yavor1 (553178), страница 90
Текст из файла (страница 90)
д. Б зависимости от состава и характера обработки можно получить ферриты с разнообразными свойствами. Так, коэрцитивная сила никель-цинковых ферритов составляет примерно 1 Аlм, а у кобальтовых ферритов — около 2 10' А/м. У магний-марганцевых ферритов гистерезисная петля близка к прямоугольной (рнс. 42.18), что позволяет применять их в качестве элементов запоминающих устройств в электронных вычислительных машинах.
Магнитная индукция у ферритов значительно меньше, чем у металлических ферромагнетиков. Но ферриты обладают одним важным преимуществом: если металлические ферромагнетики являются хорошими проводниками электрического тока, то ферриты обладают сравнительно низкой электропроводностью. Это позволяет использовать ферриты в качестве сердечников устройств, работающих на токах высокой частоты, где применять стальные сердечники невозможно. ГЛАВА 43 ВлектРОИАГнитнАя индукция $43.1. Открытие Фарадея 1. Основываясь на том, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле, Фарадей еще в 1821 г. пришел к выводу, что с помощью магнитного поля можно создать ток в проводнике.
Об этом свидетельствуег запись в его дневнике за этот год: «Превратить магнетизм в электричество». Однако лишь через десять лет, после напряженных исканий, ему наконец удалось решить эту задачу. Фарадей обнаружил, что если намотать на какой-либо сердечник две обмотки и в одной из них менять силу тока (напрнмер, замыкая или размыкая цепь), то во вторичной обмотке возникнет ток.
Затем он установил, что ток во вторичной обмотке резко усиливаегся, если сердечником является железо, Далее оказалось, что обмотку с током можно заменить магнитом и ток в катушке возникает либо при перемещении катушки относительно магнита, либо, наоборот, при перемещении магнита в катушке. 2. С открытием Фарадея началась новая эра как в теории электромагнетизма, так и в ее практических приложениях. Было окончательно обосновано единство электрических и магнитных явлений, что послужило толчком для разработки теории электромагнитного поля.
Это удалось сделать Максвеллу в семидесятых годах прошлого 433 столетия. С другой стороны, открытие Фарадея послужило базой для развития современной электротехники, так как в основе действия всех современных электрических машин лежит явление электромагнитной индукции. 5 43.2. Явление электромагнитной индукции и сила Лоренца 1.
Механизм возникновения индукционного тока в движущемся проводнике можно объяснить с помощью силы Лоренца. Пусть проводник, в котором имеются свободные положительные и отрицательные заряды, движется со скоростью и перпендикулярно направлению вектора индукции В (рис.
43.1) В этом случае на заряды действует сила Лоренца Е =ИВ, направленная согласно правилу левой руки ($ 41,1) вдоль провод- 4~ ника. в Ю Под действием силы Лоренца происходит рпэйеление зарядов: положительные заряды накапливаются на одном конце проводника, отрицательные — на другом. Эти заряды 3 создают внутри проводника электростатиче- ,~)) ! скос кулоновское поле. Если проводник ра- зомкнут, то движение зарядов под действием Рис. 43 Ц силы Лоренца будет происходить до тех пор, пока электрическая сила, действующая на заряд со стороны кулоновского поля, не уравновесит силу Лоренца. Мы видим, что действие лоренцовых сил аналогично действию некоторого электрического поля, которое было бы направлено У днеши ~биешн Рис 43 2.
против кулоновского поля. Поскольку это поле вызвано не распределением зарядов, а неэлектростатическими (в нашем случае— лоренцовыми) силами, то это поле является сторонним полем. Напряженность стороннего поля Е' = г' /д = оВ. (43 1) 2. Замкнем проводник, движущийся в магнитном поле, на внешнюю нагрузку, как это изображено на рис. 43.2. Опыт показывает, что в этом случае разность потенциалов окажется меньше, 434 чем при разомкнутой цепи; соответственно уменьшится и напряженность кулоновского поля внутри проводника.
Напряженность стороннего поля определяется лишь скоростью проводника и индукцией магнитного поля. Следовательно, она не изменится при замыкании цепи. Таким образом, если в разомкнутом проводнике напряженности кулоновского и стороннего поли равны, то в замкнутой цепи напряженность кулоновского поля меньше напряженности стороннего поля. 3. Проследим теперь за направлением движения носителей тока. Направление тока определяется направлением движения положительных зарядов вдоль поля, т, е. из области с более высоким потенциалом в область с низким потенциалом. Во внешнем участке цепи положительные заряды движутся из области с потенциалом «р, в область с потенциалом «р, под действием электрического поля с напряженностью Е, .
Работа, совершаемая этим полем при перемещении заряда, равна А,„, „= «1 («р« — «р,). (43.2) Во внутреннем участке положительные заряды движутся из области с низким потенциалом «р, в область с более высоким потенциалом «р«. Это возможно потому, что в данном случае сторонние силы (силы Лоренца) больше кулоновских сил, которые противодействуют движению зарядов. Работа, совершаемая при перемещении заряда во внутреннем участке цепи, равна разности работ, совершаемых сторонним и кулоновским полями; кулоновские силы являются консервативными, и их работа не зависит от формы траектории (см.
$ 18.7). Итак, работа по перемещению заряда во внутреннем участке цепи А,„гр — — «71 (Е' — Е,,) = ц! и  — «7 («р, — «р«) . $43.3. Электродвижущая сила индукции 1. Воспользовавшись уравнениями (39.11) и (43.1), получим выражение для э. д. с. индукции: В = Е'1 = оВЕ (43.4) Заметим, что мы рассмотрели случай, когда вектор скорости перпендикулярен вектору индукции магнитного поля. Предоставляем читателю возможность доказать, что в общем случае «г7=ВЬз!па, (43.5) где «х — угол между направлением вектора скорости и вектора ин.
дукции магнитного поля. 2. Вычислим работу, совершаемую при перемещении заряда по замкнутой цепи. Сопоставив выражения (43.3), (43.4) и (43.2), получим А„„= А„, + А,„„, = «) («р,— «р,)+ «7Ь — у («р,— «р,) = «)ЬВ «««8 А«~ор 435 Отсюда следует (43.6) ег= А„„„„/д. Итак, мы видим, что работа по перемещению заряда по замкнутой цепи равна работе сторонних сил. Это позволяет дать другое определение понятию э. д.
сл электродвижущая сила равна отношению работы, которая совершается при перемещении заряда по замкнутой цепи один раз, к величине перемещаемого заряда. $43.4. Явление индукции в неподвижном проводнике 1. Чтобы выяснить механизм явления электромагнитной индукции в неподвижном проводнике, воспользуемся схемой, изображенной на рис. 43.3. Здесь система отсчета хуг связана с замкнутым проводником, а система отсчета х'у'г' — с источником магнитного поля, например с постоянным магнитом. Пусть проводник и магнит приближаются друг к другу со скоростью о. Вл Рис. 43.3. В сисгеме отсчета хуг, связанной с проводником, заряды неподвижны относительно системы отсчета, следовательно, сила Лоренца на них действовать не может. Тем не менее при приближении магнита к проводнику в последнем возникает ток.
Этот результат полностью соответствует принципу относительности, согласно которому все ннерциальные системы отсчета равноправны и явления (в данном случае ток) определяются лишь относительной скоростью сближения проводника и магнита. Но все жс нас интересует, какие силы в этом случае вызывают циркуляцию зарядов по проводнику? 2. Известно, что движение зарядов может возникнуть либо под действием электрических сил, либо под действием сил Лоренца. Поскольку в системе отсчета худ, связанной с проводником, силы Лоренца ие действуют, мы заключаем, что ток в проводнике вызывается индуцироэанным электрическим полем, которого ист в системе х'у'г'.
436 Индуцированное электрическое поле обладает некоторыми осо. бенностями: а) Это поле не является кулоновским — оио вызвано не каким-то распределением зарядов, а приближением к проводнику магнита (т. е. источника магнитного поля). б) В отличие от силовых линий кулоновского поля, которые начинаются на положительных и заканчиваются наотрицательных зарядах, силовые линии индуцированного поля замкнуты салем на себя. Поэтому дащ<ое поле называют вихревь<м.
в) Инду<(ированное поле не является консервативным, поскольку работа, совершаемая этим полем при перемещении заряда по замкнутой цепи, не равна нулю. Следовательно, энергетической характеристикой индуцированного поля является не потенциал, а электродвижущая сила индукции (э.д.с. индукции). $43.5. Напряженность индуцированного поля 1. Найдем напряжеаность индуцированного электрического поля. В системе отсчета х'у'г' (рис.
43.3) иа варях действует сила Лоренца Р<ч=- дэВ', в системе хуг — электрическая <нла Р, =оЕ. Соотношение между этими снламн мы получили в 4 40.2, а именно Е' = Е )<г! — ог(с'. Итак, дпВ' = ЧЕР' 1 — огlс' илн Е= )<' 1 — ох(сх ' 2. Электродвнжущая сила в системе х'р'г' численно равна работе, совершаемой стороннимн (в данном случае — лоренцовыми) силами при перемещении единичного заряда:~г' = Е Рч = оВ'!.
В системе отсчета хвг э. д. с. численно равна работе, совершаемой иидуцнрованным элентрическим полем прн перемещении единичного заряда по замкнутой цепи один раа, т. е. вУ == Е!(<) = Е!. Но длина проводника в обеих системах одна и та же, так как он расположен перпендикулярно направлению движения; напряженность индуцированного поля выражается формулон (43.7). Итак, Р 1 — ог(сг )< 1 — ог,ссг Обычно при явлении электромагнитной индукции скорость движеция проводников значительно меньше скорости света, н практически э. д. с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
