Материал: Экзаменационная программа по физике

знак «–» показывает тупой угол между и ,

,

– поток через ,

.

Работа сил магнитного поля по перемещению контура с током равна произведению силы тока в контуре на приращение магнитного потока через площадь, ограниченную контуром:

.

19. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея-Максвелла для электромагнитной индукции. Эдс индукции, индуцированный ток, индуцированный заряд.

Электромагнитная индукция – явление возникновения ЭДС индукции (а также индукционного тока) в замкнутом контуре при любом изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром.

Закон Фарадея-Максвелла для электромагнитной индукции

Электродвижущая сила электромагнитной индукции равна скорости изменения магнитного потока, взятой с обратным знаком:

,

,

,

,

- циркуляция напряженности электрического поля по произвольному неподвижному замкнутому контуру равна взятой с обратным знаком скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром,

- изменяющееся во времени магнитное поле создает в пространстве вихревое электрическое поле.

ЭДС индукции

Получение на основе закона сохранения энергии

,

, – закон Джоуля-Ленца,

,

,

,

,

– сумма ЭДС в контуре,

ЭДС индукции, возникающая в контуре:

.

Получение на основе электронных представлений

,

,

,

,

,

.

Индуцированный ток:

.

Индуцированный заряд:

.

20. Явление самоиндукции. Собственный магнитный поток. ЭДС самоиндукции. Индуктивность. Расчет индуктивности тороидальной катушки квадратного сечения и коаксиального кабеля. Явление взаимной индукции.

Самоиндукция – явление возникновения ЭДС электромагнитной индукции в электрической цепи вследствие изменения в ней электрического тока.

Собственный магнитный поток (потокосцепление) – полный магнитный поток, создаваемый током в контуре.

Сила тока в цепи и создаваемое этим током потокосцепление пропорциональны:

.

Индуктивность – скалярная величина, численно равная отношению потокосцепления электрической цепи к силе тока в цепи:

.

ЭДС самоиндукции

.

Расчет индуктивности тороидальной катушки квадратного сечения

,

,

,

,

,

.

Расчет индуктивности коаксиального кабеля

,

,

,

, при ,

, при ,

, при ,

,

,

,

.

Явление взаимной индукции

,

,

где – взаимная индуктивность второго и первого контура, зависит от взаимного расположения контуров, расстояния между ними и их геометрии,

,

,

взаимные индуктивности контуров в отсутствии ферромагнетиков всегда равны друг другу:

.

21. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля. Расчет энергии магнитного поля.

Энергия магнитного поля

Рассмотрим явления, возникающие при размыкании цепи. После отключения источника ток в цепи не прекращается, значит, работа:

,

,

,

,

,

,

.

Объемная плотность энергии магнитного поля – отношение энергии поля, заключенного в малом объеме пространства к этому объему:

,

.

Расчет энергии магнитного поля

Длинный соленоид

,

,

,

,

,

,

.

22. Магнитное поле в веществе. Физическая природа микротоков. Типы магнетиков. Свойства диа- и парамагнетиков.

Магнитное поле в веществе

Всякое вещество является магнетиком, то есть способно под действием магнитного поля намагничиваться (приобретать магнитный момент). Намагниченное вещество создает собственное магнитное поле, которое накладывается на внешнее.

Результирующее магнитное поле в веществе – сумма индукций собственного и внешнего магнитных полей:

.

Микротоки – незатухающие кольцевые токи, циркулирующие в частицах вещества.

В отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты микротоков ориентированы беспорядочно, поэтому суммарный магнитный момент микротоков:

.

При наличии внешнего поля магнитные моменты микротоков ориентируются вдоль линий индукции внешнего поля, и суммарный магнитный момент становится отличным от нуля:

.

Типы магнетиков:

- диамагнетики;

- парамагнетики;

- ферромагнетики.

Свойства диамагнетиков:

- вещества, атомы которых выталкиваются из области более сильного магнитного поля;

- магнитная восприимчивость отрицательна;

- во внешнем магнитном поле намагничиваются в направлении, противоположном вектору магнитной индукции поля (диамагнитный эффект).

Свойства парамагнетиков:

- вещества, атомы которых слабо втягиваются в область более сильного магнитного поля;

- магнитная восприимчивость незначительно больше нуля;

- намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении вектора магнитной индукции поля.

23. Намагниченность. Магнитная восприимчивость. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость.

Намагниченность – вектор, равный отношению магнитного момента малого объема вещества к этому объему:

.

Закон полного тока:

,

.

,

,

,

.

,

,

Напряженность магнитного поля:

,

Закон полного тока для магнитного поля в веществе

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля по произвольному замкнутому контуру равна алгебраической сумме макротоков (токов проводимости), сцепленных с этим контуром:

.

Линейная связь между намагниченностью и напряженностью магнитного поля:

,

Магнитная восприимчивость – величина, характеризующая свойство вещества намагничиваться в магнитном поле, равная отношению модуля намагниченности к модулю напряженности поля:

.

.

,

.

– относительная магнитная проницаемость вещества.