50257

Електромагнітне поле та електромагнітна індукцій

Контрольная

Физика

Експериментально встановлено (теоретично це передбачили М. Фарадей і Дж. Максвелл), що магнітне поле виникає також тоді, коли довільно змінюється напруженість електричного поля. Так, якщо з’єднати пластини зарядженого конденсатора провідником, то магнітне поле існуватиме як навколо провідника

Украинкский

2014-12-05

284.5 KB

5 чел.

Зміст

        Вступ.

1. Електромагнітне поле.

2. Електромагнітні хвилі та їх використання.

3. Явище електромагнітної індукції.

   3.1.     Досліди Фарадея.

   3.2 Закон Фарадея-Ленца.

   3.3 Самоіндукція.

Висновок

    Перелік використаної  літератури

     Вступ

Завжди, коли електричні заряди починають рухатися, виникає магнітне поле, яке пов’язане з рухомими електричними зарядами; магнітні силові лінії концентрично охоплюють електричний струм. Магнітне поле завжди зумовлене електричним струмом. Воно виникає в просторі, що оточує металеві провідники зі струмом, електроліти при проходженні струму через них, рухомі заряджені частинки в повітрі. Магнітне поле є істотною ознакою наявності електричного струму.

Експериментально встановлено (теоретично це передбачили М. Фарадей і Дж. Максвелл), що магнітне поле виникає також тоді, коли довільно змінюється напруженість електричного поля. Так, якщо з’єднати пластини зарядженого конденсатора провідником, то магнітне поле існуватиме як навколо провідника, по якому проходить струм, так і між пластинами конденсатора навіть тоді, коли вони роз’єднані вакуумом.

Отже, в будь-якій точці простору, де відбувається збільшення або зменшення напруженості електричного поля, виникає магнітне поле, силові лінії якого концентрично охоплюють потік електричної індукції, що змінюється з часом. Справді, кількість силових ліній, що перетинають якусь площину, змінилась (тобто змінилась їхня густота — міра напруженості поля). Це сталося тому, що внаслідок поперечного переміщення силових ліній вони або ввійшли всередину певного контуру (якщо напруженість зросла), або вийшли з нього (якщо напруженість зменшилась). В обох випадках вони перетнули контур, що обмежує цю площину.

У магнітному полі виявляються ті заховані рухи в матеріальній основі електричного поля, які завжди супроводжують поперечне переміщення у просторі електричних силових ліній і зміну кількості їх з часом. Якщо магнітне поле породжується електричним полем, то й електричне поле, в свою чергу, може бути спричинене не безпосередньо зарядами, а переміщенням і зміною магнітного поля. Проте електричні силові лінії поля, яке виникає при цьому, істотно відрізняються від силових ліній кулонівських полів.

У полі кулонівських електричних сил не існує замкнених силових ліній, усі ці лінії виходять із позитивних зарядів і входять у негативні.

Замкнені електричні силові лінії властиві для полів, що утворюються рухомими зарядами, а рухомі електричні заряди пов’язані з магнітним полем.

Отже, ми підійшли до нерозривної єдності електричного й магнітного полів — до електромагнітного поля. Найбільш загальною властивістю, що об’єднує ці поля, є їхня об’єктивна реальність і матеріальність. Електричне й магнітне поля — окремі випадки більш загального, електромагнітного поля. Ці види матерії, породжені електричними зарядами, струмами та змінними полями, здійснюють електричну, магнітну й електромагнітну взаємодію. В сучасній фізиці встановлено, що ці силові взаємодії відбуваються зі скінченною швидкістю (с ==299792,458 км/с), а на зміну принципу далекодії в класичній фізиці, де швидкість поширення взаємодії тіл бралась нескінченною, прийшов принцип близькодїі. Для згаданих полів існують істотні відмінності. Наприклад, електростатичне поле називають ще потенціальним. У ньому робота з переміщення заряду по замкненому контуру дорівнює нулю. Магнітне, електричне (з некулонівськими силовими лініями) та електромагнітне поля називають вихровими. їм не притаманна згадана вище властивість.  

1.Електромагнітне поле.

Електромагнітне поле є формою матерії, через яку здійснюється взаємодія між електрично зарядженими частинками. Поняття поля (електричного та магнітного) ввів М. Фарадей у 1830 р. Згідно з цими уявленнями, заряджені частинки або струми створюють в усіх точках оточуючого їх простору особливий стан — поле, яке діє на всяку іншу заряджену частинку або струм, вміщені в довільну точку цього простору. Отже, поле заряджених електричних частинок або струмів зосереджене в усіх точках простору, що їх оточує. У кожній такій точці електромагнітне поле характеризується енергією, імпульсом тощо.

Електромагнітне поле може існувати і вільно, незалежно від джерел, які його створили, у вигляді електромагнітних хвиль. У 1865 р. Дж. Максвелл теоретично показав, що електромагнітні коливання за своєю внутрішньою природою мають властивість поширюватись у просторізі швидкістю світла.

А в середині 60-х років ХІХ ст. Максвелл, працюючи над експерементальнимирезультатами (дослідження явища електромагнітної індукції) Фарадея, дійшов висновку, що в природі існує зворотній процес - змінне електричне поле викликає появу змінного магнітного поля (вихрового). Отже, магнітне поле може створюватися не тільки електричним струмом - рухомими зарядами, але й змінним електричним полем, так як це зображено на мал.1.1.

Сукупність нерозривно взаємопов'язаних змінних вихрових електричного і магнітногополів називають електромагнітним полем. У природі  взагалі немає відокремлених одне від одного електричних і магнітних полів, а існують електромагнітні поля як особливий  вид матерії, через який відбувається електромагнітна взаємодія.  Як нам вже відомо, електромагнітне  поле у вакуумі  характеризується  векторами напруженості електричного  поля  й індукції магнітного поля . Цими  векторами визначаються  сили, які діють з боку електромагнітного поля на рухомі й нерухомі електрично заряджені частинки. У середовищі електромагнітне поле характеризують двома додатковими параметрами: вектором індукції (зміщення) електричного поля  і вектором напруженості магнітного поля .

2. Електромагнітні хвилі та їх використання.

 Процес поширення змінного електромагнітного поля в просторі з плином часу називають електромагнітною хвилею. Електромагнітні хвилі є поперечними, оскільки в кожній точці простору електрична напруженість , магнітна індукція  і швидкість поширення цих хвиль  взаємно перпендикулярні (мал.2.1.). Із теорії Максвелла випливає, що швидкість  поширення електромагнітної хвилі у речовині визначається за формулою

,                    (2.1.)

де  - швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі; - магнітна стала, - електрична стала,

  - діелектрична проникність середовища;  - магнітна проникність середовища.

Із формули (2.1.) видно, що швидкість поширення електромагнітної хвилі в середовищі залежить від електричних і магнітних властивостей цього середовища.

 

 

Відстань, на яку поширюється електромагнітна хвиля за один період, тобто найкоротша відстань між такими двома точками хвилі, в яких  і  коливаються в однакових фазах, називають довжиною електромагнітної хвилі і позначають  мал.2.1. За аналогією з механічними хвилями:

,

де T - період,  - частота електромагнітних коливань. Із теорії Максвелла випливає, що довільний заряд, що рухається із прискоренням або коливається, випромінює електромагнітні хвилі. Наявність прискорення - головна умова випромінювання електромагнітної хвилі.

У вакуумі електромагнітні хвилі досягають найбільшої швидкості - швидкості світла (c = 3·108 м/с). Властивості електромагнітних хвиль найлегше вивчати, використовуючи передавач і приймач, які працюють на сантиметровому діапазоні. Випромінювання і приймання таких хвиль можна зробити спрямованими та прогнозованими. Досліди Герца показали, що електромагнітні хвилі мають такі властивості: в однорідному середовищі поширюються рівномірно і прямолінійно; відбиваються діелектриками, а ще краще провідниками, при цьому виконуються закони відбивання хвиль; заломлюються; фокусуються; дають явища дифракції та інтерференції; поляризуються.

Властивості електромагнітних хвиль виявились такими ж, як і властивості хвиль будь-якої іншої природи.

Електромагнітні хвилі мають майже необмежений діапазон частот і довжин хвиль. Весь діапазон поділяють на декілька вузьких ділянок, для яких установлено конкретні межі.

Радіохвилі поділяють на довгі (понад 10 км), середні (сотні метрів), короткі (десятки метрів). Усіх їх переважно використовують у радіозв'язку. Ультракороткі радіохвилі поділяють на метровідециметрові та міліметрові. Перші використовують у телебаченні, другі і треті - у радіолокації. Діапазон радіохвиль частково перекривається з інфрачервоними променями, які широко застосовують у техніці. У цьому діапазоні працюють лазери, фокусування променів яких дозволяє краще обробляти матеріали.

Ультрафіолетові промені використовують для знезаражування приміщень у лікарнях, стимуляції хімічних реакцій та ін. Для людини ультрафіолетові промені шкідливі, поверхня Землі захищена від шкідливих складових ультрафіолетових променів Сонця озоновим шаром (О3), його збереження - це одна з важливих екологічних проблем.

Рентгенівське проміння отримують під час гальмування електронів, які прискорюються напругою в десятки кіловольтів. На відміну від світлового проміння видимого спектра й ультрафіолетового проміння, воно має значно меншу довжину хвиль. Причому довжина хвилі рентгенівського проміння є тим меншою, чим більша енергія електронів, які бомбардують перешкоду, цим самим набуваючи прискорення.

У встановленні природи цього випромінювання визначальними були дослідження українського вченого Івана Пулюя (1845 - 1918 рр.) на електронних вакуумних трубках власної конструкції, проведені задовго до відкриття В. Рентгена. Однак, В. Рентген першим запатентував відкриття, тому їх називають рентгенівськими.

Рентгенівські промені майже відразу знайшли застосування в медицині. Ці промені за довжиною перекриваються із γ-промінням, яке утворюється під час розпаду нестійких ядер. Вони майже без послаблення проходять через товстий шар металу, тому їх використовують для перевірки якості великих злитків, зон зварювання товстого металу та ін. γ -проміння використовують у медицині, геології та інших галузях.

Для утворення інтенсивних електромагнітних хвиль необхідно створити електромагнітні коливання досить високої частоти. Коливання високої частоти, яка значно перевищує частоту промислового струму (50 Гц), можна отримати за допомогою коливального контуру, частота власних коливань якого буде тим більшою, чим менша індуктивність котушки і ємність конденсатора:

.    (2.2.)

Для отримання електромагнітних хвиль Г. Герц використав простий пристрій, який нині називають вібратором Герца або відкритим коливальним контуром.

До відкритого коливального контуру можна перейти від закритого, якщо поступово збільшувати відстань між пластинами конденсатора, одночасно зменшуючи їх площу і кількість витків у котушці, як це зображено на мал.2.2. Оскільки значення ємності та індуктивності вібратора Герца малі, то частота коливань такої системи  за формулою досить велика.

Мал.2.2. Поступовий перехід до відкритого коливального контуру.

 

 

 

Такий пристрій, що здатний випромінювати електромагнітні хвилі, Герц назвав антеною, що в перекладі означає вуса.

В основі принципу радіозв'язку лежать такі явища, змінний електричний струм високої частоти, який створюють в антені передавача, викликає в просторі навколо антени електромагнітні хвилі високої частоти, які вільно поширюються в просторі. Коли хвилі досягають антени приймача, вони індукують в ній змінний струм такої ж частоти, на якій працює передавач.

Важливим етапом у розвитку радіозв'язку було створення 1913 року генератора електромагнітних коливань, за допомогою якого можна здійснювати надійний і високочастотний радіотелефонний зв'язок - передачу розмови чи музики за допомогою електромагнітних хвиль.

Радіозв'язок здійснюється на довгих (10 000 - 1 000 м), середніх (1 000 - 100 м), коротких (100 - 10 м) та ультракоротких (менше 10 м) хвилях. Радіохвилі з різними довжинами хвиль по-різному поширюються біля поверхні Землі.

Довгі хвилі завдяки дифракції поширюються далеко за межі видимого горизонту. Тому радіопередачі на довгих хвилях можна приймати на великих відстанях за межами прямої видимості антени.

Середні хвилі зазнають меншої дифракції біля поверхні Землі і поширюються внаслідок дифракції на менші відстані за межі прямої видимості.

Короткі хвилі ще менш здатні до дифракції біля поверхні Землі, але їх можна прийняти в будь-якій точці на поверхні Землі. Поширення коротких радіохвиль на великі відстані від передавальної радіостанції пояснюється їх здатністю відбиватися від іоносфери.

Ультракороткі хвилі не відбиваються іоносферою і не огинають поверхню Землі внаслідок дифракції. Тому зв'язок на ультракоротких хвилях здійснюється тільки в межах прямої видимості антени передавача.

Ультракороткі хвилі (l < 10 м) використовують в радіолокації. Радіолокація - це виявлення різних предметів і вимірювання відстані до них за допомогою радіохвиль.

В основу радіолокації покладено властивість електромагнітних хвиль відбиватися від металевих предметів або будь-яких тіл, що проводять електричний струм.

Відстань, l до предмета що відбив радіохвилю, дорівнює:

 ,

де c - швидкість поширення радіосигналу (3·108 м/с); t - час проходження електромагнітних хвиль в прямому і зворотному напрямах.

За допомогою радіохвиль передаються на відстань не тільки звукові сигнали, але і зображення предмета. Телевізійні передачі ведуться в діапазоні 50 - 230 МГц. У цьому діапазоні електромагнітні хвилі поширюються майже в межах прямої видимості. Тому будують високі антени, використовують ретранслятори у вигляді антен та штучних супутників Землі.

3. Явище електромагнітної індукції.

3.11.     Досліди Фарадея.

З попереднього матеріалу відомо, що в природі існує електромагнітне поле, яке є матеріальним. Одним із проявів цього поля є магнітне поле, другим - електричне. Між цими полями існує тісний зв'язок: змінне в часі електричне поле породжує магнітне, а магнітне породжує електричне поле. Цей зв'язок встановлено завдяки відкриттю 1831 року англійським вченим М. Фарадеєм явища електромагнітної індукції, суть цього явища полягає в тому, що виникнення електричного струму в замкнутому контурі, який або нерухомий у змінному магнітному полі, або переміщується в постійному магнітному полі так, що кількість ліній магнітної індукції, що перетинають площу, обмежену контуром, змінюється.

 Вперше це явище дослідив Фарадей, проводячи досліди, які без проблем може повторити кожен з нас. У котушку, кінці якої замкнено начутливий до проходження струму прилад (гальванометр), уводимо або витягуємо з котушки магніт (мал.1.1.). Під час переміщення магнітустворюється змінне в часі магнітне поле, в якому перебуватиме котушка. Кожного разу в котушці під дією змінного магнітного поля виникаєструм, який називають індукційним.

Індукційний струм в котушці виникає також під час зміни сили струму в другій котушці, магнітне поле якої пронизує першу котушку. Індукційний струм утворюється також під час руху однієї котушки відносно іншої мал.2.1., також коли котушку рухати відносно нерухомого магніту.

 

 

         Якщо з'єднана з гальванометром котушка рухається рівномірно в однорідному полі, то індукційний струм не виникатиме, оскільки кількість силових ліній, що перетинають котушку, увесь час залишається сталою.

Поява електричного струму в замкненому контурі під час зміни магнітного поля, що пронизує цей контур, свідчить про дію в контурі сторонніх сил неелектростатичної природи, або про виникнення електрорушійної сили, яку ми будемо називати ЕРС індукції.

Кількісний опис явища електромагнітної індукції виконують на основі встановлення зв'язку між ЕРС індукції і фізичною величиною, яку називають магнітним потоком. Магнітний потік залежить від вектора  не в одній точці, а в усіх точках поверхні, яку утворює замкнений контур.

Магнітним потоком Ф через поверхню з площею S називають скалярну фізичну величину, рівну добутку модуля векторамагнітної індукції на площу поверхні S та косинус кута між вектором і вектором нормалі до поверхні . (мал.1.3.).

                    (1.1.)

Добуток  - проекція вектора магнітної індукції на нормаль до площини S, тому

Ф = BnS.

 

 

 

Магнітний потік наочно можна витлумачити як величину, пропорційну кількості ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню площею S.

Одиниця магнітного потоку - вебер. Магнітний потік в один вебер (1 Вб) створюється однорідним магнітним полем з індукцією1 Тл через площу 1 м2, перпендикулярну до ліній магнітної індукції: 1 Вб = 1 Тл · м2.

Причина виникнення індукційного струму полягає, перш за все, в тому, що виникатиме ЕРС, і вже під її впливом в контурі, виникнеіндукційний струм. Експериментально було помічено, що сила індукційного струму пропорційна швидкості зміни магнітного потоку  черезповерхню, обмежену контуром:

.

Враховуючи те, що опір провідника не залежить від швидкості зміни магнітного потоку,  струм буде пропорційний величині , тільки тому, що і ЕРС індукції також буде пропорційна , тобто .

Закон електромагнітної індукції сформульовано саме для ЕРС, оскільки за такого формулювання він виражає суть явища, незалежного від властивостей провідників, у яких виникає індукційний струм.

 При більш детальному аналізі експериментальних результатів було встановлено, що ЕРС індукції визначається виразом

                          (1.2.).

Знак «-» в формулі (1.2.) випливає із закону Фарадея-Ленца, який ми розглянемо в наступному пункті лекції.

3.2 Закон Фарадея-Ленца.

Під час проведення дослідів з електромагнітної індукції можна помітити, що стрілка гальванометра, залежно від напрямку руху магніту, відхиляється то в один, то в інший бік, що свідчить про різні напрямки індукційного струму (мал.2.1.).

Російський вчений Ленц застосував до явища електромагнітної індукції закон збереження і перетворення енергії і сформулював правило, користуючись яким, можна визначити напрям індукційного струму.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Правило Ленца формулюється так: індукційний струм, що виникає в замкненому контурі, своїм магнітним полем протидієзміні потоку зовнішнього магнітного поля, який створює цей струм.

Застосуємо це правило до закону електромагнітної індукції. На мал.2.1. зображено замкнений контур. За додатній напрям обходу контуру в розглядуваному випадку виберемо напрям, протилежний до руху стрілки годинника. Нормаль до контуру  утворюють за допомогою правого свердлика та додатного напряму обходу контра.  Нехай магнітна індукція  напрямлена вздовж нормалі до контуру і зчасом зростає, тобто це саме математично можна записати  

 і .

Згідно з правилом Ленца, індукційний струм створює магнітний потік . Силові лінії магнітного поля індукційного струму зображено намал.2.2 пунктиром. Отже, індукційний струм  згідно з правилом свердлика

 

 

 

 

 

 

 

 


напрямлений за рухом стрілки годиника (проти напряму додатного обходу контура) і ЕРС індукції від'ємна. Тому в рівнянні електромагнітноїіндукції має стояти знак мінус, який вказує, що  і    мають різні знаки:

.

Якщо в з'єднаних послідовно контурах відбуваються однакові зміни магнітного потоку, то ЕРС індукції в них дорівнює сумі ЕРС індукціїв кожному із контурів. Тому, якщо змінюється магнітний потік у котушці, що складається із N однакових витків провідника, загальна ЕРСіндукції буде в N разів більшою від ЕРС індукції в окремому контурі:

.                                  (2.1.)

Аналізуючи вище описані явища та результати цих явищ, можна дійти до висновку, що під час будь-якої зміни магнітного поля впросторі виникає електричне поле, яке приводить в рух вільні носії заряду в контурі, викликаючи появу індукційного струму. Таке електричне поле називають вихровим.

Робота сил вихрового електричного поля по переміщенню електричних зарядів називається  роботою сторонніх сил, виконується ця робота під дією ЕРС індукції.

Явище електромагнітної індукції спостерігається і в тих випадках, коли магнітне поле не змінюється з часом, а змінна потоку магнітного поля  відбувається через рух провідника в цьому полі. В такому випадку причиною виникнення ЕРС індукції буде не вихровеелектричне поле, а сила Лоренца.

Розглянемо це на прикладі руху провідника в магнітному полі. Нехай провідник довжиною , що рухається зі швидкістю  перпендикулярно до ліній індукції однорідного магнітного поля , за час він переміститься на відстань , описавши поверхнюплощею .

Враховуючи, що за цих умов потік магнітного поля

,

 


та те, що в розглядуваному випадку  отримаємо

.                                       (2.2.)

 

Якщо вектори  і  розміщені під кутом  один до одного, то проводячи аналогічні міркування, матимемо

.

Напрям індукційного струму в рухомому замкненому провіднику можна визначати за правилом правої руки: якщо праву руку розмістити  так, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню, а великий відігнутий палець показував напрям швидкості руху провідника, то чотири пальці покажуть напрям індукційного струму.

3.3 Самоіндукція.

Якщо по замкненому контуру проходить змінний струм, то магнітний потік, що пронизує контур, змінюється. Тому згідно із законом електромагнітної індукції Фарадея в цьому ж провіднику виникає ЕРС індукції. Явище виникнення індукційного струму в провіднику в наслідок зміни магнітного потоку, зумовленої зміною струму в цьому ж провіднику називають самоіндукцією. Під час самоіндукції провідний контур відіграє подвійну роль: по ньому проходить струм, що викликає індукцію, і в ньому ж з'являється ЕРС індукції.

Згідно з правилом Ленца, в момент збільшення сили струму напруженість електричного вихрового поля напрямлена, так щоб протидіяти цьому збільшенню. Тобто в цей момент самоіндукція перешкоджає наростанню струму. І навпаки, в момент зменшення струмусамоіндукція його підтримує. Іншими словами, самоіндукція протидіє змінам струму в провідниках.

Це приводить до того, що під час замикання кола зі сталою ЕРС певне значення струму встановлюється не відразу – крива ОА,мал.3.4.а., а поступово через деякий проміжок часу. Під час вимикання джерела струм в замкненому контурі не зникає миттєво, крива ВС,мал.3.4.а. У випадку, якби в природі не існувало явища електромагнітної індукції, ці процеси відбувалися так, як зображено на мал.3.4.б.

 У більшості практичних випадків ЕРС самоіндукції може перевищувати ЕРС джерела струму, оскільки зміна струму, і його магнітного поля під час вимкнення джерела відбувається дуже швидко.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для того, щоб переконатися в описаних явищах, можна провести такий дослід. Нехай дві однакові лампочки Л1 і Л2, з'єднані паралельно через резистор R і котушку індуктивності L з залізним осердям в колі з джерелом постійного струму і перемикачем К (мал.3.5.). В момент замикання кола ключем К лампочка Л1 загорається миттєво, а лампочка Л2 загоряється із запізненням. Пояснюється це тим, щосила струму на ділянці кола з котушкою через явище самоіндукції встановлюється не одразу, а поступово крива ОА мал.3.4.а.

 

 

 

 

 

 

 


Явище самоіндукції подібне до явища інерції в механіці. Внаслідок самоіндукції під час замикання кола сила струму не одразу набуває максимального значення, і навпаки, під час вимкнення джерела ЕРС струм зникає не відразу, струм самоіндукції підтримуватиме його деякий час, не зважаючи на опір кола.

Мірою "інертності" контура відносно зміни сили струму в ньому (аналогічно масі тіла в механіці), в електродинаміці є індуктивність або коефіцієнт самоіндукції контура .

Індукція магнітного поля струму відповідно до закону Біо—Савара—Лапласа прямо пропорційна першому степеню сили струму. Тому й потік магнітної індукції Ф крізь певну фіксовану поверхню буде також пропорційним силі струму, тобто

.                             (3.1.)

Використовуючи закон електромагнітної індукції (2.1.) і вираз (3.1.) за умови, що форма контуру залишається незмінною, дістанемо рівність

 .                          (3.2.)

Індуктивність, залежить від розмірів провідника, його форми, але не залежить безпосередньо від сили струму в провіднику, залежитьвід магнітних властивостей середовища, в якому є провідник. Наприклад індуктивність, соленоїда:

,                       (3.3.)

де - магнітна стала, - магнітна проникність середовища, - кількість витків на одиницю довжини; V=Sl - об'єм соленоїда.

З формули (3.2.) випливає, що індуктивність - це скалярна фізична величина, яка чисельно дорівнює ЕРС самоіндукції, що виникає в контурі внаслідок зміни струму на 1 А за 1 с.  Одиницею індуктивності в СІ є генрі (Гн).

1 Гн - це індуктивність такого провідника, в якому при зміні сили струму на 1 А за 1 с виникає ЕРС самоіндукції 1 В. 

Явище самоіндукції відіграє дуже важливу роль в електротехніці й радіотехніці. Індуктивність кола істотно впливає на проходження вньому змінного електричного струму.

Повернемося до описаного вище досліду (мал.3.5). Якщо розглянути процес розмикання ключа К, постане питання, звідки в цей і наступні моменти часу береться електроенергія в колі для живлення лампи, якщо джерело ЕРС відключене?  Джерелом енергії, щовиділяється при цьому в електричному колі, є магнітне поле котушки.

Енергію магнітного поля котушки індуктивності визначають за формулою

,                (3.4.),

де   - індуктивність котушки,   - струм, що проходить через котушку.

Як і у випадку з конденсатором, ця енергія міститься безпосередньо в об'ємі магнітного поля.

Густина енергії магнітного поля (енергія одиниці об’єму магнітного поля):  

.

Оскільки електричний струм і пов'язаний з ним магнітний потік — два боки одного процесу, то будь-яка зміна електричного струму викликає зміну його магнітного потоку, і навпаки, будь-яка зміна магнітного потоку має, згідно із законом електромагнітної індукції, викликати появу ЕРС у зв'язаному з цим потоком контурі. 

Розглянемо два контури 1 і (мал.3.6.), що зберігають взаємне розміщення. Якщо по контуру тече електричний струм , то частина його потоку пронизуватиме контур 2. Оскільки магнітний потік через контур пропорційний силі струму , то й повний магнітний потік через контуртакож буде пропорційний силі струму . При зміні сили струму в першому контурі, внаслідок зміни потоку ліній індукції магнітного поля, в другому колі індукуватиметься ЕРС.

Розглянуті контури називають магнітнозв'язаними, а явище індукції ЕРС в одному контурі в разі зміни сили струму в другому контурі — взаємною індукцією. Величину, що визначає зв'язок між зміною відповідної сили струму та індукованої ЕРС, називаютьвзаємною індуктивністю контурів.

Тобто, взаємна індуктивність – це фізична величина, яка чисельно дорівнює ЕРС індукції, що виникає в одному із контурів, коли в іншому сила струму за  1с  змінюється на  1  А.

Розрахувати ЕРС, яка індукується в другому контурі, можна за формулою

                   (3.5.)

 

- струм в першому контурі, - коефіцієнт взаємної індуктивності контурів 1 і 2.

         Розглянувши наведений приклад у випадку, коли струм індукується в першому контурі,  магнітним полем, яке створюється струмом в другому контурі отримаємо, що

                       (3.6.)

-струм в другому контурі, - коефіцієнт взаємної індуктивності контурів 2 і 1.

Використовуючи закон збереження енергії, можна показати, що для розглянутої системи із двох контурів

.

 

Висновок

В цій курсові роботі я детальніши ознайомився з взаємодія електричних зарядів в електромагнітному полі. Завжди, коли електричні заряди починають рухатися, виникає магнітне поле, яке пов’язане з рухомими електричними зарядами; магнітні силові лінії концентрично охоплюють електричний струм. Магнітне поле завжди зумовлене електричним струмом. Воно виникає в просторі, що оточує металеві провідники зі струмом, електроліти при проходженні струму через них, рухомі заряджені частинки в повітрі. Магнітне поле є істотною ознакою наявності електричного струмуа також про ефект самоіндукції.

Перелік використаної  літератури

1.     Дмитрієва В.Ф. Фізика: Навч. посіб. – К.: Техніка, 2008. – 648 с.

2.     Електрика і магнетизм / І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук, П.П. Луцик. – 2-ге   вид., випр. – К.: Техніка, 2006. – 452 с.: іл.

3.      Савельев И.В.  Курс  общей   физики.-М.: Наука. 1988. Т.2.

4.      Парселл  Э. Берклеевский курс физики.-М.: Наука. 1972. Т.2.

5.     Трофимова Т.И.  Курс   физики.-М.: Высш.шк. 1994.

6. Сивухин Д.В. Курс  общей  физики.-М.: Физматлит. 1996. Т.З.

7. Калашников С.Г. Электричество.-М.: Наука, 1977.

8. Яворский Б.М. , Детлаф А.А. Справочник по физике.-М.: Наука, 1990.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57794. Відношення і пропорції 49 KB
  Мета: повторити і систематизувати знання учнів з теми; перевірити вміння складати пропорції; розв’язувати прикладні задачі; розвивати творчі здібності; практичні навички роботи з комп’ютером...
57795. Пропорція. Основна властивість пропорції 551.5 KB
  Сьогодні ми розширимо з вами знання про відношення розглянемо особливості вживання цього терміна в українській мові та вивчимо поняття пропорції її основну властивість. Мерзляк Графічний диктант Замініть відношення дробових чисел відношенням натуральних...
57796. Проценты. Решение задач на проценты 5.9 MB
  А сегодня мы применим наши знания на уроке сказки Колобок Возле леса на опушке Дед и баба проживали. Баба тесто замесила Да медка добавила Колобок спекла душистый Круглобокий да румяный. 5 = 005 300 х 005 = 15 г меда Колобок тот был горячий И такая у него удача...
57797. Параллельность прямых и плоскостей в пространстве 118 KB
  Цели урока: обучающая: формировать предметные компетентности по математике: процедурную умение использовать разные информационные источники для поиска решения типовых задач; логическую использование математической и логической символики на практике при оформлении математических текстов...
57798. Паралельні та перпендикулярні прямі. Ознаки та властивості паралельних прямих 254.5 KB
  Мета: узагальнити й систематизувати знання учнів з теми; закріпити вміння застосовувати отримані знання під час розв’язування задач; розвивати логічне та наочно-образне мислення; навички самостійної роботи...
57799. У ЦАРСТВІ ПТАХІВ 140 KB
  Мета: продовжити знайомство учнів з особливостями байки навчити виразно читати розвивати способи й види читання байки вчити передавати шляхом інтонації характери дійових персонажів; збагатити знання учнів про життя птахів...
57800. Загальна характеристика класу Птахи 107.5 KB
  Мета: розширити знання учнів про різноманітність представників класу Птахів або Пернатих; показати особливості зовнішньої будови у звязку з польотом; вивчити будову піряного покриву типи піря їх будова та призначення;...
57801. Розмноження та розвиток птахів 83 KB
  Мета уроку. Сформувати поняття про поведінку птахів під час розмноження, звернути увагу складність будови пташиного яйця на типи розвитку птахів, ознайомити з різноманітністю гнізд, з’ясувати риси ускладнення розмноження та розвитку птахів порівняно з плазунами...
57802. Різноманітність птахів, їх значення для людини. Охорона птахів 119 KB
  Узагальнити та систематизувати знання знання учнів про птахів; розкрити їх роль у екосистемах та господарстві людини; перевірити рівень засвоєння матеріалу; продовжити формувати вміння узагальнювати...