закон полного тока для магнитного поля в вакууме (теорема о циркуляции вектора В): m циркуляция вектора В по произвольному замкнутому контуру равна произведению магнитной постоянной 0 на алгебраическую сумму токов, охватываемых этим контуром:
где n — число проводников с токами, охватываемых контуром L произвольной формы. Каждый ток учитывается столько раз, сколько раз он охватывается контуром. Положительным считается ток, направление которого связано с направлением обхода по контуру правилом правого винта; ток противоположного направления считается отрицательным. Например, для системы токов, изображенных на рис. 173,
Выражение (118.1) справедливо только для поля в вакууме, поскольку, как будет показано ниже, для поля в веществе необходимо учитывать молекулярные токи.
Продемонстрируем справедливость теоремы о циркуляции вектора В на примере магнитного поля прямого тока I, перпендикулярного плоскости чертежа и направленного к нам (рис. 174). Представим себе замкнутый контур в виде окружности радиуса r. В каждой точке этого контура вектор В одинаков по модулю и направлен по касательной к окружности (она является и линией магнитной индукции). Следовательно, циркуляция вектора В равна
Согласно выражению (11получим В p•2 r m=0 I (в вакууме), откуда B m=0r)p/(2
Билет15
Рассмотрим соленоид длиной l,
имеющий N витков. Длину соленоида считаем во много раз больше, чем диаметр его витков, т. е. рассматриваемый соленоид бесконечно длинный..
Для нахождения магнитной индукции В выберем замкнутый прямоугольный контур ABCDA Циркуляция вектора В по замкнутому контуру ABCDA, охватывающему все N витков, равна
Интеграл по ABCDA можно представить в виде четырех интегралов: по АВ, ВС, CD и DA. На участках АВ и CD контур перпендикулярен линиям магнитной индукции и В 1=0. На участке вне соленоида В =0. На участке DA циркуляция вектора В равна Вl (контур совпадает с линией магнитной индукции); следовательно,
(в вакууме): B=m0NI/l. (119.2)
Получили, что поле внутри соленоида однородно
поле тороида —кольцевой катушки, витки которой намотаны на сердечник, имеющий форму тора Магнитное поле, как показывает опыт, сосредоточено внутри тороида, вне его поле отсутствует. Линии магнитной индукции в данном случае, как следует из соображений симметрии, есть окружности, центры которых расположены по оси тороида. В качестве контура выберем одну такую окружность радиуса r. Тогда, по теореме о циркуляции B • 2rp=m 0 NI, откуда следует, что магнитная индукция внутри тороида (в вакууме) В m=0 NI/ p(2 r), где N — число витков тороида. Если контур проходит вне тороида, то токов он не охватывает и В • 2rp= 0. Это означает, что поле вне тороида отсутствует (что показывает и опыт).
Билет20
Если внести проводник с током в магнитном поле, то в результате сложения магнитных полей магнита и проводника произойдет усиление результирующего магнитного поля с одной стороны проводника (на чертеже сверху) и ослабление магнитного поля с другой стороны проводника (на чертеже снизу).в результате действия двух магнитных полей произойдет искривление магнитных линий, и они, стремясь сократиться, будут выталкивать проводник вниз. На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, равная F = I·L·B·sina где I-сила тока в проводнике;B - модуль вектора индукции магнитного поля;L - длина проводника, находящегося в магнитном поле; a - угол между вектором магнитного поля и направлением тока в проводнике. Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера. Максимальная сила Ампера равна:F = I·L·B
Ей соответствует a = 900.Закон Ампера используется при нахождении силы взаимодействия двух токов. Взаимодействие параллельных токов.
При прохождении тока по параллельным проводникам возникают силы взаимодействия, направление которых зависит от направления токов. Взаимодействие параллельных токов можно объяснить, если учесть, что каждый из проводников создает магнитное поле, действующее на другой проводник в соответствии с законом Ампера.
На элемент dl2 второго проводника с током I2действует сила dF2, численно равная: dF2 = B112 dl2 sin(dl2^B), где В1 - магнитная индукция, созлаваемая током I1 в месте расположения второго проводника
Билет22
В однородном магнитном поле, модуль вектора индукции которого равен В, помещен плоский замкнутый контур площадью S. Нормаль n к плоскости контура составляет угол a с направлением вектора магнитной индукции В.Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением:? = B · S · cos?Единица измерения магнитного потока в систем СИ - 1 Вебер (1 Вб).1 Вб = 1 Тл · 1 м2Магнитный поток через контур максимален,если плоскость контура перпендикулярна магнитному полю. Значит угол a равен 00.Тогда магнитный поток рассчитывается по формуле:?max = B · S. Магнитный поток через контур равен нулю,если контур распологается параллельно магнитному полю. Значит угол a равен 900
Работа перемещения проводника с током в магнитном поле
l с током I, будет равна:Dx участка проводника DF при перемещении на D Рассмотрим участок проводника с током, который может перемещаться в магнитном поле. Поле будем считать однородным и перпендикулярным к плоскости контура. Работа, совершенная силой dФ.×S = ID×B×x = ID×lD×I×x = BD×FDA = DdФ, где dФ - поток магнитной индукции пересекаемый проводником при движении.×В случае если поле неоднородно dA =I Можно показать, что если В не перпендикулярно плоскости контура, то формула для расчета работы будет той же. Формула будет справедлива и для перемещения проводника с током любой формы, в том числе и замкнутого контура с током (в этом cлучае dФ - изменение потока, пересекающего контур). Она справедлива не только для прямолинейного перемещения, но и для перемещения любого типа.
Примечания: 1.Если контур перемещается в однородном поле таким образом, что поток его пересекающий остается неизменным, то работа не производится. 2.. Работа по перемещению проводника с током совершается за счет энергии источника тока
Билет18
Основной закон электромагнитной индукции гласит, что индукционный ток возникает в проводящем контуре при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, охваченную этим контуром. Однако, производя совершенно одинаковое изменение магнитного потока в различных контурах, отличающихся только материалом, из которого сделаны эти контуры, мы обнаружим, что в них индуцируются токи различной силы. Индукционный ток тем больше, чем меньше электрическое сопротивление катушки, если все остальные условия опыта вполне одинаковы.
Это обстоятельство приводит к мысли, что при неизменных условиях опыта в катушке индуцируется определенная э. д. с., а сила тока, возникающего благодаря этому, определяется законом Ома и поэтому оказывается обратно пропорциональной электрическому сопротивлению цепи. Для индукционных токов справедлив закон Ома: где – сила тока, – полное сопротивление цепи, т. е. сумма сопротивления индукционной катушки и сопротивления остальных частей цепи (реостата, лампочки, амперметра и т. д.), а через обозначена э.д.с. индукции, остающаяся неизменной при изменении сопротивления цепи в наших опытах. В случае витка, охватывающего линии поля, э. д. с. возникает во всех точках витка и может быть подсчитана для витка в целом. В случае нескольких витков то же происходит в каждом из них: э. д. с. катушки складывается из э. д. с. отдельных витков.
Явление электромагнитной индукции в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного какова бы ни была причина изменения потока магнитной индукции, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре э.д.с. Знак минус показывает, что увеличение потока (dФ/dt>0) вызывает э.д.с. <0, т. е. поле индукционного тока направлено навстречу потоку; уменьшение потока(dФ/dt<0)вызывает эдсi>0, т. е. направления потока и поля индукционного тока совпадают. Знак минус в формуле (123.2) является математическим выражением правила Ленца Правило Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток.
Билет25
Самоиндукция — явление возникновенияЭДС индукции в проводящем контуре при изменении тока, протекающего через контур.При изменении тока в контуре меняется магнитный поток черезповерхность, ограниченную этим контуром, изменение потока магнитной индукции приводит к возбуждению ЭДС самоиндукции. Направление ЭДС оказывается таким, что при увеличении тока в цепи ЭДС препятствует возрастанию тока, а при уменьшении тока — убыванию.Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения силы тока I и индуктивности контура L:
За счёт явления самоиндукции в электрической цепи с источником ЭДС при замыкании цепи ток устанавливается не мгновенно, а через какое-то время. Аналогичные процессы происходят и при размыкании цепи, при этом величина ЭДС самоиндукции может значительно превышать ЭДС источника. Чаще всего в обычной жизни это используется в катушках зажигания автомобилей. Это явление применяется для поджига люминесцентных ламп в стандартной схеме, При любом изменении тока в проводнике возникает ЭДС индукции, которая возбуждается изменением магнитного потока, создаваемого этим же током. Такое явление называется самоиндукцией. ЭДС самоиндукции определяется выражением: e = - L · D I /D t, где L – индуктивность проводника, зависящая от его размеров, формы и от свойств среды, в которой находится проводник.Индуктивность L связывает магнитный поток Ф, пронизывающий контур, с силой тока I в контуре, создающий этот поток: Ф = L · I., Индуктивность длинного соленоида с сердечником равна: L = m 0 · m · N2S / l = m 0 · m? n2V,где N – число витков; S – площадь поперечного сечения соленоида; l – длина намотки; n = N/l – число витков на единицу длины; V = Sl – объем соленоида; m – магнитная проницаемость сердечника; m 0 = 12.57 · 10–7 Н/А2 – магнитная постоянная.Энерги я W магнитного поля, создаваемого проводником с индуктивностью L, по которому течет ток I, равна: W = LI2 / 2.
Билет27
Энергия магнитного поля. При размыкании цепи возникает ЭДС самоиндукции и за время dt совершается работа dA = Å с I dt = - L Полная работа, совершенная за счет энергии магнитного поля.
Билет22
Существуют магниты двух разных видов. Одни – так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитно-твердых» материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов. К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из «магнитно-мягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток
Многочисленные опыты свидетельствуют о том, что все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются и создают собственное магнитное поле, действие которого складывается с действием внешнего магнитного поля: где — магнитная индукция поля в веществе; — магнитная индукция поля в вакууме, — магнитная индукция поля, возникшего благодаря намагничиванию вещества. При этом вещество может либо усиливать, либо ослаблять магнитное поле. Влияние вещества на внешнее магнитное поле характеризуется величиной?, которая называется магнитной проницаемостью вещества Магнитная проницаемость — это физическая скалярная величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме.
Билет
по Максвеллу, изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле Е B, циркуляция которого, по (123.3),
где E Bl — проекция вектора E B на направление d l. Подставив в формулу (137.1) выражение получим
Если поверхность и контур неподвижны, то операции дифференцирования и интегрирования можно поменять местами. Следовательно,
Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смещени.
Тогда можно утверждать, что токи проводимости (I) и смещения (I см) равны: I см= I. Ток проводимости вблизи обкладок конденсатора
s(поверхностная плотность заряда на обкладках равна электрическому смещению D в конденсаторе. Подынтегральное выражение в (138.1) можно рассматривать как частный случай скалярного произведения (д D / д t)d S, когда д D / д t и d S взаимно параллельны. Поэтому для общего случая можно записать
Сравнивая это выражение с I = I см = (см. (96.2)), имеем
Выражение (138.2) и было названо Максвеллом плотностью тока смещения.
Дата добавления: 2015-11-04; просмотров: 143 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| |