Ответы на теорию (1115704), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

,

где α — угол между векторами магнитной индукции и тока.

Сила dF максимальна когда элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции ( ):

.

Из лекций:

Бесконечно малый отрезок проводника, по которому проходит ток, принято называть элементом тока.

Опыты показывают, что два элемента тока взаимодействуют друг с другом. Принятые представления заставляют нас предположить, что это взаимодействие осуществляется посредством магнитного поля.

Ампер: величина сил взаимодействия двух элементов определяется выражением:

,

,

Величина k как и прежде введена из соображений размерности. В системе СИ она равна ₀ 4; значение постоянной ₀ , которую принято называть магнитной постоянной вакуума, записывается так:

₀ = 4  10 ^–7 .

Для определения силы как вектора закон Ампера должен быть изменен так, чтобы справа стояло векторное произведение:

, .

Сила Лоренца — сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. Силой Лоренца называют иногда силу, действующую на движущийся со скоростью заряд лишь со стороны магнитного поля, нередко же полную силу — со стороны электромагнитного поля вообще иначе говоря, со стороны электрического и магнитного полей в системе СИ:

где: — заряд частицы;

— скорость частицы;

— магнитная индукция поля.

Тогда, полная сила: при движении заряженной частицы в электромагнитном поле на неё будут действовать и электрическое, и магнитное поле, а полная сила есть сумма сил со стороны первого и второго:

где: — напряжённость электрического поля;

— сила, действующая со стороны электрического поля;

Из учебника:

На всякий заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца.

Из этой формулы следует что сила Лоренца перпендикулярна как В, так и скорости v движущегося заряда и имеет модуль , где α – угол между векторами скорости и магнитной индукции.

Из этого следует, что ускорение заряда, движущегося в магнитном поле, нормально траектории, т.е. сила Лоренца не изменяет величины скорости, а изменяет только ее направление. Поэтому при движении зпаряда в магнитном поле его кинетическая энергия постоянна.

Движение заряда в магнитном поле

Пусть материальная точка с массой m и зарядом q в однородном магнитном поле, начальная скорость v образует с В угол α. Движение можно разложить на движение вдоль оси В, и движение по перпендикулярной к ней плоскости. Пеперь сила Лоренца имеет модуль и лежит в плоскости, перпендикулярной В, а модуль составляющей скорости в этой плоскости . Траектория заряда в перпендикулярной вектору В плоскости- окружность, радиус которой определяется из условия: . Значит

Движение вдоль вектора В равномерно со скоростью , т.к.проекция силы Лоренца на это направление равна нулю. Таким образом траектория результирующего движения – винтовая линия, т.е. частица как бы навивается на линии магнитной индукции.

26. Самоиндукция. Индуктивность. Магнитная энергия контура.

Важным частным случаем электромагнитной индукции является самоиндукция, т.е. возникновение ЭДС индукции в самом проводнике, порождающим изменяющееся магнитное поле. В строгой теории электромагнетизма показано, что величина магнитного потока, окружающего проводник с током, пропорциональна силе этого тока Ф = L I, где коэффициент пропорциональности L носит название коэффициента самоиндукции или индуктивности.

Качественные соображения о пропорциональности между Ф и I вытекают из закона Био-Савара-Лапласа, где установлено, что В I. Значения L определяются геометрическими свойствами проводника. Единицей измерения L в системе СИ служит Генри.

1Генри =1Вебер/Ампер.

Учитывая взаимосвязь Ф и L, можно записать

E_сам = - .

Если проводник не изменяет своей формы с течением времени, то dL/dt = 0, и

E_сам = - .

Для одного витка длинного соленоида Ф =ВS= ₀ nIS, и, если полное число витков соленоида равно N= nl_c, , то общий поток через весь соленоид Ф₀ = Ф N = ₀ n²l_c IS, откуда

L = ₀ n²l_cS.

Магнитная энергия контура

Пусть имеется электрическая цепь, состоящая из источника постоянного тока, сопротивления и катушки индуктивности L. Предположим, что в некоторый момент времени источник мгновенно удаляется из цепи, которая остается замкнутой. Как следствие явления самоиндукции ток в цепи не исчезнет мгновенно, т.к. его будет поддерживать возникшая ЭДС самоиндукции. В процессе убывания тока сторонние силы, ответственные за явление самоиндукции, совершат некоторую работу. За малый промежуток времени dt, когда ток и ЭДС остаются практически неизменными, сторонние силы совершат работу dA = E_самdq, где dq =Idt, или, используя выражение для ЭДС самоиндукции, dA= -IdtL dI/dt, т.е.

dA=-LidI.

Полную работу сил можно найти, суммируя малые работы dA за весь период исчезновения тока:

.

По закону сохранения энергии эта работа может быть совершена лишь за счет энергии W, которой обладает катушка с током, поэтому

.

Эту энергию можно приписать магнитному полю катушки (соленоида). Считая соленоид достаточно длинным, можно использовать формулу, связывающую индукцию поля в соленоиде с током: B =₀ nI, откуда I = B/₀ n. Подставляя это соотношение, а также значение L для соленоида в выражение для энергии катушки, получаем:

.

Тогда плотность магнитной энергии, т.е. энергии, приходящейся на единицу объема V=l_cS,

равна

w = .

33.Оптический диапазон шкалы ЭМ волн. Свет. Приближение геометрической оптики. Прямолинейное распространение света. Законы отражения и преломления. Принцип Гюйгенса.

Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом. Нередко, под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра.

Видимый свет — электромагнитное излучение с длинами волн ≈ 380—760 нм (от фиолетового до красного).

Геометри́ческая о́птика — раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств.

Краеугольным приближением геометрической оптики является понятие светового луча. В этом определении подразумевается, что направление потока лучистой энергии (ход светового луча) не зависит от поперечных размеров пучка света.

В силу того, что свет представляет собой волновое явление, имеет место интерференция, в результате которой ограниченный пучок света распространяется не в каком-то одном направлении, а имеет конечное угловое распределение т.е имеет место дифракция. Однако в тех случаях, когда характерные поперечные размеры пучков света достаточно велики по сравнению с длиной волны, можно пренебречь расходимостью пучка света и считать, что он распространяется в одном единственном направлении: вдоль светового луча.

Закон прямолинейного распространения света : в прозрачной однородной среде свет распространяется по прямым линиям. В связи с законом прямолинейного распространения света появилось понятие световой луч, которое имеет геометрический смысл как линия, вдоль которой распространяется свет. Реальный физический смысл имеют световые пучки конечной ширины. Световой луч можно рассматривать как ось светового пучка. Поскольку свет, как и всякое излучение, переносит энергию, то можно говорить, что световой луч указывает направление переноса энергии световым пучком. Также закон прямолинейного распространения света позволяет объяснить, как возникают солнечные и лунные затмения.

Закон отражения света — устанавливает изменение направления хода светового луча в результате встречи с отражающей (зеркальной) поверхностью: падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей поверхности в точке падения, и эта нормаль делит угол между лучами на две равные части. Широко распространённая, но менее точная формулировка «угол падения равен углу отражения» не указывает точное направление отражения луча.

Закон Снелла преломления света описывает преломление света на границе двух сред. Также применим и для описания преломления волн другой природы, например звуковых.

Угол падения света на поверхность связан с углом преломления соотношением

Здесь:

n₁ — показатель преломления среды, из которой свет падает на границу раздела;

α₁ — угол падения света — угол между падающим на поверхность лучом и нормалью к поверхности;

n₂ — показатель преломления среды, в которую свет попадает, пройдя границу раздела;

α₂ — угол преломления света — угол между прошедшим через поверхность лучом и нормалью к поверхности.

Принцип Гюйгенса — Френеля — основной постулат волновой теории, описывающий и объясняющий механизм распространения волн, в частности, световых.

Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.

34. Интерференция. Оптическая длина пути. Когерентность. Интерференционная картина от двух монохроматических источников.

Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрывания пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.

Первый эксперимент по наблюдению интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И. Ньютону. Он наблюдал интерференционную картину, возникающую при отражении света в тонкой воздушной прослойке между плоской стеклянной пластиной и плосковыпуклой линзой большого радиуса кривизны (рис. 3.7.1). Интерференционная картина имела вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона (рис. 3.7.2).

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)