Як змінюється магнітний. Магнітні секрети старовинних кораблів

При підключенні до двох паралельних провідників електричного струму, вони будуть притягатися або відштовхуватися, в залежності від напрямку (полярності) підключеного струму. Це пояснюється явищем виникнення матерії особливого роду навколо цих провідників. Ця матерія називається магнітне поле (МП). Магнітної силою називається сила, з якою провідники діють один на одного.

Теорія магнетизму виникла ще в давнину, в античної цивілізації Азії. У Магнезії в горах знайшли особливу породу, шматки якої могли притягатися між собою. За назвою місця цю породу назвали «Магнетик». Стрижневий магніт містить два полюси. На полюсах особливо сильно виявляються його магнітні властивості.

Магніт, що висить на нитці, своїми полюсами буде показувати сторони горизонту. Його полюса будуть повернені на північ і південь. На такому принципі діє пристрій компаса. Різнойменні полюси двох магнітів притягуються, а однойменні відштовхуються.

Вчені виявили, що намагнічена стрілка, що знаходиться біля провідника, відхиляється при проходженні по ньому електричного струму. Це говорить про те, що навколо нього утворюється МП.

Магнітне поле впливає на:

Переміщаються електричні заряди.
Речовини, звані феромагнетиками: залізо, чавун, їх сплави.

Постійні магніти - тіла, що мають загальний магнітний момент заряджених частинок (електронів).

1 - Південний полюс магніту
2 - Північний полюс магніту
3 - МП на прикладі металевих тирси
4 - Напрямок магнітного поля

Силові лінії з'являються при наближенні постійного магніту до паперового аркуша, на який насипано шар залізної тирси. На малюнку чітко видно місця полюсів з орієнтованими силовими лініями.

Джерела магнітного поля

• Електричне поле, що міняється в часі.
• Рухливі заряди.
• Постійні магніти.

З дитинства нам знайомі постійні магніти. Вони використовувалися в якості іграшок, які притягували до себе різні металеві деталі. Їх прикріплювали до холодильника, вони були вбудовані в різні іграшки.

Електричні заряди, які знаходяться в русі, найчастіше мають більше магнітної енергії, в порівнянні з постійними магнітами.

властивості

• Головною відмінністю і властивістю магнітного поля є відносність. Якщо нерухомо залишити заряджене тіло в деякій системі відліку, а поруч розташувати магнітну стрілку, то вона вкаже на північ, і при цьому не «відчує» стороннього поля, крім поля землі. А якщо заряджене тіло почати рухати біля стрілки, то навколо тіла з'явиться МП. В результаті стає ясно, що МП формується тільки при пересуванні деякого заряду.
• Магнітне поле здатне впливати і впливати на електричний струм. Його можна виявити, якщо проконтролювати рух заряджених електронів. У магнітному полі частинки з зарядом відхиляться, провідники з струмом, що протікає будуть переміщатися. Рамка з підключеним харчуванням струму стане повертатися, а намагнічені матеріали перемістяться на деяку відстань. Стрілка компаса найчастіше забарвлюється в синій колір. Вона є смужкою намагніченою стали. Компас орієнтується завжди на північ, так як у Землі є МП. Вся планета - це як великий магніт зі своїми полюсами.

Магнітне поле не сприймається людськими органами, і може фіксуватися тільки особливими приладами і датчиками. Воно буває змінного і постійного виду. Змінне поле зазвичай створюється спеціальними індукторами, які функціонують від змінного струму. Постійне поле формується незмінним електричним полем.

Правила

Розглянемо основні правила зображення магнітного поля для різних провідників.

правило свердлика

Силова лінія зображується в площині, яка розташована під кутом 90 0 до шляху руху струму таким чином, щоб в кожній точці сила була спрямована по дотичній до лінії.

Щоб визначити напрямок магнітних сил, потрібно згадати правило гвинта з правою різьбою.

Буравчик потрібно розташувати по одній осі з вектором струму, рукоятку обертати таким чином, щоб буравчик рухався в бік його напрямки. В цьому випадку орієнтація ліній визначиться обертанням рукоятки гвинта.

Правило свердлика для кільця

Поступальне переміщення свердлика в провіднику, виконаному у вигляді кільця, показує, як орієнтована індукція, обертання збігається з плином струму.

Силові лінії мають своє продовження всередині магніту і не можуть бути роз'єднаними.

Магнітне поле різних джерел підсумовуються між собою. При цьому вони створюють загальне поле.

Магніти з однаковими полюсами відштовхуються, а з різними - притягуються. Значення сили взаємодії залежить від віддаленості між ними. При наближенні полюсів сила зростає.

Параметри магнітного поля

• Зчеплення потоків ( Ψ ).
• Вектор магнітної індукції ( В).
• Магнітний потік ( Ф).

Інтенсивність магнітного поля обчислюється розміром вектора магнітної індукції, яка залежить від сили F, і формується струмом I по провіднику, що має довжину l: У \u003d F / (I * l).

Магнітна індукція вимірюється в Тесла (Тл), в честь вченого, який вивчав явища магнетизму і займався їх методами розрахунку. 1 Тл дорівнює індукції магнітного потоку силою 1 Н на довжині 1 м прямого провідника, що знаходиться під кутом 90 0 до напрямку поля, при протікає струмі в один ампер:

1 Тл \u003d 1 х Н / (А х м).

Правило лівої руки

Правило знаходить напрямок вектора магнітної індукції.

Якщо долоню лівої руки розмістити в полі, щоб лінії магнітного поля входили в долоню з північного полюса під 90 0, а 4 пальці розмістити за течією струму, великий палець покаже напрям магнітної сили.

Якщо провідник знаходиться під іншим кутом, то сила буде прямо залежати від струму і проекції провідника на площину, що знаходиться під прямим кутом.

Сила не залежить від виду матеріалу провідника і його перетину. Якщо провідник відсутня, а заряди рухаються в іншому середовищі, то сила не зміниться.

При напрямку вектора магнітного поля в одну сторону однієї величини, поле називається рівномірним. Різні середовища впливають на розмір вектора індукції.

магнітний потік

Магнітна індукція, що проходить по деякій площі S і обмежена цією площею, є магнітним потоком.

Якщо площа має нахил на деякий кут α до лінії індукції, магнітний потік знижується на розмір косинуса цього кута. Найбільша його величина утворюється при знаходженні площі під прямим кутом до магнітної індукції:

Ф \u003d В * S.

Магнітний потік вимірюється в такій одиниці, як «Вебер», Який дорівнює протіканням індукції величиною 1 Тл за площею в 1 м 2.

потокосцепление

Таке поняття застосовується для створення загального значення магнітного потоку, який створений від деякого числа провідників, що знаходяться між магнітними полюсами.

У разі, коли однаковий струм I протікає по обмотці з кількістю витків n, загальний магнітний потік, утворений усіма витками, є потокозчеплення.

потокосцепление Ψ вимірюється в Вебера, і так само: Ψ \u003d n * Ф.

магнітні властивості

Магнітна проникність визначає, наскільки магнітне поле в певному середовищі нижче або вище індукції поля в вакуумі. Речовина називають намагніченим, якщо воно утворює своє магнітне поле. При приміщенні речовини в магнітне поле у \u200b\u200bнього з'являється намагніченість.

Вчені визначили причину, по якій тіла отримують магнітні властивості. Відповідно до гіпотези вчених всередині речовин є електричні струми мікроскопічної величини. Електрон має свій магнітним моментом, який має квантову природу, рухається по орбіті в атомах. Саме такими малими струмами визначаються магнітні властивості.

Якщо струми рухаються безладно, то магнітні поля, викликані ними, самокомпенсіруются. Зовнішнє поле робить струми впорядкованими, тому формується магнітне поле. Це є намагниченностью речовини.

Різні речовини можна розділити за властивостями взаємодії з магнітними полями.

Їх поділяють на групи:

парамагнетики - речовини, що мають властивості намагнічування в напрямку зовнішнього поля, що володіють низькою можливістю магнетизму. Вони мають позитивну напруженість поля. До таких речовин відносять хлорне залізо, марганець, платину і т. Д.
феримагнетики - речовини з неврівноваженими у напрямку і значенням магнітними моментами. У них характерна наявність некомпенсованого антиферомагнетизму. Напруженість поля і температура впливає на їх магнітну сприйнятливість (різні оксиди).
ферромагнетики - речовини з підвищеною позитивною сприйнятливістю, яка залежить від напруженості і температури (кристали кобальту, нікелю і т. Д.).
Діамагнетик - володіють властивістю намагнічування в протилежному напрямку зовнішнього поля, тобто, від'ємне значення магнітної сприйнятливості, яка не залежить від напруженості. При відсутності поля у цього речовини не буде магнітних властивостей. До таких речовин відносяться: срібло, вісмут, азот, цинк, водень і інші речовини.
антиферомагнетики - володіють урівноваженим магнітним моментом, внаслідок чого утворюється низький ступінь намагнічування речовини. У них при нагріванні здійснюється фазовий перехід речовини, при якому виникають парамагнітні властивості. При зниженні температури нижче певної межі, такі властивості з'являтися не будуть (хром, марганець).

Розглянуті магнетики також класифікуються ще за двома категоріями:

магнитомягкие матеріали . Вони мають низьку коерцитивної силою. При малопотужних магнітних полях вони можуть увійти в насичення. При процесі перемагнічування у них спостерігаються незначні втрати. Внаслідок цього такі матеріали використовуються для виробництва сердечників електричних пристроїв, що функціонують на змінній напрузі (, генератор,).
магнітотверді матеріали. Вони мають підвищену величиною коерцитивної сили. Щоб їх перемагнитилось, потрібно сильне магнітне поле. Такі матеріали використовуються у виробництві постійних магнітів.

Магнітні властивості різних речовин знаходять своє використання в технічних проектах і винаходи.

магнітні ланцюга

Об'єднання декількох магнітних речовин називається магнітним ланцюгом. Вони є подобою і визначаються аналогічними законами математики.

На базі магнітних кіл діють електричні прилади, індуктивності,. У функціонуючого електромагніту потік протікає по магнітопровода, виготовленого з феромагнітного матеріалу і повітрю, який не є феромагнетиком. Поєднання цих компонентів є магнітної ланцюгом. Безліч електричних пристроїв у своїй конструкції містять магнітні ланцюги.

Давайте разом розбиратися в тому, що таке магнітне поле. Адже багато людей живуть в цьому полі все життя і навіть не замислюються про нього. Пора це виправити!

Магнітне поле

Магнітне поле - особливий вид матерії. Воно проявляється в дії на рухомі електричні заряди і тіла, які володіють власним магнітним моментом (постійні магніти).

Важливо: на нерухомі заряди магнітне поле не діє! Створюється магнітне поле також рухомими електричними зарядами, або умов, що змінюються в часі електричним полем, або магнітними моментами електронів в атомах. Тобто будь-який провід, по якому тече струм, стає також і магнітом!

Тіло, що володіє власним магнітним полем.

У магніту є полюса, звані північним і південним. Позначення "північний" і "південний" дано лише для зручності (як "плюс" і "мінус" в електриці).

Магнітне поле зображується за допомогою силових магнітних ліній. Силові лінії неперервні і замкнуті, а їх напрям завжди збігається з напрямком дії сил поля. Якщо навколо постійного магніту розсипати металеву стружку, частки металу покажуть наочну картину силових ліній магнітного поля, що виходять з північного і входять в південний полюс. Графічна характеристика магнітного поля - силові лінії.

Характеристики магнітного поля

Основними характеристиками магнітного поля є магнітна індукція, магнітний потік і магнітна проникність. Але давайте про все по порядку.

Відразу відзначимо, що всі одиниці виміру наводяться в системі СІ.

магнітна індукція B - векторна фізична величина, що є основною силовий характеристикою магнітного поля. позначається буквою B . Одиниця виміру магнітної індукції - Тесла (Тл).

Магнітна індукція показує, наскільки сильно поле, визначаючи силу, з якою воно діє на заряд. Дана сила називається силою Лоренца.

тут q - заряд, v - його швидкість в магнітному полі, B - індукція, F - сила Лоренца, з якою поле діє на заряд.

Ф - фізична величина, що дорівнює добутку магнітної індукції на площу контура і косинус між вектором індукції і нормаллю до площини контуру, через який проходить потік. Магнітний потік - скалярна характеристика магнітного поля.

Можна сказати, що магнітний потік характеризує кількість ліній магнітної індукції, що пронизують одиницю площі. Магнітний потік вимірюється в Вебера (Вб).

магнітна проникність - коефіцієнт, що визначає магнітні властивості середовища. Одним з параметрів, від яких залежить магнітна індукція поля, є магнітна проникність.

Наша планета впродовж кількох мільярдів років є величезним магнітом. Індукція магнітного поля Землі змінюється в залежності від координат. На екваторі вона дорівнює приблизно 3,1 на 10 в мінус п'ятого ступеня Тесла. До того ж існують магнітні аномалії, де значення і напрямок поля істотно відрізняються від сусідніх областей. Одні з найбільших магнітних аномалій на планеті - Курська і Бразильська магнітні аномалії.

Походження магнітного поля Землі до сих пір залишається загадкою для вчених. Передбачається, що джерелом поля є рідке металеве ядро \u200b\u200bЗемлі. Ядро рухається, значить, рухається розплавлений залізо-нікелевий сплав, а рух заряджених частинок - це і є електричний струм, який породжує магнітне поле. Проблема в тому, що ця теорія ( геодінамо) Не пояснює того, як поле зберігається стійким.

Земля - \u200b\u200bвеличезний магнітний диполь. Магнітні полюси не збігаються з географічними, хоча і знаходяться в безпосередній близькості. Більш того, магнітні полюси Землі рухаються. Їх зміщення реєструється з 1885 року. Наприклад, за останні сто років магнітний полюс в Південній півкулі змістився майже на 900 кілометрів і зараз знаходиться в Південному океані. Полюс арктичного півкулі рухається через Північний Льодовитий океан до Східно-Сибірської магнітної аномалії, швидкість його пересування (за даними 2004 року) становила близько 60 кілометрів на рік. Зараз спостерігається прискорення руху полюсів - в середньому швидкість зростає на 3 кілометри на рік.

Яке значення магнітного поля Землі для нас? В першу чергу магнітне поле Землі захищає планету від космічних променів і сонячного вітру. Заряджені частинки з далекого космосу не падають прямо на землю, а відхиляються гігантським магнітом і рухаються уздовж його силових ліній. Таким чином, все живе виявляється захищеним від згубної радіації.

За історію Землі відбувалося кілька інверсій (Змін) магнітних полюсів. інверсія полюсів - це коли вони міняються місцями. Останній раз це явище відбулося близько 800 тисяч років тому, а всього геомагнітних інверсій в історії Землі було понад 400. Деякі вчені вважають, що з урахуванням що спостерігається прискорення руху магнітних полюсів наступної інверсії полюсів слід очікувати в найближчі пару тисяч років.

На щастя, в нашому столітті зміни полюсів поки не очікується. А значить, можна думати про приємне і насолоджуватися життям в старому доброму постійному полі Землі, розглянувши основні властивості і характеристики магнітного поля. А щоб Ви могли це робити, існують наші автори, яким можна з упевненістю в успіху доручити частина навчальних клопоту! і інші типи робіт ви можете замовити по посиланню.

Взаємозв'язок електричних і магнітних полів помічена дуже давно. Дану зв'язок ще в 19 столітті виявив англійський вчений-фізик Фарадей і дав йому назву. Вона з'являється в той момент, коли магнітний потік пронизує поверхню замкнутого контуру. Після того як відбувається зміна магнітного потоку протягом певного часу, в цьому контурі спостерігається поява електричного струму.

Взаємозв'язок електромагнітної індукції і магнітного потоку

Суть магнітного потоку відображається відомою формулою: Ф \u003d BS cos α. У ній Ф є магнітним потоком, S - поверхня контуру (площа), В - вектор магнітної індукції. Кут α утворюється за рахунок спрямування вектора магнітної індукції і нормаллю до поверхні контуру. Звідси випливає, що максимального порога магнітний потік досягне при cos α \u003d 1, а мінімального - при cos α \u003d 0.

У другому варіанті вектор В буде перпендикулярний до нормалі. Виходить, що лінії потоку не перетинають контур, а лише ковзають по його площині. Отже, визначати характеристики будуть лінії вектора В, які перетинають поверхню контуру. Для розрахунку в якості одиниці вимірювання використовується вебер: 1 вб \u003d 1в х 1с (вольт-секунда). Ще однією, більш дрібної одиницею виміру служить Максвелл (мкс). Він становить: 1 вб \u003d 108 мкс, тобто 1 мкс \u003d 10-8 вб.

Для дослідження Фарадеем були використані дві дротові спіралі, ізольовані між собою і розміщені на котушці з дерева. Одна з них з'єднувалася з джерелом енергії, а інша - з гальванометром, призначеним для реєстрації малих струмів. У той момент, коли ланцюг первинної спіралі замикалася і розмикалася, в іншому ланцюзі стрілка вимірювального пристрою відхилялася.

Проведення досліджень явища індукції

У першій серії дослідів Майкл Фарадей вставляв намагнічений металевий брусок в котушку, підключену до току, а потім виймав його назовні (рис. 1, 2).

1 2

У разі приміщення магніту в котушку, підключену до вимірювального приладу, в ланцюзі починає протікати індукційний струм. Якщо магнітний брусок видаляється з котушки, індукційний струм все одно з'являється, але його напрямок стає вже протилежним. Отже, параметри індукційного струму будуть змінені у напрямку руху бруска і в залежності від полюса, яким він поміщається в котушку. На силу струму впливає швидкість переміщення магніту.

У другій серії дослідів підтверджується явище, при якому змінюється струм в одній котушці, викликає індукційний струм в інший котушці (рис. 3, 4, 5). Це відбувається в моменти замикання і розмикання ланцюга. Від того, замикається або розмикається електричний ланцюг, буде залежати і напрямок струму. Крім того, ці дії є ні що інше, як способи зміни магнітного потоку. При замиканні ланцюга він буде збільшуватися, а при розмиканні - зменшуватися, одночасно пронизуючи першу котушку.

3 4

5

В результаті дослідів було встановлено, що виникнення електричного струму всередині замкнутого проводить контуру можливо лише в тому випадку, коли вони поміщаються в змінне магнітне поле. При цьому, потік може змінюватися в часі будь-якими способами.

Електричний струм, що з'являється під дією електромагнітної індукції, отримав назву індукційного, хоча це і не буде струмом в загальноприйнятому розумінні. Коли замкнутий контур виявляється в магнітному полі, відбувається генерація ЕРС з точним значенням, а не струму, що залежить від різних опорів.

Дане явище отримало назву ЕРС індукції, яку відображає формула: Еінд \u003d - ΔФ / Δt. Її значення збігається зі швидкістю змін магнітного потоку, що пронизує поверхню замкнутого контуру, взятого з негативним значенням. Мінус, присутній в даному виразі, є відображенням правила Ленца.

Правило Ленца щодо магнітного потоку

Відоме правило було виведено після проведення циклу досліджень в 30-х роках 19 століття. Воно сформульовано в наступному вигляді:

Напрямок індукційного струму, що збуджується в замкненому контурі, що змінюються магнітним потоком, впливає на створюване їм магнітне поле таким чином, що воно в свою чергу створює перешкоду магнітному потоку, що викликає появу індукційного струму.

Коли магнітний потік збільшується, тобто стає Ф\u003e 0, а ЕРС індукції знижується і стає Еінд< 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.

Якщо потік знижується, то настає зворотний процес, коли Ф< 0 и Еинд > 0, тобто дія магнітного поля індукційного струму, відбувається збільшення магнітного потоку, що проходить через контур.

Фізичний сенс правила Ленца полягає в відображенні закону збереження енергії, коли при зменшенні однієї величини, інша збільшується, і, навпаки, при збільшенні однієї величини інша буде зменшуватися. Різні чинники впливають і на ЕРС індукції. При введенні в котушку черзі сильної і слабкої магніту, прилад відповідно буде показувати в першому випадку більш висока, а в другому - більш низьке значення. Те ж саме відбувається, коли змінюється швидкість руху магніту.

На представленому малюнку видно, як визначається напрямок індукційного струму із застосуванням правила Ленца. Синій колір відповідає силовим лініям магнітних полів індукційного струму і постійного магніту. Вони розташовані в напрямку полюсів від півночі до півдня, які є в кожному магніті.

Змінюється магнітний потік призводить до виникнення індукційного електричного струму, напрямок якого викликає протидію з боку його магнітного поля, що перешкоджає змінам магнітного потоку. У зв'язку з цим, силові лінії магнітного поля котушки спрямовані в бік, протилежний до силових ліній постійного магніту, оскільки його рух відбувається в сторону цієї котушки.

Для визначення напрямку струму використовується з правого різьбленням. Він повинен угвинчуватися таким чином, щоб напрямок його поступального руху збігалося з напрямком індукційних ліній котушки. У цьому разі направлення індукційного струму і обертання рукоятки свердлика будуть збігатися.

Магнітне поле- це матеріальне середовище, через яку здійснюється взаємодія між провідниками з струмом або рухомими зарядами.

Властивості магнітного поля:

Характеристики магнітного поля:

Для дослідження магнітного поля використовують пробний контур зі струмом. Він має малі розміри, і струм в ньому багато менше струму в провіднику, що створює магнітне поле. На протилежні сторони контуру зі струмом з боку магнітного поля діють сили, рівні за величиною, але спрямовані в протилежні сторони, так як напрямок сили залежить від напрямку струму. Точки прикладання цих сил не лежать на одній прямій. Такі сили називають парою сил. В результаті дії пари сил контур не може рухатися поступально, він повертається навколо своєї осі. Вращающее діяхарактеризується моментом сил.

, де l–плече пари сил(Відстань між точками докладання зусиль).

При збільшенні струму в пробному контурі або площі контуру пропорційно збільшиться момент пари сил. Відношення максимального моменту сил, що діє на контур зі струмом, до величини сили струму в контурі і площі контуру - є величина постійна для даної точки поля. називається вона магнітної індукції.

, де
-магнітний моментконтуру зі струмом.

Одиниця вимірумагнітної індукції - Тесла [Тл].

Магнітний момент контуру- векторна величина, напрямок якої залежить від напрямку струму в контурі і визначається по правилом правого гвинта: Праву руку стиснути в кулак, чотири пальці направити у напрямку струму в контурі, тоді великий палець вкаже напрям вектора магнітного моменту. Вектор магнітного моменту завжди перпендикулярний площині контуру.

за напрямок вектора магнітної індукціїприймають напрямок вектора магнітного моменту контура, орієнтованого в магнітному полі.

Лінія магнітної індукції- лінія, дотична до якої в кожній точці збігаються з напрямом вектора магнітної індукції. Лінії магнітної індукції завжди замкнуті, ніколи не перетинаються. Лінії магнітної індукції прямого провідниказ струмом мають вигляд кіл, розташованих в площині, перпендикулярній провідникові. Напрямок ліній магнітної індукції визначають за правилом правого гвинта. Лінії магнітної індукції кругового струму(Витка зі струмом) також мають вигляд кіл. Кожен елемент витка довжиною
можна уявити як прямолінійний провідник, який створює своє магнітне поле. Для магнітних полів виконується принцип суперпозиції (незалежного складання). Сумарний вектор магнітної індукції кругового струму визначається як результат додавання цих полів в центрі витка за правилом правого гвинта.

Якщо величина і напрямок вектора магнітної індукції однакові в кожній точці простору, то магнітне поле називають однорідним. Якщо величина і напрямок вектора магнітної індукції в кожній точці не змінюються з плином часу, то таке поле називають постійним.

величина магнітної індукціїв будь-якій точці поля прямо пропорційна силі струму в провіднику, що створює поле, обернено пропорційна відстані від провідника до даної точки поля, залежить від властивостей середовища і форми провідника, що створює поле.

, де
НА 2 ; Гн / м - магнітна постійна вакууму,

-відносна магнітна проникність середовища,

-абсолютна магнітна проникність середовища.

Залежно від величини магнітної проникності всі речовини поділяють на три класи:

При збільшенні абсолютної проникності середовища збільшується і магнітна індукція в даній точці поля. Ставлення магнітної індукції до абсолютної магнітної проникності середовища - величина постійна для даної точки полі, е називають напруженістю.

.

Вектори напруженості і магнітної індукції збігаються за напрямком. Напруженість магнітного поля не залежить від властивостей середовища.

сила Ампера- сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом.

де l- довжина провідника, - кут між вектором магнітної індукції і напрямком струму.

Напрямок сили Ампера визначають за правилом лівої руки: Ліву руку розташовують так, щоб складова вектора магнітної індукції, перпендикулярна провіднику, входила в долоню, чотири витягнутих пальці направити по току, тоді відігнутий на 90 0 великий палець вкаже напрям сили Ампера.

Результат дії сили Ампера - рух провідника в даному напрямку.

Е слі \u003d 90 0, тоF \u003d max, якщо \u003d 0 0, тоF \u003d 0.

сила Лоренца- сила дії магнітного поля на рухомий заряд.

, Гдеq- заряд, v- швидкість його руху, - кут між векторами напруженості і швидкості.

Сила Лоренца завжди перпендикулярна векторах магнітної індукції і швидкості. Напрямок визначають по правилом лівої руки(Пальці - по руху позитивного заряду). Якщо напрямок швидкості частки перпендикулярно лініям магнітної індукції однорідного магнітного поля, то частка рухається по колу без зміни кінетичної енергії.

Так як напрям сили Лоренца залежить від знака заряду, то її використовують для поділу зарядів.

магнітний потік- величина, що дорівнює числу ліній магнітної індукції, які проходять через будь-який майданчик, розташовану перпендикулярно лініям магнітної індукції.

, де - кут між магнітною індукцією і нормаллю (перпендикуляром) до площадіS.

Одиниця виміру- Вебер [Вб].

Способи вимірювання магнітного потоку:

Зміна орієнтації майданчика в магнітному полі (зміна кута)

Зміна площі контуру, поміщеного в магнітне поле

Зміна сили струму, що створює магнітне поле

Зміна відстані контура від джерела магнітного поля

Зміна магнітних властивостей середовища.

Ф арад реєстрував електричний струм в контурі, що не містить джерела, але знаходився поруч з іншим контуром, що містить джерело. Причому струм в першому контурі виникав в наступних випадках: при будь-якій зміні струму в контурі А, при відносному переміщенні контурів, при внесенні в контур А залізного стрижня, при русі щодо контуру Б постійного магніту. Направлений рух вільних зарядів (струм) виникає тільки в електричному полі. Значить, змінюється магнітне поле породжує електричне поле, яке і приводить в рух вільні заряди провідника. Це електричне поле називають індукованимабо вихровим.

Відмінності вихрового електричного поля від електростатичного:

Джерело вихрового поля - змінюється магнітне поле.

Лінії напруженості вихрового поля замкнуті.

Робота, що здійснюється цим полем з переміщення заряду по замкнутому контуру не дорівнює нулю.

Енергетичної характеристикою вихрового поля є не потенціал, а ЕРС індукції- величина, що дорівнює роботі сторонніх сил (сил не електростатичного походження) по переміщенню одиниці заряду по замкнутому контуру.

.Вимірюється в Вольтах[В].

Вихровий електричне поле виникає при будь-якій зміні магнітного поля, незалежно від того, чи є який проводить замкнутий контур або його немає. Контур тільки дозволяє виявити вихровий електричне поле.

Електромагнітна індукція- це виникнення ЕРС індукції в замкнутому контурі при будь-якій зміні магнітного потоку через його поверхню.

ЕРС індукції в замкнутому контурі породжує індукційний струм.

.

Напрямок індукційного струмувизначають по правилом Ленца: Індукційний струм має такий напрям, що створене ним магнітне поле протидіє будь-яким змінам магнітного потоку, який породив цей струм.

Закон Фарадея для електромагнітної індукції: ЕРС індукції в замкнутому контурі прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром.

Т оки Фуко- вихрові індукційні струми, що виникають в провідниках великих розмірів, поміщених в змінюється магнітне поле. Опір такого провідника мало, так як він має велике сеченіеS, тому струми Фуко можуть бути великими за величиною, в результаті чого провідник нагрівається.

самоіндукція- це виникнення ЕРС індукції в провіднику при зміні сили струму в ньому.

Провідник зі струмом створює магнітне поле. Магнітна індукція залежить від сили струму, отже власний магнітний потік теж залежить від сили струму.

, ГдеL- коефіцієнт пропорційності, індуктивність.

Одиниця виміруіндуктивності - Генрі [Гн].

індуктивністьпровідника залежить від його розмірів, форми і магнітної проникності середовища.

індуктивністьзбільшується при збільшенні довжини провідника, індуктивність витка більше індуктивності прямого провідника такої ж довжини, індуктивність котушки (провідника з великим числом витків) більше індуктивності одного витка, індуктивність котушки збільшується, якщо в неї вставити залізний стрижень.

Закон Фарадея для самоіндукції:
.

ЕРС самоіндукціїпрямо пропорційна швидкості зміни струму.

ЕРС самоіндукціїпороджує струм самоіндукції, який завжди перешкоджає будь-яким змінам струму в ланцюзі, тобто, якщо струм збільшується, струм самоіндукції направлений в протилежну сторону, при зменшенні струму в ланцюзі, ток самоіндукції направлений в ту ж сторону. Чим більше індуктивність котушки, тим більше ЕРС самоіндукції виникає в ній.

Енергія магнітного полядорівнює роботі, яку здійснює ток для подолання ЕРС самоіндукції за час, поки струм зростає від нуля до максимального значення.

.

електромагнітні коливання- це періодичні зміни заряду, сили струму і всіх характеристик електричного і магнітного полів.

Електрична коливальна система(Коливальний контур) складається з конденсатора і котушки індуктивності.

Умови виникнення коливань:

Систему треба вивести зі стану рівноваги, для цього повідомляють заряд конденсатора. Енергія електричного поля зарядженого конденсатора:

.

Система повинна повертатися в стан рівноваги. Під дією електричного поля заряд переходить з однієї пластини конденсатора на іншу, тобто в ланцюзі виникає електричний струм, які йде по котушці. При збільшенні струму в котушці індуктивності виникає ЕРС самоіндукції, ток самоіндукції направлений в протилежну сторону. Коли струм в котушці зменшується, струм самоіндукції направлений в ту ж сторону. Таким чином, струм самоіндукції прагнути повернути систему до стану рівноваги.

Електричний опір ланцюга має бути малим.

Ідеальний коливальний контурне має опору. Коливання в ньому називають вільними.

Для будь-якої електричного кола виконується закон Ома, згідно з яким ЕРС, яка діє в контурі, дорівнює сумі напруг на всіх ділянках ланцюга. У коливальному контурі джерела струму немає, але в котушці індуктивності виникає ЕРС самоіндукції, яка дорівнює напрузі на конденсаторі.

Висновок: заряд конденсатора змінюється за гармонійним законом.

Напруга на конденсаторі:
.

Сила струму в контурі:
.

величина
- амплітуда сили струму.

Відмінність від заряду на
.

Період вільних коливань в контурі:

Енергія електричного поля конденсатора:

Енергія магнітного поля котушки:

Енергії електричного і магнітного полів змінюються за гармонійним законом, але фази їх коливань різні: коли енергія електричного поля максимальна, енергія магнітного поля дорівнює нулю.

Повна енергія коливальної системи:
.

В ідеальному контуріповна енергія не змінюється.

В процесі коливань енергія електричного поля повністю перетворюється в енергію магнітного поля і навпаки. Значить енергія в будь-який момент часу дорівнює або максимальної енергії електричного поля, або максимальної енергії магнітного поля.

Реальний коливальний контурмістить опір. Коливання в ньому називають затухаючими.

Закон Ома набуде вигляду:

За умови що загасання мало (квадрат власної частоти коливань багато більше квадрата коефіцієнта загасання) логарифмічний декремент загасання:

При сильному загасання (квадрат власної частоти коливань менше квадрата коефіцієнта коливань):

Це рівняння описує процес розрядки конденсатора на резистор. При відсутності індуктивності коливань не виникне. За таким законом змінюється і напруга на обкладинках конденсатора.

повна енергіяв реальному контурі зменшується, так як на сопротівленіеRпрі проходженні струму виділяється теплота.

перехідний процес- процес, що виникає в електричних ланцюгах при переході від одного режиму роботи до іншого. Оцінюється часом ( ), Протягом якого параметр, що характеризує перехідний процес зміниться в е раз.

для контуру з конденсатором і резистором:
.

Теорія Максвелла про електромагнітне поле:

1 положення:

Будь-яке змінне електричне поле породжує вихрове магнітне. Змінне електричне поле було названо Максвеллом струмом зсуву, так як воно подібно звичайному току викликає магнітне поле.

Для виявлення струму зміщення розглядають проходження струму по системі, в яку включений конденсатор з діелектриком.

Щільність струму зміщення:
. Щільність струму спрямована в бік зміни напруженості.

Перше рівняння Максвелла:
- вихровий магнітне поле породжується як струмами провідності (рухомими електричними зарядами) так і струмами зміщення (змінним електричним полем Е).

2 положення:

Будь-яке змінне магнітне поле породжує вихрове електричне поле - основний закон електромагнітної індукції.

Друге рівняння Максвелла:
- пов'язує швидкість зміни магнітного потоку крізь будь-яку поверхню і циркуляцію вектора напруженості електричного поля, що виникає при цьому.

Будь-провідник з струмом створює в просторі магнітне поле. Якщо струм постійний (не змінюється з плином часу), то і пов'язане з ним магнітне поле теж постійне. Змінюється струм створює змінюються магнітне поле. Всередині провідника зі струмом існує електричне поле. Отже, змінюється електричне поле створює змінне магнітне поле.

Магнітне поле вихровий, так як лінії магнітної індукції завжди замкнуті. Величина напруженості магнітного поля Н пропорційна швидкості зміни напруженості електричного поля . Напрямок вектора напруженості магнітного поля пов'язане зі зміною напруженості електричного поля правилом правого гвинта: праву руку стиснути в кулак, великий палець направити в сторону зміни напруженості електричного поля, тоді зігнуті 4 пальця вкажуть напрямок ліній напруженості магнітного поля.

Будь-яке змінюється магнітне поле створює вихрове електричне поле, Лінії напруженості якого замкнуті і розташовані в площині, перпендикулярній напруженості магнітного поля.

Величина напруженості Е вихрового електричного поля залежить від швидкості зміни магнітного поля . Напрямок вектора Е пов'язано з напрямком зміни магнітного пол Н правилом лівого гвинта: ліву руку стиснути в кулак, великий палець направити в сторону зміни магнітного поля, зігнуті чотири пальці вкажуть напрямок ліній напруженості вихрового електричного поля.

Сукупність пов'язаних один з одним вихрових електричного і магнітного полів представляють електромагнітне поле. Електромагнітне поле не залишається в місці зародження, а поширюється в просторі у вигляді поперечної електромагнітної хвилі.

електромагнітна хвиля- це поширення в просторі пов'язаних один з одним вихрових електричного і магнітного полів.

Умова виникнення електромагнітної хвилі- рух заряду з прискоренням.

Рівняння електромагнітної хвилі:

- циклічна частота електромагнітних коливань

t- час від початку коливань

l- відстань від джерела хвилі до даної точки простору

- швидкість поширення хвилі

Час руху хвилі від джерела до даної точки.

Вектори Е і Н в електромагнітній хвилі перпендикулярні один одному і швидкості поширення хвилі.

Джерело електромагнітних хвиль- провідники, по яких протікають швидкозмінних струми (макроізлучателі), а також збуджені атоми і молекули (мікровипромінювачів). Чим більше частота коливань, тим краще випромінюються в просторі електромагнітні хвилі.

Властивості електромагнітних хвиль:

Всі електромагнітні хвилі - поперечні

В однорідному середовищі електромагнітні хвилі поширюються з постійною швидкістю, Яка залежить від властивостей середовища:

- відносна діелектрична проникність середовища

- діелектрична постійна вакууму,
Ф / м, Кл 2 / нм 2

- відносна магнітна проникність середовища

- магнітна постійна вакууму,
НА 2 ; Гн / м

Електромагнітні хвилі відбиваються від перешкод, поглинаються, розсіюються, переломлюються, поляризуються, діфрагіруют, интерферируют.

Об'ємна щільність енергіїелектромагнітного поля складається з об'ємних густин енергії електричного і магнітного полів:

Щільність потоку енергії хвиль - інтенсивність хвилі:

-вектор Умова-Пойнтінга.

Всі електромагнітні хвилі розташовані в ряд по частотах або довжинах хвиль (
). Цей ряд - шкала електромагнітних хвиль.

низькочастотні коливання. 0 - 10 4 Гц. Отримують в генераторах. Вони погано випромінюються

радіохвилі. 10 4 - 10 13 Гц. Випромінюються твердими провідниками, по яких проходять швидкозмінних струми.

Інфрачервоне випромінювання- хвилі, що випромінюються усіма тілами при температурі понад 0 К, завдяки внутрішньоатомних і всередині молекулярним процесам.

видиме світло- хвилі, які надають вплив на око, викликаючи зорове відчуття. 380-760 нм

Ультрафіолетове випромінювання. 10 - 380 нм. Видиме світло і УФ виникають при зміні руху електронів зовнішніх оболонок атома.

рентгенівське випромінювання. 80 - 10 -5 нм. Виникає при зміні руху електронів внутрішніх оболонок атома.

Гамма-випромінювання. Виникає при розпаді ядер атомів.