Лінії магнітної індукції для магнітного поля прямолінійного провідника зі струмом.

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 27Следующая ⇒

Напрямок вектора магнітної індукції встановлюють за допомогою правила свердлика, яке полягає в наступному: якщо напрям поступального руху свердлика збігається з напрямом струму в провіднику, то напрям обертання ручки свердлика збігається з напрямом вектора магнітної індукції.

Лінії магнітної індукції для кругового струму являють собою замкнуті кола, а всередині соленоїда - ряд ліній, паралельних осі соленоїда. Напрямок ліній визначається за правилом свердлика для контуру зі струмом: якщо напрямок обертання рукоятки буравчика збігається з напрямком струму, то напрям поступального руху свердлика вкаже напрямок магнітних ліній.

32 Провідник в магнітному полі.

Дія магнітного поля на провідник зі струмом

Якщо між полюсами магніту підвісити провідник із струмом, то провідник виштовхується з магнітного поля або втягується в нього, в залежності від напряму струму. Рух провідника є наслідком взаємодії магнітного поля постійного магніту з магнітним полем струму. Сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, називається силою Ампера.
Напрям сили Ампера зручно визначати за «правилом лівої руки»: кисть лівої руки розташовують паралельно торцям магнітів N і S так, щоб долоня була звернута до магніту N. Чотири пальці орієнтують у напрямі струму в ділянці AB, тоді відставлений великий палець покаже шуканий напрям.

Значний практичний інтерес має дія магнітного поля на дротяну рамку зі струмом (саме цей ефект використовується у вимірювальних приладах магніто-електричної системи і в електродвигунах). У випадку рамки зі струмом, вертикально підвішеної між полюсами магніту, сили Ампера утворюють пару сил, яка обертає рамку. Найстійкіше положення рамки, коли її площина паралельна торцям магніту, а найнестійкіше — коли ця площина перпендикулярна до торців.

Закон Ампера

Закон Ампера — закон взаємодії постійних струмів. Установлений Андре-Марі Ампером в 1820 році. Із закону Ампера виходить, що паралельні провідники з постійними струмами, що течуть в одному напрямі, притягуються, а в протилежному — відштовхуються. Законом Ампера називається також закон, що визначає силу, з якою магнітне поле діє на малий відрізок провідника із струмом.

Сила Ампера залежить від сили струму , елемента (частини) довжини провідника , кута між напрямом струму і напрямом ліній магнітного поля та магнітної індукції , і задається формулою

У векторній формі сила Ампера записується

Якщо кут між векторами i менший, ніж 90°, то:

Якщо кут між векторами i дорівнює 90°, тоді sin90°=1, звідси:

Магнітна індукція у просторі навколо провідника зі струмом визначається законом Біо-Савара.

Силова характеристика магнітного поля.

Силовою характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції В, який можна визначити за допомогою пробної прямокутної рамки КLNР із струмом І1 (рис.1). Проведемо через точку А (центр рамки) додатну нормаль п до площини, в якій лежить контур рамки. Додатний напрям нормалі збігається з поступальним рухом свердлика, якщо його рукоятку обертати в напрямі струму І1 у рамці. Нехай на ділянці КL струм І1 збігається за напрямом із струмом І, на ділянці NP – протилежний.

Однорідне поле

Якщо в кожній точці певного простору напруженість електричного поля однакова за модулем і напрямом, то електричне поле в цьому просторі називають однорідним полем. Лінії напруженості в однорідному електричному полі паралельні одна до одної. Приблизно однорідне електричне поле утворюється між двома паралельними металевими пластинами з різнойменними електричними зарядами в тій частині простору, де відстань до краю значно більша за відстань між пластинами (мал. 2.107). Під час переміщення будь-якого тіла в полі сили тяжіння робота гравітаційних сил під час переміщення по будь-якій траєкторії дорівнює зміні потенціальної енергії тіла в гравітаційному полі, узятому з протилежним знаком (23.2). Так само робота А електричного поля під час переміщення електричного заряду q в електростатичному полі з точки 1 в точку 2 по будь-якій траєкторії дорівнює зміні потенціальної енергії електричного заряду q в електростатичному полі, узятій з протилежним знаком:

Магнітний момент

Магнітний момент — векторна величина, що характеризує взаємодію тіла з магнітним полем; найпростішою фізичною системою, що має магнітний момент є елементарне коло електричного струму; Магнітний момент атома визначається рухом електронів довкола ядра (орбітальний момент), спіном електронів і М. м. атомного ядра.

Магнітний момент системи зарядів

Магнітний дипольний момент системи зарядів , які рухаються зі швидкістю визначається^[1]

де c — швидкість світла.

Напруженість магнітного поля на великій віддалі R від системи зарядів визначається, як

де — одиничний вектор у напрямку до точки, в якій визначається поле.

Модуль вектора магнітної індукції

Модуль вектора магнітної індукції. З'ясуємо експериментально, від чого залежить сила, що діє на провідник зі струмом в магнітному полі. Це дозволить нам дати визначення модуля вектора магнітної індукції, а потім знайти силу Ампера.

Дія магнітного поля на провідник зі струмом будемо вивчати на установці, зображеній на малюнку 1.17. Вільно підвішений горизонтально провідник знаходиться в полі постійної підковоподібного магніту.

Модуль вектора магнітної індукції визначається відношенням максимальної сили, що діє з боку магнітного поля на відрізок провідника зі струмом, до добутку сили струму на довжину цього відрізка:

Магіічное поле повністю характеризується вектором магнітної індукції В кожній точці магнітного поля можна визначити напрям вектора магнітної індукції і його модуль, якщо виміряти силу, що діє на відрізок провідника зі струмом.

Модуль сили Ампера. Нехай вектор магнітної індукції складає кут з напрямком відрізка провідника із струмом (елементом струму). (За направлення елемента струму беруть напрям, в якому по провіднику йде струм.) Досвід показує, що магнітне поле, вектор індукції якого спрямований вздовж провідника зі струмом, не надає ніякої дії на струм. Модуль сили залежить лише від модуля складової вектора ,, перпендикулярного провіднику, тобто від , і не залежить від складової ₁, спрямованої уздовж провідника.

Максимальна Саля Ампера згідно з формулою (1.1) дорівнює:

ї відповідає кут .. При довільному значенні кута а сила пропорційна не В, а складової. .

Магнітний потік

Магнітний потік — потік вектора магнітної індукції.

Магнітний потік позначається зазвичай грецькою літерою Φ, вимірюється у системі СІ у веберах, у системі СГСМ одиницею вимірювання магнітного потоку є максвел: магнітний потік поля величиною 1 гаус через сантиметр квадратний площі.

Магнітний потік через нескінченно маленьку площадку dS визначається як

де B — значення індукції магнітного поля, θ — кут між напрямком поля й нормаллю до поверхні. У векторній формі

Магнітний потік псевдоскалярна величина.

Зазвичай магнітний потік обраховується через поверхню, обмежену певним контуром, наприклад, контуром, який утворюють провідники зі струмом. Оскільки в різних точках поверхні магнітна індукція різна, то проводиться інтегрування

Третє рівняння Максвелла

Магнітний потік не залежить від вибору поверхні, яку обмежує контур, а тому потік через замкнену поверхню дорівнює нулю.

Це твердження є інтегральною формою третього рівняння Максвелла

33.Магнітні властивості речовини.

У більшості речовин усередині атомів магнітні поля окремих електронів, а також магнітні поля окремих атомів і молекул повністю або майже повністю скомпенсовані. Тому їх магнітні властивості дуже слабкі вони називаються немагнітними.

Магнитные изделия

Однак існує ряд речовин, наприклад залізо, кобальт, нікель і деякі рідкоземельні елементи (лантаноїди), а також деякі сплави, які володіють сильними магнітними властивостями. Ці речовини назвали феромагнетиками. (Слово «феромагнетик» утворено від латинського слова ferrum - залізо.)

Парамагнітні

Парамагнітні речовини відрізняються тим,що складаються з атомів з неповністю заповненими оболонками,тобто володіючих магнітними моментами.Але такі атоми знаходяться досить далеко один від одного і взаємодія між ними відсутня.

Феромагнітні

Феромагнітні речовини містять атоми,які володіють магнітним моментом(незаповнені електронні оболонки),але відстань між ними не така велика,як в парамагнетиках,в результаті чого між атомами виникає взаємодія,яка називається обмінною,(передбачається,що сусідні атоми обмінюються електронами).

Діамагнетизм

Діамагнетизм — властивість речовини намагнічуватися у зовнішньому магнітному полі в напрямку протилежному напрямку цього поля. Тобто, це явище виникнення у речовині (діамагнетику) намагніченості, направленої назустріч зовнішньому (намагнічувальному) полю. Магнітна проникність діамагнетиків , а магнітна сприйнятливість . Природа діамагнетизму полягає в тому, що при внесенні діамагнетика в магнітне поле у його об'ємі індукуються вихрові мікроструми, які згідно з правилом Ленца, створюють власне магнітне поле, спрямоване назустріч зовнішньому полю. Проявом діамагнетизму є послаблення магнітного поля при внесенні в нього діамагнітної речовини.

Магнітна сприйнятливість діамагнетика виражається наступною формулою:

де - магнітна стала, і - заряд та маса електрона, - кількість електронів в атомі, - кількість атомів в одиниці об'єму, - середнє значення квадрата радіус-вектора електрона. Як правило, має порядок .

Початкове намагнічування

Під дією зовнішнього магнітного поля, створеного струмом у котушці, накладеної на сталевий магнитопровід, відбувається процес орієнтації доменов у магнитопроводе і зсув їхніх границь. Це приводить до намагнічування сталевого магнитопроводу, причому намагніченість збільшується зі збільшенням зовнішнього магнітного поля.

0М(H) і прямій М0(H), одержуємо ординати новій кривій B(H) - кривій первісного намагнічування (рис 2). Криву B(H) можна розділити на чотири ділянки :m0М. Складаючи ординати кривій mНамагніченість М феромагнітного матеріалу росте тільки до граничного значення, називаного намагніченістю насичення Мs. Залежність намагніченості М від напруженості поля М(H) показана на мал. 2 штриховою лінією. На тім же малюнку показана лінійна залежність B0(H)=

1) майже лінійна ділянка 0а, що відповідає малим напряженностям поля, показує, що магнітна індукція збільшується відносно повільно і майже пропорційно напруженості полючи;

2) майже лінійна ділянка аб, на якому магнітна індукція В росте також майже пропорційно напруженості поля, але значно швидше, ніж на початковій ділянці ;

3) ділянка бв - коліно кривій намагнічування, що характеризує уповільнення росту індукції B;

4) ділянка магнітного насичення - ділянка , розташована вище крапки в; тут залежність знову лінійна, але ріст індукції B дуже сильно уповільнений у порівнянні з другим. Магнітна індукція, що відповідає намагниченности насичення, називається індукцією насичення Bs.

Таким чином, залежність магнітної індукції від напруженості поля у феромагнітного матеріалу досить складна і не може бути виражена простою розрахунковою формулою. Тому при розрахунку магнітних ланцюгів, що містять ферромагнетики, застосовують зняті експериментально криві намагнічування B(H) магнітних матеріалів. Крива намагнічування вперше була отримана експериментально в 1872 році професором Московського університету А. Г. Столетовым.

Абсолютна магнітна проникність ферромагнетика визначається для довільної крапки А кривої намагнічування (мал. 3) через тангенс кута нахилу січної 0А к осі абсцис, тобто

Де mв, mн, mм - масштаби відповідних величин .

Крива зміни магнітної проникності r для феромагнітного матеріалу дана на тім же мал. 3. Як видно з графіка, магнітна проникність з ростом напруженості поля змінюється в досить широких границях, що утрудняє її застосування для розрахунків. На кривій Мr(H) відзначають два характерних значення магнітної проникності:

Електромагніт

Електромагніт (англ. electromagnet, нім. Elektromagnet m) — пристрій , що створює магнітне поле при проходженні електричного струму . Звичайно електромагніт складається з обмотки і феромагнітного осердя , який набуває властивостей магніту при проходженні по обмотці струму . У електромагнітах, призначених, перш за все, для створення механічного зусилля також присутній якір (рухома частина магнітопроводу ), що передає зусилля .

Обмотки електромагнітів виготовляють з ізольованого алюмінієвого або мідного дроту, хоча є і надпровідні електромагніти. Магнітопроводи виготовляють з магнітом'яких матеріалів — звичайно з електротехнічної або якісної конструкційної сталі, литої сталі і чавуну, залізонікельових і залізокобальтових сплавів. Для зниження втрат на вихрові струми магнітопроводи виконують з набору листів (шихта).

Електромагніти застосовують для створення магнітних потоків в електричних машинах і апаратах, пристроях автоматики тощо (генераторах, двигунах, реле, пускачах і т.д.).

Вольтметр

Вольтметр (рос. вольтметр, англ. voltmeter, нім. Voltmeter n) — прилад для вимірювання напруги між двома точками електричного кола.

Вольтметр вимірює власне силу струму, який проходить через його опір, тож його можна охарактеризувати як амперметр із великим опором. Вольтметр підключається паралельно до ділянки кола, на якій потрібно виміряти напругу. Великий опір вольтметра забезпечує те, що прилад лише в незначній мірі впливає на проходження струму через коло.

Класифікація

· За принципом дії вольтметри поділяються на:

· електромеханічні - магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, електростатичні, випрямні, термоелектричні;

· електронні - аналогові і цифрові

· За призначенням:

· постійного струму;

· змінного струму;

· імпульсні;

· фазочуттєві;

· селективні;

· універсальні

· За конструкцією і способу застосування:

· щитові;

· переносні;

· стаціонарні

видові найменування

· Нановольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мкВ)

· Микровольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мВ)

· Милливольтметр — вольтметр для измерения малых напряжений (единицы — сотни милливольт)

· Киловольтметр — вольтметр для измерения больших напряжений (более 1 кВ)

· Векторметр — фазочувствительный вольтметр

Позначення

· Электроизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их принципа действия

· Дxx — электродинамические вольтметры

· Мxx — магнитоэлектрические вольтметры

· Сxx — электростатические вольтметры

· Тxx — термоэлектрические вольтметры

· Фxx, Щxx — электронные вольтметры

· Цxx — вольтметры выпрямительного типа

· Эxx — электромагнитные вольтметры

· Радиоизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их функционального назначения по ГОСТ 15094

· В2-xx — вольтметры постоянного тока

· В3-xx — вольтметры переменного тока

· В4-xx — вольтметры импульсного тока

· В5-xx — вольтметры фазочувствительные

· В6-xx — вольтметры селективные

· В7-xx — вольтметры универсальные.

Двоканальний мілівольтметр Два цифрових вольтметра. Верхній — комерційна модель.

Нижній сконструювали студенти Берлінського університету

Амперметр Амперметр (рос. амперметр, англ. ammeter; нім. Amperemeter n) — прилад, яким вимірюють величину електричного струму.

Загальна характеристика

Найпоширеніші амперметри, в яких рухома частина приладу зі стрілкою повертається на кут, пропорційний вимірюваній величині струму.

Амперметри бувають магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, теплові, індукційні, детекторні, термоелектричні та фотоелектричні.

Магнітоелектричними амперметрами вимірюють силу постійного струму; індукційними і детекторними — силу змінного струму; Амперметри інших систем вимірюють силу будь-якого струму. Найточнішими і найчутливішими є магнітоелектричні та електродинамічні амперметри

Принцип дії

Принцип дії магнітоелектричного приладу оснований на створенні обертального моменту завдяки взаємодії між полем постійного магніту і струмом, що проходить крізь обмотку рамки. З рамкою з'єднана стрілка, яка переміщується по шкалі. Кут повороту стрілки пропорційний щодо сили струму.

Електродинамічні амперметри складаються з нерухомої і рухомої котушок, з'єднаних паралельно або послідовно. Взаємодія між струмами, що проходять крізь котушки, викликає відхилення рухомої котушки і з'єднаної з нею стрілки. В електричне коло А. вмикаються послідовно з навантаженням, а при високій напрузі, великих струмах через трансформатор.

Схема дії амперметра Амперметр. Демонстраційна модель

34 Електромагнітна індукція

Електромагнітна індукція — явище створення в просторi вихрового електричного поля змiнним магнiтним полем.

Явище електромагнітної індукції відкрив у 1831 році Майкл Фарадей. До того було відомо, що електричний струм у провіднику створює магнітне поле. Однак оберненого явища не спостерігалося. Постійне магнітне поле не створює електричного струму. Фарадей встановив, що струм виникає при зміні магнітного поля. Якщо підносити й віддаляти до рамки з провідного матеріалу постійний магніт, то стрілка підключеного до рамки вольтметра відхилятиметься, детектуючи електричний струм. Ще краще це явище проявляється, якщо вставляти (виймати) магнітне осердя в котушку з намотаним провідником.

Фарадей встановив кількісний закон електромагнітної індукції, описавши його рівнянням:

де

— електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає в котушці, що перебуває у змінному магнтіному полі, у вольтах

N — кількість витків у котушці

Φ — магнітний потік у веберах

Якщо в провіднику виникає електрорушійна сила, то відповідно, індукований в ньому струм буде визначатися за законом Ома формулою

де R — опір провідника. Такий струм називається індукційним струмом.

Досліди фарадея

У природі існує особлива форма матерії, єдине ціле - електромагнітне поле. Одна із форм його виявлення - магнітне поле, друга - електричне. Між цими полями існує тісний зв'язок: змінне з часом електричне поле породжує магнітне, а магнітне породжує електричне поле. Цей зв'язок встановлено завдяки відкриттю 1831 року англійським вченим М. Фарадеєм явища електромагнітної індукції - виникнення електричного струму в провідному контурі, який або нерухомий у змінному магнітному полі, або переміщується в постійному магнітному полі так, що кількість ліній магнітної індукції, що перетинають контур, змінюється. Це явище згодом стало основою всієї електротехніки і радіотехніки. Зокрема, дія генераторів всіх електростанцій світу, що перетворюють механічну енергію в енергію електричного струму, ґрунтується на явищі електромагнітної індукції. Це явище встановив Фарадей на основі дослідів, які тепер може повторити кожний. У котушку, кінці якої замкнено на чутливий до струму прилад (гальванометр), уводимо або витягуємо магніт (рис.4.4.12). Під час переміщення магніту створюється змінне з часом магнітне поле, в якому знаходиться котушка. Кожного разу в

котушці (замкнений провідник) під дією змінного магнітного поля виникає струм, який називають індукційним струмом.

Індукційний струм в котушці з металевого дроту виникає також під час зміни сили струму в другій котушці, магнітне поле якої пронизує першу котушку. Індукційний струм утворюється також під час руху котушки відносно нерухомого постійного магніту. Якщо з'єднана з гальванометром котушка рухається повільно в однорідному полі, то індукційний струм не виникає, бо кількість силових ліній, що перетинають котушку, увесь час залишається незмінною.

Поява електричного струму в замкненому контурі під час зміни магнітного поля, що його пронизує, свідчить про дію в контурі сторонніх сил не електростатистичної природи або про виникнення ЕРС індукції. Кількісний опис явища електромагнітної індукції виконують на основі встановлення зв'язку між ЕРС індукції і фізичною величиною, яку називають магнітним потоком. Ця величина залежить від значень вектора не в одній точці, а в усіх точках поверхні, обмеженої плоским замкненим контуром.

Магнітним потоком Ф через поверхню з площею S називають скалярну фізичну величину, що дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції на площу поверхні S та косинус кута між вектором і вектором нормалі до поверхні (рис.4.4.13).

Ф = BScosa.

Магнітний потік наочно можна витлумачити як величину, пропорційну кількості ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню площею S.

Одиниця магнітного потоку - вебер. Магнітний потік в один вебер (1 Вб) створюється однорідним магнітним полем з індукцією 1 Тл через площу 1 м , перпендикулярну до ліній магнітної індукції: 1 Вб = 1 Тл · м .

Демонстрація дослідів.

Спостерігаємо явище електромагнітної індукції.

Візьмемо котушки (котушку А і котушку В) і надінемо їх на спільне осердя. Котушку В через реостат приєднаємо до джерела струму, а котушку А замкнемо на гальванометр. Якщо тепер пересувати повзунок реостата, то в моменти збільшення І зменшення сили струму н котушці Іі через котушку А йде електричний струм. Стрілка гальванометра при збільшенні сили струму в котушці В відхиляється в один бік, а при зменшенні — в інший. Струм у котушці А виникатиме також у моменти замикання (або розмикання) кола котушки В.

Усі розглянуті досліди — це сучасний варіант тих, які протягом 10 років здійснював Майкл Фарадей, перш ніж дійти висновку: електричний струм у замкненій котушці виникає тільки тоді, коли магнітне поле, що пронизує її, змінюється. Цей струм було названо індукційним.

ЯВИЩЕ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Досліди Фарадея, які сприяли відкриттю явища електромагнітної індукції, досить прості і їх легко відтворити в шкільних умовах.

Приєднаємо до гальванометра довгий гнучкий провідник і помістимо його між полюсами магніту (мал. 1). (мал.1)

Якщо провідник і магніт нерухомі, струму в провіднику немає. Але варто почати рухати провідник, як гальванометр відразу ж покаже наявність у провіднику струму. Якщо під час руху провідника в одному напрямі стрілка гальванометра відхиляється, наприклад, вправо, то під час руху в зворотному напрямі стрілка відхиляється вже вліво, що свідчить про зміну напряму струму в провіднику. Струм у провіднику виникає і тоді, коли магніт переміщається відносно нерухомого провідника.

Закон електромагнітної індукції в диференціальній формі

Закон електромагнітної індукції в диференціальній формі задається другим рівнянням Максвела^[1]

де — напруженість електричного поля, — магнітна індукція, c — швидкість світла у вакуумі.

Електричне поле, яке виникає при зміні магнітного поля призводить до появи електрорушійної сили

Правило Ленца

Правило Ленца визначає напрям індукційного струму і говорить:

Індукційний струм завжди має такий напрямок, що він послаблює дію причини, збудливою цей струм.

Правило сформульовано в 1833 році Е. Х. Ленц. Пізніше воно було узагальнено на всі фізичні явища в роботах Ле Шательє (1884 рік) і Брауна (1887 рік), це узагальнення відомо як принцип Ле Шательє - Брауна.

Ефектною демонстрацією правила Ленца є досвід Еліу Томсона.

Фізична суть правила.

Відповідно до закону електромагнітної індукції Фарадея при зміні магнітного потоку , що пронизує електричний контур, в ньому збуджується струм, званий індукційним. Величина електрорушійної сили, відповідальної за цей струм, визначається рівнянням

де знак «мінус» означає, що ЕРС індукції діє так, що індукційний струм перешкоджає зміні потоку. Цей факт і відображений у правилі Ленца.

Правило Ленца носить узагальнений характер і справедливо в різних фізичних ситуаціях, які можуть відрізнятися конкретним фізичним механізмом збудження індукційного струму. Так, якщо зміна магнітного потоку викликано зміною площі контуру (наприклад, за рахунок руху однієї із сторін прямокутного контуру), то індукційний струм збуджується силою Лоренца, що діє на електрони переміщується провідника в постійному магнітному полі. Якщо ж зміна магнітного потоку пов'язане з зміна величини зовнішнього магнітного поля, то індукційний струм збуджується вихровим електричним полем, що з'являються при зміні магнітного поля. Однак в обох випадках індукційний струм спрямований так, щоб компенсувати зміну потоку магнітного поля через контур.

Якщо зовнішнє магнітне поле, яке пронизує нерухомий електричний контур, створюється струмом, поточним в іншому контурі, то індукційний струм може виявитися спрямований як в тому ж напрямку, що і зовнішній, так і в протилежному: це залежить від того, зменшується чи збільшується зовнішній струм. Якщо зовнішній струм збільшується, то зростає створюване їм магнітне поле і його потік, що призводить до появи індукційного струму, що зменшує це збільшення. У цьому випадку індукційний струм спрямований у бік, протилежний основного. У зворотному випадку, коли зовнішній струм зменшується з часом, зменшення магнітного потоку призводить до збудження індукційного струму, прагнучого збільшити потік, і цей струм направлений в ту ж сторону, що і зовнішній струм .

Електрорушійна сила ін дукції.

ЕРС індукції ( ε ) - Відношення роботи сторонніх сил по розділенню зарядів до величини цього заряду, інакше, здатність даного джерела давати необхідну кількість зарядів необхідної енергії.

- ЕРС

ЕРС не є силою в ньютоновой сенсі (невдале назву величини, збережене як данина традиції).

- ЕРС індукції

- ЕРС індукції в контурі, що містить N витків дроту

- ЕРС індукції при русі одного із провідників контуру (так, щоб змінювався Ф). У цьому випадку провідник довжиною l, що рухається зі швидкістю v стає джерелом струму.

- ЕРС індукції в контурі, що обертається в магнітному полі зі швидкістю ω.

Інші формули, де зустрічається ЕРС:

- Закон Ома для повного кола. У замкнутому ланцюзі ЕРС народжує електричний струм I.

Напрямок індукційного струму визначають за правилами:

- Правило Ленца - виникаючий в замкнутому контурі індукційний струм протидіє того зміні магнітного потоку, яким викликаний даний струм;

- Для провідника, що рухається в магнітному полі, іноді простіше скористатися правилом правої руки - якщо розташувати розкриту долоню правої руки так, щоб до неї входили силові лінії магнітного поля В, а великий палець, відставлений убік вказував напрям швидкості v, то чотири пальці руки вкажуть напрямок індукційного струму I.

- ЕРС самоіндукції при зміні струму в провіднику.

Вихрове електричне поле

Вихрове електричне поле — електричне поле, що виникає в результаті зміни магнітного поля за законом електромагнітної індукції.

Вихрове електричне поле безпосередньо не пов'язане з електричними зарядами і його лінії напруженості не можуть починатися чи закінчуватися на цих зарядах, а є замкнутими, як і лінії індукції магнітного поля.

Робота вихрового електричного поля при переміщенні одиничного позитивного заряду по замкнутому нерухомому провіднику чисельно дорівнює е.р.с. індукції в цьому провіднику.

Вихрове електричне поле може виникати не лише в провідниках,а й у просторі,де їх нема. Збуджене змінним магнітним полем вихрове електричне поле може діяти на окремі заряджені частинки у вакуумі,як,наприклад,у прискорювачі електронів-бетатроні. За час оберту електрона замкнуте вихрове електричне поле виконує роботу з прискоренням електрона,збільшення його кінетичної енергії.

Вихрові струми

Вихрові струми, струми Фуко (на честь Леона Фуко) — вихрові індукційні струми, які виникають у масивних провідниках при зміні магнітного потоку, який їх пронизує.

Вперше вихрові струми виявлені французьким ученим Франсуа Араго (1786—1853) в 1824 р. у мідному диску, розташованому на осі під магнітною стрілкою, яка оберталася. За рахунок вихрових струмів диск теж обертався. Це явище, назване явищем Араго, було пояснене декілька років по тому M. Фарадеєм з позицій відкритого ним закону електромагнітної індукції: магнітне поле, яке обертається, індукує у мідному диску струми (вихрові), які взаємодіють з магнітною стрілкою. Вихрові струми названі на честь французького фізика Фуко (1819—1868). Він відкрив явище нагрівання металічних тіл, які обертаються у магнітному полі, вихровими струмами.

Струми Фуко виникають під дією змінного електромагнітного поля і за своєю фізичною природою нічим не відрізняються від індукційних струмів, що виникають у лінійних проводах.

Оскільки електричний опір провідників малий, то сила струмів Фуко може досягати великих значень. Згідно з правилом Ленца вони вибирають у провіднику такий напрямок, щоб протистояти причині, яка їх викликає. Тому у сильному магнітному полі провідники, які рухаються, витримують сильне гальмування, яке пояснюється взаємодією струмів Фуко з магнітним полем. Цей ефект застосовується для демпфування рухливих частин гальванометрів, сейсмографів тощо.

Теплова дія струмів Фуко використовується в індукційних печах — у котушку, яка живиться від високочастотної батареї великої сили поміщають тіло-провідник, у якому виникають вихрові струми, які розігрівають його до плавлення.

У багатьох випадках струми Фуко небажані, шкідливі. Для боротьби з ними приймаються спеціальні заходи: наприклад, якоря трансформаторів набираються з тонких пластин. Поява феритів зробила можливим виготовлення цих провідників суцільними.

Віхрьове електричних поле и Його зв'язок з магнітнім полем.

Причина виникнення електричного струму в нерухомому провіднику - електричне поле.

Всяка зміна магнітного поля породжує індукційне електричне поле незалежно від наявності або відсутності замкнутого контуру, при цьому якщо провідник розімкнений, то на його кінцях виникає різниця потенціалів; якщо провідник замкнутий, то в ньому спостерігається індукційний струм.

Індукційне електричне поле є вихровим.

Напрямок силових ліній вихрового ел. поля збігається з напрямком індукційного струму

Індукційне електричне поле має зовсім інші властивості на відміну від електростатичного поля.

електростатичне поле	індукційне електричне поле (Вихровий електр. Поле)
1. створюється нерухомими електр. зарядами	1. викликається змінами магнітного поля
2. силові лінії поля розімкнуті - потенційне поле	2. силові лінії замкнуті - вихровий поле
3. джерелами поля є електр. заряди	3. джерела поля вказати не можна
4. робота сил поля з переміщення пробного заряду по замкненому шляху = 0.	4. робота сил поля з переміщення пробного заряду по замкненому шляху = ЕРС індукції

35 КОЛИВАННЯ та ХВИЛІ.

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2019-04-19; Просмотров: 737; Нарушение авторского права страницы