Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 64

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 64)

Выражение (130.3) справедливо только для сред, для которых зависимость В от Н линейная, т. е. оно относится только к пара- и диамагнетнкам (см э 132) Так как!=ВГЯрзрИ) (см. (1192)) и В= =р.„рН (см. (109.3)), то Ф'= Ъ?= !' (!30 2) Вт ВН 2рзр 2 где 51= Г? — объем соленоида. Магнитное поле соленоида однородно и сосредоточено внутри него, поэтому энергия (см. (130.2)) заключена в объеме соленоида и распределена в нем с постони.

Контрольные вопросы В чем заключается чзлеиие злектромзгоиткой килукцик? Прозколкзкруйте опыты Фзр. дсч. Что является причиной возникновения э.д.с. индукции в замкнутом проводящем контуре? От чего и квк зависит э.д с. индукции, возникающая в контуре? Почему для обнаружения индукционного тока лучше использовать замкнутый проводник в виде катушки, в ие в виде одного витка провода> Сформулируйте правило Ленца, проиллюстрировав его примерами.

Всегда ли при изменении потока магнитной индукции в проводящем контуре з ием возникает э,д.с, индукции? индукционный ток? Возникает ли индукционный ток в проводящей рамке, поступательно движущейся в однород- ном магнитном поле? Покажите, что закон Фарадеи есть следствие закояв сохранения энергии. Какова природа з.д.с. электромагнитной индукции? Выведите выражение дли э.д.с. индукции в плоской рамке, равномерно вращающейся в одно. родном магиитноы поле. За счет чего ее можно увеличитьз Что такое вихревые токи? Вредны они или полезны? Почему сердечники трансформаторов ае делают сплошными? В чем заключаются явлении самоиидукции и взаимной индукции? Вычислите з.д.с. индукции для обоих случаев.

В чем заключается физический смысл времени релаксации т= Г./й? Докажите, что оно имеет размерность времени. Приведите соотношение между токами в первичной к вторичной обмотках повышающеготранс- форматора. Когда э.дл. самоиидукцин больше — прн замыкании или размыкании цепи постоянного тока? Какая физическая величина выражается в генри? Дайте определение генри В чем заключается физический смысл ккдукткзяости коктура? взаимной икдуктивности двух контуров? От чего оии зависят? Запишите и ироаиализируйте выражения для объемной плотности энергии электростатического и магнитного полей. Чему равна объемная платность энергии электромагнитного поля? Напряженность магнитного поля возросла в два раза.

Как изменилась объемная плотность энергии магнитного поля? Г л з и и !б Гйнгииы ые .шин таз зеицстн ~ 203 Задачи 15.1. Кольцо нз алюминиевого провода (э=26 ном м) помещено в магнитное поле перпендику. парно линиям магнитной индукции. Диаметр кольна 20 см, диаметр провода ! мм. Опреде. лить скорость изменения магнитного поля, если сила тока н кольце 0,5 А. [0,33 Тл/с) 15.2. В однородном магнитном поле, индукция которого 0,5 Тл, равномерно с частотой 300 мин вращается натушка, содержащая 200 витков, плотно прилегающих друг к другу. Плошадь поперечного сечения катушки !00 см'. Ось вращения перпендикулярна оси катушки и направлению магнитного поля.

Определить максимальную з.д.с., нндуцируемую в катушке. [31,4 В]. 15.3. Определить, сколько витков проволоки, вплотную прилегающих друг к другу, диаметром 0,3 мм с изоляцией ничтожной толщины надо намотать на картонный цилиндр диаметром ! см, чтобы получить однослойную катушку с индтктинностью ! мГн. [304) 15.4. Определить, через сколько времени сила тока замыкания достигнет 0,98 предельного значения, если источник тока замыкают из катушку сопротивлением !О Ом и индуктннностью 0,4 Гн. [0,16 с) 15.5.

Днз соленоида (индуктивность одного (.1=0,36 Гн, второго (.г=0,64 Гн) одинаковой длины и практически равного сечения вставлены один в другой. Определить взаимную индуктив. ность соленоидов. [0,48 Гн) 15.8. Азтотрансформатор, понижающий напряжение с (0=5.5 кВ до (гх=220 В, содержит з первичной обмотке )У~=!500 витков. Сопротивление вторичной обмотки кг 2 Ои. Соцротнвление внешней цепи (в сети пониженного напряжения) й=(3 Ом. Пренебрегая сопротивлением первичной обмотки, определить число зиткан но вторичной обмотке трансформатора. [88) Глава 16 Магнитные свойства вещества 5 1:51. й![агиитпые момеигы электронов и атомов р =г'5=еч5, (!31.1) где (=ее — сила тока, ч — частота вращении электрона по орбите, 5 — площадь орбиты. Если электрон движется по часовой стрелке (рис.

187), то ток направлен против часовой стрелки и вектор р в соответствии с правилом правого винта направлен перпендикулярно плоскости орбиты электрона. Рассматривая действие магнитного поля на проводники с током и на движущиеся заряды, мы не интересовались процессами, происходящими в веществе. Свойства среды учитывались формально с помощью магнитноМ проницаемости р. Для того чтобы разобраться в магнитных свойствах сред и их влиянии на магнитную индукцию, необходимо рассмотреть действие магнитного поля иа атомы и молекулы вещества. Опыт показывает, что все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются.

Рассмотрим причину этого явле. ния с точки зрения строения атомов и молекул, положив в основу гипотезу Ампера (см. $109), согласно ноторой в любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Дня качественного объяснения магнитных явлений с достаточным приближением кожно считать, что электрон движется в атоме по круговым орбитам. Электрон, движущийся по одной из таких орбит, эквивалентен круговому току, поэтому он обладает орбитальным магнптяым моментом (см. (109.2)) р =/5п, модуль которого 7(И Мл«ш' »~о«ч ш«,1 ~ ча~ чг ч ~ч Рчс ~к7 С другой стороны, движущийся по орбите электрон обладает механическим моментом импульса !.„модуль которого, согласно (19.1), 1.,=лиг=2шт5, (13!.2) где о=2птг, кг =5. Вектор Б, (его направление также подчиняется правилу правого винта), называется орбитальным механическим моментом электрона. Из рис.

187 следует, что направления р и !., противоположны, поэтому, учитывая выражении (131.!) и (131.2), получим где величина е 2 (13! А) * В. И. де Гааз (1878 .1960) — нидерландский физик. называется гиромагнитным отношением орбитальных моментов (общепринято писать со знаком « — », указывающим на то, что направления моментов противоположны). Это отношение, определяемое универсальными постоянными, одинаково для любой орбиты, хотя для разных орбит значения а и г различны.

Формула (!31.4) выведена для круговой орбиты, но она справедлива н для эллиптических орбит. Экспериментальное определение гиромагнитного отношения проведено в опытах Эйнштейна и де Гааза * (1915), которые наблюдали поворот свободно подвешенного на тончайшей кварцевой вити железного стержни при его намагничении во внешнем магнитном поле (па обмотке соленоида пропускался переменный ток с часто- той, равной частоте крутильных колебаний стержня). При исследовании вынужденных крутильных колебаний стержня определялось гиромагиитное отношение, которое оказалось равным — (е/ш). Таким образом, знак носителей, обусловливающих молекулярные токи, совпадал со знаком заряда электрона, а гиромагнитное отношение оказалось в два раза ббльшим, чем введенная ранее величина и [см.

(13!.4)). Для обьяснения этого результата, имевшего большое значение для дальнейшего развития физики, было предположено, а впоследствии доказано, что кроме орбитальных моментов (см. (131.!) н (13!.2)) электрон обладает собственным механическим моментом импульса Е„, называемым спином. Считалось, что спин обусловлен вращением электрона вокруг своей оси, что привело к целому ряду противоречий.

В настоящее время установлено, что спин является неотьемлемым свойством электрона, подобно его заряду и массе. Спину электрона Б„соответствует собственный (спиновый) магнитный момент р„,„ пропорциональный Б„ и направленный в противоположную сторону: р =к(« (13! .5) Величина и, называется гнромагннтным отношением спнновых моментов. Проекция собственного магнитного момента на направление вектора В может принимать только одно из следующих двух значений: «а Р в ~ ~ив '2гл где й=й/(2п) (л — постоянная Планка), )гв — магнетон Бора, являющийся едини- цей магнитного момента электрона. В общем случае магнитный момент электрона складывается из орбитального и спииового магнитных моментов. Магнитный момент атома, следовательно, складывается из магнитных моментов входящих в его состав электронов и магнитного мо- мента ндра (обусловлен магнитными моментами входящих в ядро протонов и ней- тронов), Однако магнитные моменты ядер в тысячи раз меныне магнитных моментов электроьов, поэтому ими пренебрегают.

! л а и а !б Э1ш пкыые свой~гав иг пес~на эоэ Таким образом, общий магнитный момент атома (молекулы) р, равен векторной сумме магнитных моментов (орбитальных и спнновых) входящих в атом (молекулу) электронов; Ра ~ Рп +~ Рпы (! 3! .6) Еще раз обратим внимание иа то, что при рассмотрении магнитных моментов электронов и атомов мы пользовалнсь классической теорией, не учитывая ограничений, накладываемых на движение электронов законами киантовой механики. Однако это не противоречит полученным результатам, так как для дальнейшего обьяснения намагничивания веществ существенно лишь то, что атомы обладают магнитными моментами.

Характеристики

Список файлов книги