Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику

11

12 Из многочисленных опытов известно, что, подобно тому, как в пространстве, которое окружает электрические заряды, возникает электростатическое поле, так и в пространстве, которое окружает токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемоемагнитным. Наличие магнитного поля определяется по силовому действию на помещенные в него проводники с током или постоянные магниты. Термин «магнитное поле» связывают с ориентацией магнитной стрелки под действием поля, которое создается током (это явление впервые открыто датским физиком X. Эрстедом а) Опыты демострируют, что магнитное поле воздействует на рамку с током, поворачивая ее определенным образом, тем самым определяется направление внешнего магнитного поля. Этот результат применяется для выбора направления магнитного поля. За направление магнитного поля в данной точке пространства принимается принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль к рамке (рис. 2). За направление магнитного поля может быть также принято направление, совпадающее с направлением силы, воздействующую на северный полюс магнитной стрелки, которая помещена в данную точку. Так как оба полюса магнитной стрелки лежат в близких точках поля, то силы, которые действуют на оба полюса, равны друг другу. Значит, на магнитную стрелку действует пара сил, которая поворачивает ее так, чтобы ось стрелки, которая соединяюет южный полюс с северным, совпадала с направлением поля. 3) Магнитной индукцией магнитного поля называется физическая величина, равная отношению максимального вращающего момента, действующего на плоский контур с током, к магнитному моменту этого контура, то есть,

Так как магнитное поле является силовым, то его, по аналогии с электрическим, изображают с помощью линий магнитной индукции — линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В. закон Био — Савара — Лапласа для проводника с током I, элемент dl которого создает в некоторой точке т.А (рисунок слева) индукцию поля dB, записывается в виде

(1)где dl — вектор, совпадающий по направлению с током, r— радиус-вектор, проведенный из элемента dl проводника в точку т.А поля. Направление dB перпендикулярно плоскости векторов и , и совпадает с касательной к линии магнитной индукции.

13 Магнитное поле в центре кругового проводника с током(рис. 166). Как следу­ет из рисунка, все элементы кругового проводника с током создают в центре магнитное поле одинакового направления — вдоль нормали от витка. Поэтому сложе­ние векторов dB можно заменить сложени­ем их модулей. Так как все элементы проводника перпендикулярны радиусу-вектору (sina=1) и расстояние всех эле­ментов проводника до центра кругового тока одинаково и равно R, то, согласно (110.2), Следовательно, магнитная индукция поля в центре кругового проводника с током

14)Закон полного тока для магнитного поля в вакууме (теорема о циркуляции вектора В): циркуляция вектора В по произвольному замкнутому контуру равна произведению магнитной постоянной μ₀ на алгебраическую сумму токов, охватываемых этим контуром:
(1)
где n — число проводников с токами, которые охватываются контуром L любой формы. Каждый ток в уравнении (1) учитывается столько раз, сколько раз он охватывается контуром. Ток считается положительным, если его направление образует с направлением обхода по контуру правовинтовую систему; отрицательным считается ток противоположного направления.

15 Теорема о циркуляции в общем виде следует из закона Био–Савара и принципа суперпозиции. Простейшим примером применения теоремы о циркуляции является определение магнитной индукции поля прямолинейного проводника с током. Учитывая симметрию в данной задаче, контур L целесообразно выбрать в виде окружности некоторого радиуса R, лежащей в перпендикулярной проводнику плоскости. Центр окружности находится в некоторой точке проводника. В силу симметрии вектор направлен по касательной ( ), а его модуль одинаков во всех точках окружности. Применение теоремы о циркуляции приводит к соотношению:

16 Потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) через площадку dS называется скалярная физическая величина, которая равна

еорема Гаусса для поля В: поток вектора магнитной индукции сквозь любую замкнутую поверхность равен нулю:

(3) Эта теорема является отражением факта, что магнитные заряды отсутствуют, вследствие чего линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца и являются замкнутыми

Проинтегрировав выражение (5), найдем работу, которая совершается силами Ампера, при конечном произвольном перемещении контура в магнитном поле:
(6)
значит, работа по перемещению замкнутого контура с током в магнитном поле равна произведению силы тока в контуре на изменение магнитного потока, сцепленного с контуром. Выражение (6) верно для контура любой формы в произвольном магнитном поле.

17 Вокруг каждого проводника возникает свое вихревое магнитное поле. Это значит, что каждый из проводников находится в магнитном поле другого проводника. Значит, на каждый из проводников будет действовать сила Ампера со стороны магнитного поля другого проводника. Применим к левому на рисунке проводнику правило левой руки. Четыре пальца руки направим вверх по току, ладонь развернем так, чтобы вектор В входил в нее, – тыльная сторона будет от нас. Отклоним большой палец на 90°. Он укажет направление направо. Именно туда и будет действовать сила Ампера на левый проводник со стороны магнитного поля правого проводника.

Теперь то же самое применим к правому проводнику. Мы определим, что на него будет действовать сила Ампера влево. Таким образом, получается, что силы, действующие на проводники, направлены навстречу друг другу. Именно по этой причине проводники с сонаправленными токами притягиваются друг к другу.

Когда токи противонаправлены, то силы, действующие на проводники со стороны магнитных полей соседних проводников, будут направлены в противоположные стороны, и проводники отталкиваются.

Действием этих же сил объясняется и то, что виток или рамка с током разворачивается во внешнем магнитном поле так, чтобы линии магнитного поля пронизывали плоскость витка или рамки. На противоположные боковые стороны рамки или витка будут действовать силы Ампера в противоположных направлениях. Момент этой пары сил и будет приводить во вращение рамку или виток. Однако по мере поворота величины сил будут убывать, так как угол между направлениями токов и направлением вектора магнитной индукции будет стремиться к нулю. Соответственно, значение синуса будет стремиться к нулю, и, следовательно, величины сил также будут стремиться к нулю (см. Рис. 4).

18 Действие магнитного магнитного поля на заряженные заряженные частицы. Сила, действующая действующая на проводник проводник с током в магнитном магнитном поле, обусловлена действием сил на отдельные движущиеся заряды (носители тока – электроны), а уже от них действие передается проводнику, по которому они перемещаются. Этот вывод подтверждается целым рядом опытных фактов и в частности тем, что пучок свободно летящих электронов, отклоняется магнитным полем. Эту силу называют силой Лоренца. Угол α в этом выражении равен углу между скоростью и вектором магнитной индукции Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу, так же, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки или по правилу буравчика. Взаимное расположение векторов , и для положительно заряженной частицы показано на рис

FЛ = q υ B sin α.ЦИКЛОТРОН - резонансный циклический ускоритель тяжёлых частиц (протонов, ионов), работающий при постоянном во времени магн. поле и при постоянной (но меняющейся при переходе от иона к иону) частоте ускоряющего высокочастотного электрич. поля. Следует различать обычные Ц., в к-рых индукция магн. поля не зависит от азимута, и Ц. с азимутальной вариацией магн. поля, иначе называемые изохронными циклотронами.

19 Явление электромагнитной индукциизаключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур. Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину Ф = BScosα где B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором B и нормалью n к плоскости контура Явление электромагнитной индукции Фарадей исследовал с помощью двух изолиро­ванных друг от друга проволочных спиралей, намотанных на деревянную катушку. Одна спираль была присоединена к гальваниче­ской батарее, а другая — к гальванометру, регистрирующему слабые токи. В моменты замыкания и размыкания цепи первой спира­ли стрелка гальванометра в цепи второй спи­рали отклонялась. Проводя многочисленные опыты Фарадей установил, что в замкнутых проводящих контурах электрический ток возникает лишь в тех случаях, когда они находятся в переменном магнитном поле, незави­симо от того, каким способом достигается изменение потока индукции магнит­ного поля во времени. Ток, возникающий при явлении электромагнитной индук­ции, называют индукционным.Строго говоря, при движении контура в магнит­ном поле генерируется не определенный ток (который зависит от сопротивле­ния), а определенная

Эта формула выражает закон Фарадея: э. д. с. индукции равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограни­ченную контуром. Знак минус в формуле отражает правило Ленца. В 1833 году Ленц опытным путем доказал утверждение, которое называется правилом Ленца: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Рис. 3 иллюстрирует правило Ленца на примере неподвижного проводящего контура, который находится в однородном магнитном поле, модуль индукции которого увеличивается во времени.

20 Явление самоиндукции. ЭДС самоиндукции. Индуктивность контура, соленоида. Взаимная индукция. Экстратоки, возникающие при замыкании и размыкании электрической цепи. Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре [1]при изменении протекающего через контур тока. При изменении тока в контуре возникает ЭДС самоиндукции, равная: Знак минус в этой формуле обусловлен правилом Ленца. Электрический ток, который течет в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого, согласно закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току. Сцепленный с контуром магнитный поток Ф поэтому прямо пропорционален току I в контуре: (1) ,где коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура. Вычислим индуктивность бесконечно длинного соленоида. Полный магнитный поток сквозь соленоид (потокосцепление) равен μ0μ(N2I/l)S . Подставив в (1), найдем (2) т. е. индуктивность соленоида зависит от длины l солениода, числа его витков N, его , площади S и магнитной проницаемости μ вещества, из которого изготовлен сердечник соленоида. Взаимоиндукция (взаимная индукция) — возникновение электродвижущей силы (ЭДС индукции) в одном проводнике вследствие изменения силы тока в другом проводнике или вследствие изменения взаимного расположения проводников. Взаимоиндукция — частный случай более общего явления — электромагнитной индукции. При изменении тока в одном из проводников или при изменении взаимного расположения проводников происходит изменение магнитного потока через (воображаемую) поверхность, "натянутую" на контур второго, созданного магнитным полем, порожденным током в первом проводнике, что по закону электромагнитной индукции вызывает возникновение ЭДС во втором проводнике. Если второй проводник замкнут, то под действием ЭДС взаимоиндукции в нём образуется индуцированный ток. И наоборот, изменение тока во второй цепи вызовет появление ЭДС в первой. Направление тока, возникшего при взаимоиндукции, определяется по правилу Ленца. Правило указывает на то, что изменение тока в одной цепи (катушке) встречает противодействие со стороны другой цепи (катушки).
21 лотность энергии магнитного поля в вакууме в непосредственной близости от магнетика с магнитной проницаемостью i4 составляет Wi. Какова плотность энергии w2 в магнетике, если вектор магнитной индукции В в вакууме: а) перпендикулярен поверхности магнетика; б) практически параллелен поверхности магнетика. [1] Это выражение для плотности энергии магнитного поля применимо и к полю, созданному проводниками любой формы, а также к полю постоянных магнитовЭнергия магнитного поля соленоида

- энергия магнитного поля L - индуктивность I - сила тока Энергия магнитного поля катушки индуктивности

Электрический ток способствует накоплению энергии в магнитном поле катушки. Если отключить подачу электричества, накопленная энергия будет возвращена в электрическую цепь. Значение напряжения при этом в цепи катушки возрастает многократно. Величина запасаемой энергии в магнитном поле равна примерно тому значению работы, которое необходимо получить, чтобы обеспечить появление необходимой силы тока в цепи. Значение энергии, запасаемой катушкой индуктивности можно рассчитать с помощью формулы.

22 Магнитные свойства вещества определяют по тому, как эти вещества реагируют на внешнее магнитное поле и каким образом упорядочена их внутренняя структура. Исходя из этих параметров, все вещества можно разделить на такие группы. Парамагнетики диамагнетики антиферромагнетики ферромагнетики и ферримагнетики.

Диамагнетики это такие вещества, у которых магнитная восприимчивость отрицательна и при этом она не зависит от напряжённости магнитного поля. Отрицательная магнитная восприимчивость это когда к веществу подносят магнит а оно при этом отталкивается вместо того чтобы притягиваться. К ним относятся некоторые инертные газы, например водород азот достаточно много жидкостей воде нефть и ее продукты некоторые металлы медь серебро цинк. Также многие полупроводники кремний германий. То есть диамагнетики это вещества с ковалентными связями или находящиеся в сверхпроводящем состоянии.

Диамагнетиками называются такие вещества, у которых магнитный момент атома в отсутствии внешнего магнитного поля равен нулю.

при

Когда во внешнее магнитное поле помещают какое-либо вещество, то все атомы этого вещества оказываются в магнитном поле, которое изменяет движение электронов в атоме так, что появляется дополнительный ток, подобный индукционному току

МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ , величина, характеризующая связь намагниченностивещества с магнитным полем в этом веществе. М. в. в статич. полях равна отношениюнамагниченности вещества М к напряжённости Н намагничивающего поля:

Магнитная проницаемость — физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля в веществе. Для разных сред этот коэффициент различен, поэтому говорят о магнитной проницаемости конкретной среды (подразумевая ее состав, состояние, температуру

23

Природа ферромагнетизма. Ферромагнетизм объясняется магнитными свойствами электронов. Электрон эквивалентен круговому току или вращающемуся заряженному телу и поэтому обладает собственным магнитным полем. В большинстве кристаллов магнитные поля электронов взаимно компенсируются благодаря попарной антипараллельной ориентации магнитных полей электронов. Лишь в некоторых кристаллах, например в кристаллах железа, возникают условия для параллельной ориентации собственных магнитных полей электронов. В результате этого внутри кристалла ферромагнетика возникают намагниченные области протяженностью 10^-2 - 10^-4 см. Эти самопроизвольно намагниченные области называются доменами

24 Вихревое электрическое полеРассматривая свойства электростатического поля, отмечалось, что работа по перемещению заряда из одной точки поля в другую не зависит от пути. Поле с таким свойством называют потенциальным. Отношение работы по перемещению положительного заряда из бесконечности в какую-либо точку называют потенциалом этой точки, а разность потенциалов двух точек – электрическим напряжением. В электростатическом поле E работа по перемещению единичного заряда по замкнутому контуру L равна нулю (рис. 11.1):

Такой интеграл называют циркуляцией напряженности по замкнутому контуру L. Предел отношения циркуляции векторного поля по замкнутому контуру к площади охватываемого контуром при стремлении ее к нулю называют ротором (rot) векторного поля. Для электростатического поля rot E = 0. Анализируя результаты опытов Фарадея, Максвелл установил, что эдс электромагнитной индукции, возникающая в контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, охватываемого этим контуром:

. (11.1)

Опыты показали, что эдс индукции не зависит от материала проводника, его состояния и температуры. Максвелл пришел к выводу, что причиной возникновения электромагнитной индукции является само электрическое поле, а проводники играют второстепенную роль и служат только прибором, обнаруживающим это поле. Электроны в проводнике под действием этого поля приходят в движение, и в замкнутой цепи контура возникает индукционный ток.

Электрическое поле, возникающее в опытах по электромагнитной индукции, не удовлетворяет условию потенциальности. Особенность этого электрического поля в том, что оно не является электростатическим.
Линии напряженности его не начинаются и не заканчиваются на электрических зарядах. Линии напряженности электрического поля, возникающего при электромагнитной индукции, образуют замкнутые кривые. Такое поле называют вихревым электрическим полем.

При изменении магнитного поля в какой-либо точке всегда можно найти контур, в котором возникнет эдс индукции, а следовательно, и вихревое электрическое поле. Рассмотрев эти явления, Максвелл пришел к выводу, что всякое изменение магнитного поля вызывает появление электрического поля.

Для магнитного потока, пронизывающего контур l, площадью S (рис. 11.1) можно записать соотношение