Шпаргалка по "Физике"

37) Индуктивность контура. Самоиндукция

Электрический ток, текущий  в замкнутом контуре, создает  вокруг себя магнитное поле, индукция которого, по закону Био — Савара—Лапласа (см. (110.2)), пропорциональна току. Сцепленный с контуром магнитный поток Ф поэтому пропорционален току I в контуре:Ф=LI, (126.1) где коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура. При изменении силы тока в контуре будет изменяться также и сцепленный с ним магнитный поток; следовательно, в контуре будет индуцироваться э.д.с. Возникновение э.д.с. индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется самоиндукцией.

Из выражения (126.1) определяется единица индуктивности генри (Гн): 1 Гн=1 Вб/А=1В•с/А.

38) Взаимная индукция

Явление возникновения э.д.с. в одном из контуров при изменении силы тока в другом называется взаимной индукцией. Коэффициенты пропорциональности L₂₁ и L₁₂ называются взаимной индуктивностью контуров. Расчеты, подтверждаемые опытом, показывают, что l₂₁ и L₁₂ равны друг другу, т. е. L_I2 = L_2I.

Коэффициенты L₁₂ и L₂₁ зависят от геометрической формы, размеров, взаимного расположения контуров и от магнитной проницаемости окружающей контуры среды. Единица взаимной индуктивности — генри (Гн).

39) Трансформаторы

Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении взаимной индукции. Первичная и вторичная катушки , укреплены на замкнутом железном сердечнике. переменный ток I₁   в первичной катушке , создает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф. Изменение этого потока вызывает во вторичной обмотке появление э.д.с. взаимной индукции, а в первичной — э.д.с. самоиндукции. :

Падение напряжения I₁R₁ мало по сравнению с каждой из двух э.д.с., поэтому его можно пренебречь знак “-” показывает, что э.д.с. в первичной и вторичной обмотках противоположны по фазе. Отношение числа витков N₂/N₁=k.   k-коэффициент трансформации. Т.е. токи в обмотках пропорциональны числу в этих обмотках. N2>N1- трансформатор повышающий.Он увеличмвает ЭДС и уменьшает ток. N2<N1- трансформатор понижающий. Уменьшает ЭДС и повышает ток.

40) Энергия магнитного поля

Магнитное поле, подобно электрическому, является носителем энергии. Естественно предположить, что энергия магнитного поля равна работе, которая затрачивается током на создание этого поля. Рассмотрим контур индуктивностью L, по которому течет ток I. С данным контуром сцеплен магнитный поток (см. (126.1)) Ф=LI, причем при изменении тока на dI магнитный поток изменяется на dФ=LdI. работа по созданию магнитного потока Ф будет равна   Следовательно, энергия магнитного поля, связанного с контуром,W=LI²/2. Исследование свойств переменных магнитных полей, в частности распространения электромагнитных волн, явилось доказательством того, что энергия магнитного поля локализована в пространстве. Это соответствует представлениям теории поля. Энергию магнитного поля можно представить как функцию величин, характеризующих это поле в окружающем пространстве.

41)Магнитные  моменты электронов и атомов

электрон движется в атоме по круговым орбитам. Электрон, движущийся по одной из таких орбит, эквивалентен круговому току, поэтому он обладает орбитальным магнитным моментом.

p_m=IS=evS,        где I = ev — сила тока, v — частота вращения электрона по орбите, S — площадь орбиты. Если электрон движется по часовой стрелке ,то ток направлен против часовой стрелки и вектор р_m в соответствии с правилом правого винта направлен перпендикулярно плоскости орбиты электрона.С другой стороны, движущийся по орбите электрон обладает механическим моментом импульса L_e, модуль которого L_e=mvr=2mvS,     где v=2pvr, pr²=S. Вектор L_e (его направление также подчиняется правилу правого винта), называется орбитальным механическим моментом электрона.

42 Диа- и парамагнетизм

Всякое вещество является магнетиком, т. е. оно способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент.электронные орбиты атома под действием внешнего магнитного поля совершают прецессионное движение, которое эквивалентно круговому току. Так как этот микроток индуцирован внешним магнитным полем, то у атома появляется составляющая магнитного поля, направленная противоположно внешнему полю. Наведенные составляющие магнитных полей атомов складываются и образуют собственное маг. поле вещества, ослабляющее внешнее магнитное поле. Этот эффект получил название диамагнитного эффекта, а вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле против направления поля, наз диамагнетиками.

парамагнитные — вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля.У парамагнитных веществ при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга, и атомы парамагнетиков всегда обладают магнитным моментом.

43 Намагниченность. Магнитное поле в веществе

Для количественного описания намагничения магнетиков вводят векторную величину-намагниченность, определяемую магнитным моментом единицы объема магнетика:J=p_m/V=Sp_a/V,

где p_m=Sр_а— магнитный момент магнетика, представляющий собой векторную сумму магнитных моментов отдельных молекул. Рассматривая характеристики магнитного поля мы вводили вектор магнитной индукции В, характеризующий результирующее магнитное поле, создаваемое всеми макро- и микротоками, и вектор напряженности Н, характеризующий магнитное поле макротоков. Следовательно, магнитное поле в веществе складывается их двух полей: внешнего поля, создаваемого током, и поля, создаваемого намагниченным веществом. Тогда вектор магнитной индукции результирующего магнитного поля в магнетике равен векторной сумме магнитных индукций внешнего поля В₀ и поля микротоков В':  В = В₀+В',   где В₀=m₀Н 

44) Ферромагнетики и их свойства

сильномагнитные вещества — ферромагнетики — вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, т. е. они намагничены даже при отсутствии внешнего магнитного поля.(железа,кобальт, никель). Ферромагнетики отличаются от диа- и парамагнетиков тем что они способны сильно намагничиваться. Если для слабомагнитных веществ зависимость J от Н линейна , то для ферромагнетиков эта является довольно сложной. Существенная особенность ферромагнетиков — не только большие значения m, но и зависимость m от Н. Вначале m растет с увеличением Н, затем, достигая максимума, начинает уменьшаться, стремясь в случае сильных полей к 1. Характерная особенность ферромагнетиков состоит также в том, что для них зависимость J от H определяется предысторией намагничения ферромагнетика. Это явление получило название магнитного гистерезиса. Ферромагнетики обладают еще одной существенной особенностью: для каждого ферромагнетика имеется определенная температура, называемая точкой Кюри, при которой он теряет свои магнитные свойства.

45) Природа ферромагнетизма

Вейсс ввел гипотезу, согласно которой ферромагнетик ниже точки Кюри разбивается на большое число малых макроскопических областей — доменов, самопроизвольно намагниченных до насыщения.

При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных  доменов ориентированы хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю и ферромагнетик не намагничен. Эксперименты показали, что зависимость В от Н не является такой плавной что внутри ферромагнетика домены поворачиваются по полю скачком. При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ферромагнетики сохраняют остаточное намагничение, так как тепловое движение не в состоянии быстро дезориентировать магнитные моменты столь крупных образований, какими являются домены. В настоящее время установлено, что магнитные свойства ферромагнетиков определяются спиновыми магнитными моментами электронов Установлено также, что ферромагнитными свойствами могут обладать только кристаллические вещества, в атомах которых имеются недостроенные внутренние электронные оболочки с нескомпенсированными спинами.

46)вихревое  эл поле.

Вихревое электрическое  поле это  природные сторонние  смлы. эти сторонние силы не связаны ни с тепловыми, ни с химическими процессами в контур. Максвелл высказал гипотезу изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле Е_B, циркуляция которого, по  где E_Bl — проекция вектора E_B на направление dl.

), циркуляция вектора напряженности  электростатического поля (обозначим  его e_q) вдоль любого замкнутого контура равна нулю:видим, что между рассматриваемыми полями (Е_B и e_q) имеется принципиальное различие: циркуляция вектора Е_B в отличие от циркуляции вектора e_q не равна нулю. Следовательно, электрическое поле Е_B, возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное поле, является вихревым.

 

47)ток смещения

Согласно Максвеллу всякое изменение  электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревого магнитного поля. Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смещения.

Рассмотрим цепь переменного  тока, содержащую конденсатор. Найдем количественную связь между изменяющимся электрическим и вызываемым им магнитным полями. По Максвеллу, переменное электрическое поле в конденсаторе в каждый момент времени создает такое магнитное поле, как если бы между обкладками конденсатора существовал ток проводимости, равный току в подводящих проводах. Тогда можно утверждать, что токи проводимости (I) и смещения (I_см) равны: I_см=I. для общего случая можно записать

48)уравнение  макс велла для электромагнитного поле.

в основе теории макс велла лежит 2 положение:1)всякое переменное электрич поле порождает вихревое маг. поле.2)всякое переменное маг. поле порождает вихревое элект поле. Согласно гипотезе 1. Макс велла  маг. поле возбуждает в окружающ. пространстве эл поле которое явл ся причиной возникновение идук. тока появление вихревого эл. тока. Это вихревое эл поле явл-ся потенциальным так как работа совершаемое в индуктированном совершается по перемещении едденич. положительного контура равное ЭДС а не 0. Эл маг поле напряжённость сторонних сил явл-ся напряженностью вихревого поле   это уравн показывает, что имточником эл поле могут быть изменяющейся во времени маг. поля.

49)уравнение колебательного контура

Колебания наз движение кот характеризуется определенной повторяемостью во времени. Колебательный контур- цепь состоящая из включенных последовательно катушки индуктивности  L и конденсатора емкостью С и резисторам с сопративлении R

 Это диф уравнения заряда в контуре. - формула Томсана для перехода колебаний в колебат контуре . Эта формула показ что период эл маг колебаний возникших в идеальном контуре опред только значениям индуктивности и емкости

50)свободные эл колебании

Свободные колебания происходит за счет первоначальных сообщенной энергии , при последующем осуществляется внешних воздействий на колебательную систему.

При свободных незатухающих колебаниях, когда активное сопротивление равно  нулю циклическая частота колебаний  равна единице деленное на корень квадратный из LC .

Период T свободных незатухающих колебаний  выражается формулой Томсона. T равняется  отношению 2Pi к омега нулевому, или же, произведению 2Pi на корень квадратный из LC.

 

 

 

 

 

51)величины, характеризующие затухание

Затухающие колебания- это кода амплитуда системы с течением  времени уменьшается , х+2вх+²х=0  в- коэфиц затухания. х- колебательное величина.

Затухающие колебания  пружинного маятника

Величину ω называют собственной частотой системы, ζ — коэффициентом затухания. k — коэффициент упругости

Дифференциальное  уравнение свободных затухающих колебаний линейной системы задается в виде где s — колеблющаяся величина, описывающая тот или иной физический процесс, d=const — коэффициент затухания, w₀ — циклическая частота свободных незатухающих колебаний той же колебательной системы, т. е. при d=0

52)вынужденные электрические колебании

Вынужденные колебания –  незатухающие колебания, возникающие  под действием внешней периодически изменяющийся силы. Вынужденные электромагнитные колебания- незатухающие колебания возникающие под действием внешней периодически изменяющийся ЭДС.

Диф урав для вынужденных колебаний. .Ток в установившемся контуре  

  т.е. между ЭДС и током наблюдается сдвиг по фазе на . Амплитуда тока максимум при