Закон Био Савара Лапласа — Магнитное поле любого тока может быть вычислено как векторная сумма полей, создаваемая отдельными участками токов.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

— Магнитная индукция

— Вектор, по модулю равный длине dl элемента проводника и совпадающий по направлению с током

— Магнитная постоянная

— Относительная магнитная проницаемость (среды)

— Сила тока

— Расстояние от провода до точки, где мы вычисляем магнитную индукцию

— Угол между вектором dl и r

Магнитное поле прямого тока — создается током, текущего по тонкому прямому бесконечному проводу

Вывод формулы для магнитного поля прямого тока:

За постоянную интегрирования возьмем угол α (угол между векторами dl и r) и выразим через него все остальные величины

Магнитная индукция, которая создавается одним элементом проводника, равна

Поскольку угол α для всех элементов прямого тока изменяется в пределах от 0 до π, то

Посчитаем интеграл, и получим формулу Магнитной индукции поля прямого тока

Вопрос 8.

§ Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током. Модуль силы Ампера равен произведению модуля индукции магнитного поля B, в котором находится проводник с током, длины этого проводника l, силы тока I в нем и синуса угла между направлениями тока и вектора индукции магнитного поля

Fа=I⋅ B⋅ l⋅ sinα

Для определения направления силы Ампера применяют правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля ( B→ ) входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление тока (I), тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера ( F→ A).

Рис.8.2. Взаимодействие двух прямолинейных проводников с током.

Так, два прямолинейных параллельных проводника (рис.8.2) притягиваются, если токи в них текут в одном направлении и отталкиваются, если токи имеютпротивоположное направление.

Сила Лоренца — сила, с которой, в рамках классической физики, электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. Сила Лоренца, действующая на одну заряженную частицу, равна

F_Л = q υ B sin α.

Угол α в этом выражении равен углу между скоростью и вектором магнитной индукции Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу, так же, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки или по правилу буравчика. Взаимное расположение векторов , и для положительно заряженной частицы показано на рис. 1.18.1.

Рисунок 1.18.1. Взаимное расположение векторов

Модуль силы Лоренца

численно равен площади параллелограмма, построенного на векторах

помноженной на заряд q

Сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам и

В однородном магнитном поле на заряженную частицу, движущуюся со скоростью перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, действует сила , постоянная по модулю и направленная перпендикулярно вектору скорости (рис. 187).

Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость лежит в плоскости, перпендикулярной вектору то частица будет двигаться по окружности радиуса

Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы (рис. 1.18.2).

Рисунок 1.18.2. Круговое движение заряженной частицы в однородном магнитном поле

Вопрос 9.

Эффе́ кт Хо́ лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Эффе́ кт Хо́ лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением ) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через металлический брус в слабом магнитном поле течёт электрический ток под действием напряжённости . Магнитное поле будет отклонять носители заряда (для определённостиэлектроны) от их движения вдоль или против электрического поля к одной из граней бруса. При этом критерием малости^[1] будет служить условие, что при этом электрон не начнёт двигаться по циклоиде.

Таким образом, сила Лоренца приведёт к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска, и положительного — возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца:

Скорость электронов можно выразить через плотность тока:

где — концентрация носителей заряда. Тогда

Коэффициент пропорциональности между и называется коэффициентом (или константой ) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определять их тип для большого числа металлов. Для некоторых металлов (например, таких, как свинец, цинк, железо, кобальт, вольфрам), в сильных полях наблюдается положительный знак , что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твёрдого тела.

Магнитный поток можно рассчитать как скалярное произведение вектора магнитной индукции на вектор площади:

где α — угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости площади.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) измеряется в веберах (Вб). Магнитный поток - величина скалярная.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) сквозь произвольную замкнутую поверхность равен нулю:

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в СИ):

где

— электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура,

— магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур.

Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца, названное так по имени русского физика Э. Х. Ленца:

Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Зако́ н электромагни́ тной инду́ кции Фараде́ я -для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур.

или другими словами:

Генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

где — величина электродвижущей силы (ЭДС) в вольтах, а Φ _B — магнитный потокв веберах. Направление электродвижущей силы определяется законом Ленца.

Правило Ленца определяет направление индукционного тока и гласит: Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток.

Физическая суть правила

где знак «минус» означает, что ЭДС индукции действует так, что индукционный ток препятствует изменению потока. Этот факт и отражён в правиле Ленца.

Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока.

При изменении тока в контуре пропорционально меняется и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС.

Это явление и называется самоиндукцией.

Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током). Этим свойством ЭДС самоиндукции сходна с силой инерции.

Величина ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения силы тока :

Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью контура (катушки).

Индукти́ вность (или коэффициент самоиндукции ) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур.

В формуле

— магнитный поток, — ток в контуре, — индуктивность.

Электрический ток, который течет в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого, согласно закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току. Сцепленный с контуром магнитный поток Ф поэтому прямо пропорционален току I в контуре:

(1)

где коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура.

При изменении в контуре силы тока будет также изменяться и сцепленный с ним магнитный поток; значит, в контуре будет индуцироваться э.д.с. Возникновение э.д.с. индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется самоиндукцией.

Вопрос 10.

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑ ↑ H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы .

Атомы (молекулы или ионы) парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле. В отсутствии внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно.

К парамагнетикам относятся алюминий (Al), платина (Pt), многие другие металлы (щелочные и щелочно-земельные металлы, а также сплавы этих металлов), кислород (О₂), оксид азота (NO), оксид марганца (MnO), хлорное железо (FeCl₃) и др.

Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнитные вещества при температурах, превышающих, соответственно, температуру Кюриили Нееля (температуру фазового перехода в парамагнитное состояние).

Диамагне́ тики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждая единица объёма — намагниченность M), пропорциональный магнитной индукции B и направленный навстречу полю. Поэтомумагнитная восприимчивость = M/H у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры.

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

свойства ферромагнетиков:

1) ферромагнитные свойства вещества проявляются только тогда, когда соответствующее вещество находится в кристаллическом состоянии;

2) для каждого вещества имеется определенная температура (точка Кюри), выше которой ферромагнитные свойства исчезают и ферромагнетик превращается в обычный парамагнетик;

3) магнитная проницаемость ферромагнетика зависит от внешнего магнитного поля.

4) ферромагнетики намагничиваются до насыщения в слабых магнитных полях.

5) у ферромагнетиков наблюдается остаточная намагниченность.

6) процесс намагничивания ферромагнетиков сопровождается изменением их линейных размеров и объема. Это явление называется магнитострикцией.

Из википедии:

Свойства:
Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.

При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.

Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса

Вопрос 11.

Основными свойствами электромагнитных волн являются:

1)поглощение;

2)рассеивание;

3)преломление;

4)отражение;

5)интерференция;

6)дифракция;

7)поляризация.

1. Электромагнитные волны излучаются колеблющимися зарядами.
Наличие ускорения - главное условие излучения электромагнитных волн.

2. Такие волны могут распространяться не только в газах, жидкостях и твердых средах, но и в вакууме.

3. Электромагнитная волна является поперечной.

5. При переходе из одной среды в другую частота волны не изменяется.

6. Электромагнитные волны могут поглощаться веществом. Это обусловлено резонансным поглощением энергии заряженными частицами вещества. Если собственная частота колебаний частиц диэлектрика сильно отличается от частоты электромагнитной волны, поглощение происходит слабо, и среда становится прозрачной для электромагнитной волны.

7. Попадая на границу раздела двух сред, часть волны отражается, а часть проходит в другую среду, преломляясь.

Свет – сложный электромагнитный процесс, обладающий как волновыми, так и корпускулярными свойствами.

В конце 18-го века сформировались 2 принципиально различные теории о свете:

1) корпускулярная теория Ньютона.

2) волновая теория Гюйгенса и Гука.

Корпускулярная теория света: Свет – это поток материальных частиц (корпускул) летящие с большой скоростью от источника.

При помощи корпускулярной теории объясняются законы взаимодействия света и вещества. Наблюдается дуализм волновых и корпускулярных свойств.

Волновая теория света: Свет – представляет собой волну, исходящую от источника света и распространяющейся с большой скоростью в так называемом мировом эфире, т.е. неподвижной упругой среде заполняющая всю вселенную.

При помощи волновой теории объясняются законы отражения, преломления, интерференция, поляризация, дифракция, дисперсия.

Вопрос 12.

Основные законы геометрической оптики:

а. Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

б. Закон независимых световых пучков: эффект производится отдельным пучком не зависит от того действует ли одновременно остальные пучки или они устранены, т.е. лучи при пересечении не действуют друг на друга.

в. Закон отражения и преломления: при падении луча света на границу раздела двух сред обычно происходит и преломление и отражение этого луча, тогда можно утверждать:

– Луч падающий, луч отраженный и нормаль в точке падения лежат в одной плоскости;

– Угол падения равен углу отражения;

– Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления постоянна для двух данных сред

г. Полное внутреннее отражение света: если свет распространяется из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n₁< n₂, то отношение , т.е. угол преломления больше угла падения.

Тонкие линзы. Линза называется тонкой, если её толщина пренебрежимо мала по сравнению с кривизной её поверхности.

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒