Магнітне поле (Лекція 1)

Содержание

Слайд 2

Взаємодія струмів. Магнітна індукція

Експерименти, які дали початок
дослідженням магнітного поля (1820р.):
дослід Ампера
дослід

Взаємодія струмів. Магнітна індукція Експерименти, які дали початок дослідженням магнітного поля (1820р.):
Ерстеда

Магнітне поле створюється рухомими електричними зарядами та діє на рухомі електричні заряди.
Основна силова характеристика магнітного поля – магнітна індукція. Це векторна фізична величина, яка позначається і має розмірність Тесла (Тл).
Напрям вектора магнітної індукції узгоджується з напрямом струму в провіднику правилом правого гвинта (свердлика). Магнітне поле можна представити за допомогою силових ліній, які завжди є замкнутими.

Слайд 3

Принцип суперпозиції магнітних полів: індукція магнітного поля, що створюється системою струмів, у

Принцип суперпозиції магнітних полів: індукція магнітного поля, що створюється системою струмів, у
даній точці простору дорівнює векторній сумі індукцій магнітних полів, що створюються в цій точці кожним струмом окремо:

Закон Біо-Савара-Лапласа дозволяє визначити індукцію магнітних полів струмів у довільній точці простору.
(Idl – елементарний струм, аналог точкового заряду в електриці).

Застосування закону Біо–Савара–Лапласа
для прямого нескінченного провідника (b – найкоротша відстань до провідника):
для відрізку прямого провідника:
для колового витка струму в його центрі (R – радіус витка):
для колового витка струму на його осі (z – відстань вздовж осі від центру витка):

Слайд 4

Теорема про циркуляцію та теорема Гауса для вектора магнітної індукції

Теорема про циркуляцію:

Теорема про циркуляцію та теорема Гауса для вектора магнітної індукції Теорема про
циркуляція вектора магнітної індукції вздовж довільного замкнутого контуру дорівнює алгебраїчній сумі струмів, що охоплюється цим контуром, помноженій на магнітну сталу:

Теорема Гауса: потік вектора магнітної індукції через довільну замкнену поверхню дорівнює нулю (це фізичний зміст того, що у природі не існує магнітних зарядів):

Слайд 5

Магнітне поле соленоїда та тороїда

Поле всередині нескінченного соленоїда, у якого довжна

Магнітне поле соленоїда та тороїда Поле всередині нескінченного соленоїда, у якого довжна
набагато перевищує діаметр витка:
(n – кількість витків, що припадає на одиницю довжини, n=N/l ).
Зовні соленоїда поле відсутнє.

Поле всередині тороїда (r – відстань до осі тороїда, N – кількість витків):
Поле зовні тороїда відсутнє.

Слайд 6

Сила Лоренца. Сила Ампера

На заряджену частинку, що рухається з певною швидкістю в

Сила Лоренца. Сила Ампера На заряджену частинку, що рухається з певною швидкістю
магнітному полі, з боку поля діє сила Лоренца (векторний та скалярний вид):
На провідник зі струмом в магнітному полі діє сила Ампера, яка є результуючою всіх сил Лоренца, що діють на окремі носії струму.
Напрямок сили Лоренца та сили Ампера знаходять за правилом лівої руки, за умови, що заряд є позитивним: чотири пальці вказують напрям швидкості (або напрям струму), лінії магнітної індукції входять у долоню, а великий палець вказує напрям сили.

Слайд 7

Сила взаємодії двох нескінченно довгих провідників зі струмом у вакуумі. На елемент

Сила взаємодії двох нескінченно довгих провідників зі струмом у вакуумі. На елемент
струму Idl1, що знаходиться у полі струму I2 , діє сила
Так само на елемент струму Idl2, що знаходиться у полі струму I1, діє сила

Модулі цих сил з врахуванням виразу магнітної індукції запишуться як:
Звідси можна виразити силу, яка припадає на одиницю довжини нескінченного провідника:

Слайд 8

Магнітний потік. Робота по переміщенню провідника зі струмом у магнітному полі

Магнітний потік

Магнітний потік. Робота по переміщенню провідника зі струмом у магнітному полі Магнітний
являє собою скалярний добуток вектора магнітної індукції з вектором площини. Елементарний потік знаходиться як:
Повний потік знаходиться шляхом інтегрування:

Розмірність магнітного потоку – вебер (Вб).
Елементарна робота при переміщенні провідника зі струмом в магнітному полі, яку виконує сила Ампера, знаходиться як:
Якщо контур з постійним струмом виконує скінченне переміщення, то роботу можна розрахувати через магнітні потоки через даний контур у його початковому та кінцевому положеннях:
Якщо контур має N витків, то повний потік через контур позначається і називається потокозчепленням.

Слайд 9

Магнітне поле в речовині

Класифікація речовин (магнетиків) за їх здатністю впливати на магнітне

Магнітне поле в речовині Класифікація речовин (магнетиків) за їх здатністю впливати на
поле, в яке вони внесені:
діамагнетики: всередині індукується слабке магнітне поле у протилежному напрямку до зовнішнього, в результаті чого зовнішнє поле незначно послаблюється;
парамагнетики: всередині індукується слабке магнітне поле в одному напрямку із зовнішнім, в результаті чого зовнішнє поле незначно підсилюється;
феромагнетики: всередині індукується сильне магнітне поле в одному напрямку з зовнішнім, в результаті чого зовнішнє поле значно посилюється.

Слайд 10

Фізичні величини, які описують магнітне поле у магнетиках
Вектор намагніченості – сумарний магнітний

Фізичні величини, які описують магнітне поле у магнетиках Вектор намагніченості – сумарний
момент одиниці об’єму:
Напруженість магнітного поля (вимірюється в амперах на метр, А/м):
Магнітна проникність речовини – безрозмірна величина, що показує, у скільки разів дана речовина підсилює зовнішнє магнітне поле, може бути більше або менше одиниці, є сталою для діа- та парамагнетиків та залежить від зовнішнього поля у феромагнетиків:
(не плутати з магнітною сталою вакууму, яка має розмірність та стале значення!)
Магнітна сприйнятливість речовини – безрозмірна характеристика, що показує міру здатності до намагнічування у зовнішньому магнітному полі, віємна для діамагнетиків, додатна для пара- та феромагнетиеів:

Слайд 11

Закон електромагнітної індукції

При зміні магнітного потоку через контур у контурі (на рисунку

Закон електромагнітної індукції При зміні магнітного потоку через контур у контурі (на
контур 2) виникає індукційний струм. Зміну магнітного потоку можна викликати в три способи:
змінюючи величину струму в іншому контурі (на рисунку – у контурі 1);
змінюючи відстань між контурами;
повертаючи один контур відносно іншого.

Правило Ленца: індукційний струм завжди спрямований таким чином, щоб перешкоджати причині, яка його викликає.
Закон Фарадея:
(для випадку одиничного контура, або коли контур містить декілька витків)

Слайд 12

Індуктивність. Енергія магнітного поля

Струм у контурі та повний магнітний потік, що він

Індуктивність. Енергія магнітного поля Струм у контурі та повний магнітний потік, що
викликає пропорційні. Коефіцієнтом пропорційності виступає фізична величина, що називається індуктивність (вимірюється у генрі, Гн):

Провідник з індуктивністю L, по якому тече струм I, має енергію:
Як і у випадку електричного поля, енергію магнітного поля можна виразити через густину енергії:
Густина енергії може бути виражена через магнітну індукцію та/або напруженість магнітного поля:

Имя файла: Магнітне-поле-(Лекція-1).pptx
Количество просмотров: 33
Количество скачиваний: 0