Электромагнитное поле – это особый вид материи, посредством которого осуществляется электромагнитное взаимодействие.
БИЛЕТ 1 9 Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля
План 1. Индуктивность 2. Самоиндукция 3. Энергия магнитного поля тока 4. Электромагнитное поле
1. Индуктивность. Электрический ток, проходящий по какому-либо проводнику, например, по обмотке катушки, создает вокруг него магнитное поле, которое охватывает все окружающее пространство, в том числе и пространство внутри катушки. Магнитный поток внутри катушки пропорционален силе тока в обмотке: L – коэффициент пропорциональности, зависящий:
Эта величина называется индуктивностью. Индуктивность
Индуктивность проводника равна 1 Гн, если в нем при изменении силы тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС 1 В.
Рассмотрим случай, когда сила тока в обмотке изменяется Иными словами, изменяющийся в обмотке ток сам на себя наводит ЭДС индукции, которую в этом случае называют ЭДС самоиндукции. Самоиндукция - возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока. Найдем выражение для ЭДС самоиндукции: Этот вывод справедлив, когда Применим правило Ленца для определения знака
При убывании же тока в цепи ЭДС самоиндукции должна препятствовать уменьшению силы тока, т.е. должна складываться с внешним напряжением (знаки Обнаружить на опыте явление существование самоиндукции нетрудно. Составим цепь по рисунку 1. При замыкании ключа вторая лампа (Л2) вспыхивает практически сразу, а вторая — с заметным запозданием. ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего максимального значения. (По правилу Ленца в момент нарастания тока напряженность вихревого электрического поля направлена против тока. Следовательно, в этот момент вихревое поле препятствует нарастанию тока.)
Таким образом, описанное выше явление самоиндукции наглядно показывает, что магнитное поле обладает запасом энергии. Эта энергия затрачивается на создание магнитного поля и ее можно получить обратно при исчезновении поля. Расчет энергии магнитного поля. Итак, создание электрического тока в цепи ведет к образованию магнитного поля. Для создания электрического тока, а, следовательно, его магнитного поля, необходимо совершить работу против сил вихревого электрического поля. Эта работа (в соответствии с законом сохранения энергии) равна энергии электрического тока, или энергии магнитного поля тока.
Сравним процесс установления в цепи электрического тока величиной I и процесс приобретения телом некоторой скорости υ (найдем аналогии).
Частичное сходство между процессом установления тока в катушке и разгоном автомобиля позволяет предположить, что величины работы по разгону автомобиля и по установлению тока выражаются аналогичными соотношениями. Механическая работа по разгону автомобиля равна Эту величину можно взять в качестве модели для установления силы тока в катушке индуктивности. Соотношение между I и υ, L и m позволяют преобразовать
Следовательно, энергия магнитного поля тока определяется выражением:
где
Электромагнитное поле В основе всех физических явлений лежит взаимодействие между телами или частицами, участвующими в этих явлениях. Земля движется вокруг Солнца из-за того, что взаимодействует с ним. Этим взаимодействием является притяжение Земли и Солнца по закону всемирного тяготения. Притяжение или отталкивание двух электрических зарядов – это их электрическое взаимодействие. Отталкивание или притяжение магнитных полюсов или токов – это магнитное взаимодействие. Согласно представлениям современной физики всякое взаимодействие передается через некоторое поле. Земля взаимодействует с Солнцем через гравитационное поле. Электрические заряды взаимодействуют через электрическое поле, которое они создают, магниты и электрические токи – через магнитное поле.
Если всякое взаимодействие передается через поле, то возникает вопрос, через какое же поле взаимодействуют рука и камень, пружина и связывающая ее веревка, подошва обуви и Земля и т.д. т.е., чем объясняется существование обычных сил, возникающих при взаимодействии предметов? Оказывается, это электромагнитное взаимодействие. Атомы соприкасающихся тел сближаются на расстояние порядка размеров самих атомов. Быстро вращающиеся вокруг ядер отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ядра создают электромагнитное поле, которое и осуществляет взаимодействие при соприкосновении. Электромагнитное поле. В 1864 году во «Введении» к своей основополагающей работе Максвелл написал: «Та теория, которую я предлагаю, может быть названа теорией электромагнитного поля …» Электромагнитное поле – это особый вид материи, посредством которого осуществляется электромагнитное взаимодействие. Изучая свойства электромагнитного поля, максвелл задался вопросом: если переменное магнитное поле порождает электрическое поле, то не существует ли в природе обратного? Не порождает ли переменное электрическое поле в свою очередь магнитное? Анализируя имеющиеся экспериментальные данные, Максвелл предположил, что ответ на этот вопрос должен быть положительным. Между изменяющимися во времени электрическим и магнитным полями существует взаимосвязь. Переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое (явление электромагнитной индукции), а переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное (явление магнитоэлектрической индукции). В результате в пространстве. В результате возникает единое электромагнитное поле. Максвелл переложил на язык уравнений все известные факты и положения, касающиеся электрических и магнитных явлений. Эту систему уравнений для электрического и магнитного полей называют «уравнениями Максвелла». Они играют в теории электромагнетизма такую же ключевую роль, как законы Ньютона – в механике.
Опишем эти уравнения в словесной форме, сведя их в таблицу:
Из этой таблицы можно сделать следующие выводы: 1. Электрическое и магнитное поля преобразуются друг в друга при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую. Можно сказать, что разделение поля на электрическое и магнитное относительно и зависит от системы отсчета. 2. Выбор системы отсчета – субъективный акт, от которого не зависит само существование поля.
Электромагнитное поле – есть та субъективная реальность, которая существует независимо от того, ставим ли мы опыт или нет, и если ставим, то в какой системе отсчета. Поэтому электромагнитное поле нельзя рассматривать как «совокупность» электрического и магнитного полей. Электрическое и магнитное поля – проявление единого целого (электромагнитного поля) в разных условиях.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|