Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля

Явление возникновения ЭДС в проводнике с током при изменении собственного магнитного потока, создаваемого этим током, называется самоиндукцией, а возникающую ЭДС – ЭДС самоиндукции.

Магнитный поток, создаваемый магнитным полем любого проводника, пропорционален силе тока в проводнике (как и магнитная индукция – см. (3.18) и (3.19)):

где L – индуктивность проводника, величина, зависящая от его длины и формы.

С учетом закона электромагнитной индукции (3.20) получим:

(3.21).

Индуктивность численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей в данном проводнике при изменении в нем тока за единицу времени, и в СИ измеряется в генри:

.

Для увеличения индуктивности проводник наматывается в виде катушки, индуктивность которой зависит:

· от числа витков

· магнитной проницаемости сердечника (если он помещен в катушку).

Явление самоиндукции можно наблюдать на опыте (рис.3.31).

При замыкании цепи лампа, включенная в цепь с катушкой индуктивности, загорается позже вследствие возникновения ЭДС самоиндукции, препятствующей быстрому нарастанию тока.

Для создания в проводнике с индуктивностью L силы тока I источник тока должен совершить работу против ЭДС самоиндукции. Из закона сохранения энергии следует, что при этом энергия источника тока превращается в энергию магнитного поля.

Эту энергию определяют по формуле:

После размыкания цепи ток не исчезнет мгновенно, а какое-то время существует за счет этой энергии.

Магнитные свойства вещества. Магнитная проницаемость.

Ферромагнетики

Электроны в атомах вещества представляют собой замкнутые токи, создающие собственное магнитное поле. Хаотические направления полей отдельных атомов дают в сумме собственное нулевое поле. Если вещество находится во внешнем магнитном поле, то электронные поля частично поворачиваются в направлении внешнего поля и усиливают его. Этот процесс называется намагничивание.

Индукция общего поля

где  и  - векторы индукции внешнего и внутреннего полей.

Магнитная проницаемость – отношение модулей векторов индукции

показывает, во сколько раз поле в веществе больше внешнего поля.

Ферромагнетики:

· железо,

· кобальт,

· никель и др.

В ферромагнетиках существуют области сильного самопроизвольного намагничивания размерами порядка 0,01 мм (домены). При появлении внешнего поля направления полей доменов переключаются на направление поля  и значительно его усиливают (в 10000 – 100000 раз). У ферромагнетиков результирующее внешнее поле может сохраняться и при =0 (постоянные магниты). Ферромагнетики относятся к сильномагнитным веществам.

Большинство веществ в природе являются слабомагнитными. К парамагнетикам, к которым относятся:

· кислород;

· алюминий;

· платина и др.

У парамагнетиков магнитная проницаемость чуть больше единицы (на величину ).

К диамагнетикам относятся:

· азот;

· серебро;

· висмут и др.

У диамагнетиков магнитная проницаемость чуть меньше единицы (на величину ).

В диамагнетиках магнитное поле меньше, чем в вакууме. Атомы диамагнетика при отсутствии внешнего поля не создают собственного магнитного поля (магнитные поля «кольцевых токов» электронов в таких атомах компенсируют друг друга). При появлении внешнего поля движение электронов изменяется таким образом, как будто возник дополнительный индукционный ток, создающий в соответствии с правилом Ленца магнитное поле, противоположное внешнему.