Ответы на билеты по физике (1109819), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Величина ξi не зависит от способа, которым осуществляетсяизменение магнитного потока , и определяется лишь скоростью изменения магнитногопотока. При изменении знака скорости изменения направление ЭДС индукции такжеменяется.Рассмотрим следующий пример. На рисунке изображен контур 1, силу тока в котором I1можно изменять с помощью реостата Этот ток создает магнитное поле, пронизывающееконтур 2.
Если увеличивать ток I1, поток магнитной индукции Ф через конутр 2 будетрасти.Это приведет к появлению в контуре 2 индукционного тока I2, регистрируемогогальванометре. Уменьшение тока I1 обусловит убывание магнитного потока через второйконтур, что приведет к появлению в нем индукционного тока иного направления, чем впервом случае. Индукционный ток I2 можно вызвать также приближая контур 2 к контуру1 или удаляя второй контур от первого.
В обоих случаях направления возникающего токапротивоположны. Наконец, электромагнитную индукцию можно вызвать, не перемещаяконтур 2 поступательно, а поворачивая его так, чтобы изменялся угол между нормалью кконтуру и направлением поля.Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействоватьпричине, его вызывающей.Пример.
При увеличении тока возрастает магнитная индукция поля первого контура, чтовызывает увеличение магнитного потока через него. По правилу Ленца это вызываетиндукционный ток, направленный противоположно току в первом контуре., значит, подставляя предыдущее выражение можно получить:. Знак«-» в формуле говорит о направлении индукционного тока.ЭДС индукции в движущихся проводникахРассмотрим проводник длиной l, движущийся в однородном магнитном поле с индукциейB, направленной перпендикулярно движению проводника и перпендикулярно самомупроводнику. При этом сам проводник движется со скоростью v.По определению,, где- работа сторонних сил по перемещению заряда.
Вкачестве сторонней силы можно рассмотреть силу Лоренца, действующую на заряды впроводнике. Таким образом,Подставляя полученное выражение для работы сторонних сил, можно получить:- ЭДС индукции, возникающая в движущемся со скоростью v проводнике длинойl в магнитом поле с индукцией B.Вопрос 34. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Плотностьэнергии магнитного поля.Электрический ток, текущий в любом контуре, создает пронизывающий этот контурмагнитный поток Ψ. При изменениях I изменяется также и Ψ, вследствие чего в контуреиндуцируется ЭДС Это явление называется самоиндукцией.В соответствии с законом Био-Савара-Лапласа магнитная индукция B пропорциональнасиле тока, вызвавшего поле. Отсюда вытекает, что ток I в контуре и создаваемый имполный магнитный поток Ψ через контур пропорциональны друг другу:.Коэффициент пропорциональности L между силой тока и полным магнитным потокомназывается индуктивностью контура.
Если магнитная проницаемость среды,которой окружен контур, не зависит от напряженности магнтного поля H, то L=const.Помимо магнитных свойств среды индуктивность контура зависит от его геометрии (т.е.,от размеров и форм).Индуктивность контура также называют коэффициентом самоиндукции.ЭДС самоиндукции:- по определению.(т.к.,Энергия магнитного поля.Рассмотрим цепь, состоящую из источника тока , катушки L и резистора R, соединенныхпоследовательно, а также ключа K, соединенного параллельно источнику тока. Еслипренебречь сопротивлением источника тока, то.В момент времени t=0 отключаем источник тока, замкнув одновременно цепь ключом K.Как только сила тока в цепи начнет убывать, возникнет ЭДС самоиндукии,противодействующая этому убыванию. Сила тока в цепи будет удолетворять уравнению:илиПолученное уравнение представляет собой линейное однородное дифференциальноеуравнение первого порядка, решающееся методой разделения переменных:Отсюда, где- постоянная интегрирования.
Припотенцировании данного соотношения получаем:Полученное выражение является общим решением уравнения. Значение константынайдем из начальных условий. В момент времени t=0 сила тока имела значениеследовательно.Подставив это выражение в значение силы тока, получим:,Таким образом, после отключения источника ЭДС сила тока в цепи не обращаетсямгновенно в нуль, а убывает по экспоненциальному закону, приведенному выше.Скорость убывания определяется имеющей размерность времени величиной:которую называют постоянной времени цепи. То есть:.Работа сторонних сил по перемещению заряда равна:. Отсюда:, а,поскольку никаких других изменений в окружающихэлектрическую цепь телах не происходит, остается заключить, что магнитное полеявляется носителем энергии, за счет которой и совершается работа.
Таким образом:- объемная плотность энергии магнитного поля.,Вопрос 35. Магнитное поле в веществе. Магнитный диполь. Поле диполя. Магнитныйдиполь во внешнем поле. Намагничивание среды. Магнитная проницаемость вещества.Типы магнетиков.Магнитный диполь. Поле диполя.Магнитный момент:, где I – сила тока в магнитном диполе, S – площадьмагнитного диполя, - нормаль к площади. Таким образом, магнитный дипольпредставляет собой круговой ток.По закону Био-Савара-Лапласа можно рассчитать, что магнитная индукция поля диполяпо оси OX, проходящей через центр кругового тока, равна:Элементарный магнитный диполь: x>>R (расстояние от диполя до точки намного большеразмеров диполя):Магнитный диполь во внешнем поле.Если рассмотрет рамку с током, находящуюся в магнитном поле с индукцией , то еевращательный момент будет равен:. При α=0 вращательный момент рамкиравен нулю.
При dα>0. Принятно считать, что потенциальнаяэнергия диполя во внешнем поле равна нулю (U=0 при α=π/2).Когда диполь ориентировался в магнитном поле относительно линий , он можетвтягиваться в большее магнитное поле.Магнитные свойства среды.Замечание: разговор далее пойдет об однородной изотропной среде (газе или жидкости),случаи твердых и кристаллических тел требуют отдельного рассмотрения.Всякое вещество является магнетиком, т.е., способно под действием магнитного поляприобретать магнитный момент (намагничиваться). Намагниченное вещество создаетмагнитное поле , которое накладывается на обусловленное токами поле .
Оба этихполя в сумме дают результирующее поле:. Для объяснения намагничения телАмпер предложил, что в молекулах вещества циркулируют круговые (молекулярные) токи(гипотеза Ампера). Каждый такой ток обладает магнитным диполем и создает вокружающем пространстве магнитное поле.
В отсутствии внешнего магнитного полямолекулярные токи ориентированы беспорядочным образом, вследствие чегообусловленное ими результирующее поле равн нулю. Под действием поля магнитныемоменты приобретают преимущественно ориентацию в одном направлении, вследствиечего магнетик намагничивается – его суммарный магнитный момент становитсяотличным от нуля. Магнитные поля отдельных токов уже не компенсируют друг друга ивозникает поле .Намагничене магнетика естестенно характеризовать магнитным моментом ебиницыообъема. Эту величину называют намагниченностью и обозначают буквой . Еслимагнетик намагничен неоднородно, то намагниченность в данной точе определяетсяследующим выражением:, где- физичеки бесконечно малый объем,взятый в окрестности рассматриваемой точки,- магнитный момент отдельноймолекулы.
Таким образом, намагниченность – функция координат:.и, где- магнитная восприимчивость среды.По определению,В итоге получаем, что.Типы магнетиков:1)Парамагнетики (Al, Pt, FeCl3). Их магнитная восприимчивость незначительнопревышает единицу (µ(FeCl3)=1,0025), магнитный момент НЕ равен нулю – наличиенеспаренных электронов обеспечивает спиновый магнетизм. Причина:, а значити µ>1.2)Диамагнетики (Cu, H2O, Bi) Их магнитная восприимчивость незначительноменьше единицы (µ(Bi)=0,99983), магнитный момент равен нулю вследствие отсутствиянеспаренных электронов (спиновый магнетизм скомпенсирован).
Причина:,, а значити µ<1 (ларморова прецессия).3)Ферромагнетики (Fe, Co, Ni, Gd и некоторые другие).µ>>1( 106). Природаферромагнетизма также заключаетя в спиновом магнетизме. Ферромагнетики обладаютдоменной структурой. Домены – это области спонтанной намагниченности, имеютразмеры порядка 10-6-10-5 м. В пределах каждого домена ферромагнетик спонтаннонамагничен до насыщения и обладает определенным магнитным моментом. В магнитномполе идет перестройка доменной структуры и магнитные моменты, направленныеизначально хаотично, становятся сонаправленными (поворачиваются в направленииполя).
При определенной температуре (точке Кюри) области спонтанногонамагничивания распадаются и вещество утрачивает свои ферромагнитные свойства.Вопрос 36. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Трактовка Максвеллаявления электромагнитной индукции. «Ток смещения». Система уравнений Максвелла.Электромагнитная индукция.Рассмотрим случай электромагнитной индукции, когда проволочный контур, в котороминдуцируется ток, неподвижен, а изменения магнитного поток обусловлены изменениямимагнитного поля. Возникновение индукционного тока свидетельствует о том, чтоизменения магнитного поля вызывают появление в контуре сторонних сил, действующихна носители тока.Эти сторонние силы не связаны ни с химическими, ни с тепловымипроцесами в природе, они также не могут быть магнитными силами, потому что такиесилы не совершают работу над зарядами.
Остается заключить, что индукционный токобусловлен возникающим проводе электрическим полем с напряженностью . ЭДСравна циркуляции вектора напряженности по данному контуру:Подстановка в формулу закона электромагнитной индукции полученного выражения ивыражения для магнитного потока приводит к соотношению:Таким образом, переменное по времени магнитное поле порождает электрическое поле.«Ток смещения».Максвелл обобщил закон полного тока, предположив, что переменное электрическоеполе, так же как и электрический ток, является источником магнитного поля.Количественной мерой магнитного действия переменного электрического поля служитток смещения.или, где- ток смещения (- плотность токасмещения).Система уравнений Максвелла.Обобщенная сила Лоренца и система уравнений Максвелла представляют собойфундаментальные знания об электромагнетизме на конец XIX векаПримечание: второе уравнение представляет собой теорему Гаусса для магнитного поля(магнитных зарядов нет!).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
