Явление самоиндукции. Магнитный поток и потокосцепление. Индуктивность. Самоиндукция и взаимная индукция. Примеры проявления самоиндукции
ЭДС индукции, возникающая в самом же контуре, называется ЭДС самоиндукции, а само явление – самоиндукция.Если же ЭДС индукции возникает в соседнем контуре, то говорят о явлении взаимной индукции. Ясно, что природа явления одна и та же, а разные названия использованы для того, чтобы подчеркнуть место возникновения ЭДС индукции. Явление самоиндукции открыл американский ученый Дж. Генри. Ток I, текущий в любом контуре, создает магнитный поток Ф, пронизывающий этот же контур. При изменении I будет изменяться Ф. Следовательно, в контуре будет наводиться ЭДС индукции.
Магнитный поток— поток как интеграл вектора магнитной индукции через конечную поверхность . Определяется через интеграл по поверхности при этом векторный элемент площади поверхности определяется как где — единичный вектор, нормальный к поверхности. Также магнитный поток можно рассчитать как скалярное произведение вектора магнитной индукции на вектор площади: где α — угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости площади. Магнитный поток через контур также можно выразить через циркуляцию векторного потенциала магнитного поля по этому контуру:
потокосцепление (полный магнитный поток) — физическая величина, представляющая собой суммарный магнитный поток, сцепляющийся со всеми витками катушки индуктивности. отокосцепление численно равно сумме магнитных потоков, проходящих через каждый виток катушки, т.е. при количестве витков N и одинаковом магнитном потоке в каждом витке потокосцепление можно определить как где — магнитный поток одного витка [ Вб ]. В идеальном соленоиде все магнитные силовые линии проходят через каждый виток (т.е. не пересекают боковую поверхность соленоида), и, следовательно, магнитный поток каждого витка одинаков. Однако на практике магнитные потоки в витках катушки отличаются и величина потокосцепления определяется по формуле: где: — количество витков; — номер витка, с которым сцеплен поток В случае, если катушка имеет ферромагнитный сердечник, потокосцепление можно определить по формуле: где — магнитный поток через магнитопровод (сердечник) катушки. Величина потокосцепления, помимо магнитного потока, имеет связь с током I в индуктивности, определяющуюся выражением: где — индуктивность катушки [ Гн ]. Эта формула выражает принцип непрерывности во времени потокосцепления катушки индуктивности. Индкутивность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность[1], краем которой является этот контур.[2][3][4]. В формуле — магнитный поток, — ток в контуре, — индуктивность.
Через индуктивность выражается ЭДС самоиндукции в контуре, возникающая при изменении в нём тока[4]: .
При заданной силе тока индуктивность определяет энергию магнитного поля, создаваемого этим током[4]: . 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. Возьмем два контура, расположенные недалеко друг от друга, как это показано на рисунке 5.4.
В первом контуре течет ток . Он создает магнитный поток, который пронизывает и витки второго контура. При изменении тока во втором контуре наводится ЭДС индукции: Аналогично, ток второго контура создает магнитный поток, пронизывающий первый контур:
И при изменении тока наводится ЭДС:
Контуры называются связанными, а явление – взаимной индукцией. Коэффициенты и называются взаимной индуктивностью, или коэффициентами взаимной индукции. Причём
Замыкание цепи При замыкании в эл.цепи нарастает ток, что вызывает в катушке увеличение магнитного потока, возникает вихревое эл.поле, направленное против тока, т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию тока в цепи ( вихревое поле тормозит электроны). В результате Л1 загорается позже, чем Л2. Размыкание цепи При размыкании эл.цепи ток убывает, возникает уменьшение м.потока в катушке, возникает вихревое эл.поле, направленное как ток ( стремящееся сохранить прежнюю силу тока) , т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая ток в цепи. В результате Л при выключении ярко вспыхивает. Магнитное поле в веществе. Диамагнетизм и парамагнетизм. Ферромагнетизм. Нелинейность кривой намагничивания. Доменная структура ферромагнетика. Необратимость процессов намагничивания. Гистерезис. При изучении магнитного поля в веществе различают два типа токов – макротоки и микротоки. Макротоками называются токи проводимости и конвекционные токи, связанные с движением заряженных макроскопических тел. Микротоками (молекулярными токами) называют токи, обусловленные движением электронов в атомах, молекулах и ионах. Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками и внутреннего или собственного, магнитного поля, создаваемого микротоками. Характеризует магнитное поле в веществе вектор В, равный геометрической сумме магнитного поля в веществе:
где Iмикро и Iмакро – алгебраическая сумма макро- и микротоков сквозь поверхность, натянутую на замкнутый контур L Рис. Как видно из Рис. , вклад в Iмикро дают только те молекулярные токи, которые нанизаны на замкнутый контур L. Алгебраическая сумма сил микротоков связана с циркуляцией вектора намагниченности соотношением: тогда закон полного тока можно записать в виде
Вектор называется напряженностью магнитного поля.
Таким образом, закон полного тока для магнитного поля в веществе утверждает, что циркуляция вектора напряженности магнитного поля Hвдоль произвольного замкнутого контура L равна алгебраической сумме макротоков сквозь поверхность натянутую на этот контур:
Этот закон полного тока в интегральной форме. В дифференциальной форме его можно записать: Намагниченность изотропной среды с напряженностью Hсвязаны соотношением: Количественной характеристикой намагниченного состояния вещества служит векторная величина – намагниченность J, равная отношению магнитного момента малого объема вещества к величине этого объема:
где Pm i – магнитный момент i-го атома из числа n атомов, содержащихся в объеме ∆V. Диамагнетиками называются вещества, магнитные моменты атомов которых в отсутствии внешнего поля равны нулю, т.к. магнитные моменты всех электронов атома взаимно скомпенсированы (например инертные газы, водород, азот, NaCl и др.). При внесении диамагнитного вещества в магнитное поле его атомы приобретают наведенные магнитные моменты.
В пределах малого объема ∆V изотропного диамагнетика наведенные магнитные r моменты ∆Pm всех атомов одинаковы и направлены противоположно вектору В. Парамагнетикаминазываются вещества, атомы которых имеют в отсутствии внешнего магнитного поля, отличный от нуля магнитный момент P . Эти вещества намагничиваются в направлении вектора Ввнеш . К парамагнетикам относятся многие щелочные металлы, кислород О2, оксид азота NO, хлорное железо FeCI2 и др. В отсутствии внешнего магнитного поля намагниченность парамагнетика J = 0, т.к. векторы P разных атомов ориентированы беспорядочно. Ферромагнетикиэто вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, температуры. Ферромагнетики, в отличии от слабо магнитных диа- и парамагнетиков, являются сильно магнитными веществами: внутреннее магнитное поле в них может в сотни раз превосходить внешнее поле. Магнитные моменты соседних атомов ферромагнетиков ориентированны параллельно, однако в кристалле достаточно большой величины все магнитные моменты не могут быть ориентированны параллельно. В противном случае вокруг кристалла появится магнитное поле и энергия системы возрастет. Для снижения энергии системы кристалл разбивается на домены - области спонтанной намагниченности, причем разбиение производится таким образом, чтобы внешнее магнитное поле отсутствовало Важно отметить, что на границе доменов магнитные моменты атомов не могут быть антипараллельными. В противном случае энергия атомов повысится на величину обменной энергии. Таким образом, на границе доменов происходит постепенный поворот магнитных моментов атомов из одного положения в другое. Тем не менее, энергия атомов на границах доменов оказывается повышенной Нелинейная зависимость намагниченности от напряженности магнитного поля Н (Рис. 13.4) Как видно из (Рис. 13.4), при Н > HS наблюдается магнитное насыщение.
На (Рис. 13.7) показана петля гистерезиса – график зависимости намагниченности вещества от напряженности магнитного поля Н.
Рис. 13.7 Намагниченность JS при Н = НS называется намагниченность насыщения. Намагниченность ± JR при Н=0 называется остаточной намагниченностью (что служит для создания постоянных магнитов) Напряженность ± Нс магнитного поля, полностью размагниченного ферромагнетика, называется коэрцитивной силой. Она характеризует способность ферромагнетика сохранять намагниченное состояние.
Популярное: Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1804)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |