Граничные условия для индукции и напряженности магнитного поля. Электромагнит

Граничные условия для векторов напряженности и индукции магнитного поля:

1. Касательная составляющая вектора напряженности магнитного поля

2. Нормальная составляющая вектора магнитной индукции поля

3. Касательная составляющая вектора B→ магнитного поля

4. Закон преломления линий магнитного поля

Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока через него. Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока. В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие.

35) Природа диа- и парамагнетизма. Гиромагнитное отношение. Ларморова прецессия. Спин электрона. Опыты Штерна и Герлаха. Магнитный момент атома.               

Слабо – магнитные вещества делятся на две большие группы – парамагнетики и диамагнетики.

Диамагнетиками называются вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора магнитной индукции поля.

 

К диамагнетикам относятся вещества, магнитные моменты атомов, молекул или ионов которых в отсутствие внешнего магнитного поля равны нулю. Диамагнетиками являются инертные газы, молекулярный водород и азот, цинк, медь, золото, висмут, парафин и многие другие органические и неорганические соединения.

 

В случае отсутствия магнитного поля диамагнетик немагнитен, поскольку в данном случае магнитные моменты электронов взаимно компенсируются, и суммарный магнитный момент атома равен нулю.

 

Т.к. диамагнитный эффект обусловлен действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойственен всем веществам.

К парамагнетикам относятся веществ а, у которых магнитный момент атомов или молекул отличен от нуля в отсутствие внешнего магнитного поля:

 

Поэтому парамагнетики при внесении их во внешнее магнитное поле намагничиваются в направлении поля. В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения все магнитные моменты атомов ориентированы беспорядочно, и поэтому намагниченность равна нулю. При внесении парамагнетика во внешнее магнитное поле устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов по полю. Полной ориентации препятствует тепловое движение атомов, которое стремится разбросать моменты. В результате такой преимущественной ориентации парамагнетик намагничивается, создавая собственное магнитное поле, которое, накладываясь на внешнее, усиливает его. Этот эффект называется парамагнитным эффектом или парамагнетизмом.

 

Гиромагнитное отношение (магнитомеханическое отношение) — отношение дипольного магнитного момента элементарной частицы (или системы элементарных частиц) к её механическому моменту.

В системе СИ единицей измерения гиромагнитного отношения является с·А·кг⁻¹ = с⁻¹·Тл⁻¹

Спин электрона – это собственный момент импульса электрона.

если на систему частиц, обладающих одинаковым отношением электрического заряда к массе, наложить постоянное магнитное поле B r, то магнитные моменты этих частиц P_магн будут прецессировать относительно поля B с частотой 

 B=Ω* γ                                     

Это явление называют ларморовой прецессией, частоту - ларморовской частотой. Величина γ представляет собой отношение магнитного момента частицы к ее механическому моменту. Для электрона это отношение Ω.

Опыт Штерна-Герлаха. Задачей опыта, поставленного в 1921 г. Отто Штерном совместно с Вальтером Герлахом было подтверждение идеи о существовании магнитного момента атома и непосредственное его измерение.

Магнитный момент атома слагается из орбитальных и собственных моментов входящих в его состав электронов, а также из магнитного момента ядра (который обусловлен магнитными моментами входящих в состав ядра элементарных частиц – протонов и нейтронов).

 

Свойства ферромагнетиков

Применение:

Рассмотрим подробнее некоторые примеры применения ферромагнетиков в разнообразных отраслях современной техники. Магнитомягкие материалы применяют в электротехнике для создания электрических моторов, трансформаторов, генераторов. Кроме того, важно отметить применение ферромагнетиков такого типа в радиосвязи и слоботочной технике. Жесткие виды нужны для создания постоянных магнитов. В случае выключения внешнего поля у ферромагнетиков сохраняются свойства, поскольку не исчезает ориентация элементарных токов. Именно это свойство объясняет применение ферромагнетиков.

37) Цепь с емкостью, индуктивностью, сопротивлением и источником сторонних ЭДС.

В момент включения напряжение на конденсаторе равно нулю. Если включить конденсатор к переменному напряжению сети, то в течение первой четверти периода, когда напряжение сети будет возрастать, конденсатор будет заряжаться.

 По мере накопления зарядов на обкладках конденсатора напряжение конденсатора увеличивается. Когда напряжение сети к концу первой четверти периода достигнет максимума, заряд конденсатора прекращается и ток в цепи становится равным нулю.
Ток в цепи конденсатора можно определить по формуле: Окончательно для тока имеем:  

Во вторую четверть периода напряжение сети будет уменьшаться, и конденсатор начнет разряжаться. Ток в цепи меняет свое направление на обратное. В следующую половину периода напряжение сети меняет свое направление и наступает перезаряд конденсатора и затем снова его разряд. Из фиг. 149 видно, что ток в цепи с емкостью в своих изменениях опережает по фазе на 90° напряжение на обкладках конденсатора.

 Сравнивая векторные диаграммы цепей с индуктивностью и емкостью, мы видим, что индуктивность и емкость на фазу тока влияют прямо противоположно.

 Поскольку мы отметили выше, что скорость изменения тока пропорциональна угловой частоте то, из формулы

 

38 )Обобщение Максвеллом закона электромагнитной индукции. Ток смещения.

Обобщение Максвеллом закона электромагнитной индукции: Всякое изменение магнитного поля во времени возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле.

Математическая формулировка закона электромагнитной индукции в понимании Максвелла имеет вид:

Циркуляция вектора напряженности этого поля по любому неподвижному замкнутому контуру определяется выражением

, (2.7)

где - магнитный поток, пронизывающий контур .

Используемый для обозначения скорости изменения магнитного потока знак частной производной указывает на то, что контур является неподвижным.

Ток смещения возникает в случае изменения электрического поля во времени. Идея Максвелла заключалась в том, что изменяющееся во времени электрическое поле с определенной точки зрения можно рассматривать как электрический ток, и этот ток способен возбуждать в окружающем пространстве магнитное поле. Максвелл назвал этот гипотетический ток током смещения.

39). Уравнения Максвелла для электромагнитного поля, их физический смысл