Закон полного тока для магнитного поля в веществе



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Закон полного тока для магнитного поля в веществе



Ранее было показано, что для поля в вакууме , (10)

В случае поля в веществе, закон полного тока для магнитного поля в веществе (теоре­ма о циркуляции В ) запишется так (11)

где I и I’ соответственно алгебраические суммы макротоков и микротоков, охватываемых контуром L. Можно показать, что . (12)

С учетом этого (11) перепишется в виде , (13)

или, принимая во внимание (7), найдем и , где I= - алгебраическая сумма макротоков.

В итоге имеем . (14)

Выражение (14) представляет собой теорему о циркуляции вектора или закон пол­ного тока и гласит: Циркуляция вектора напряженности магнитного поля по любому замкнутому контуру L равна алгебраической сумме макротоков, охватываемых контуром. Векторанапряженности магнитного поля являясь аналогом электрического смещения , определяется только макротоками. Из (14) следует, что Н измеряется в А/ м.

Виды магнетиков

В зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости все магнетики под­разделяются на три группы:

1) диамагнетики, у которых c отрицательна и мала (10 10 ); для них несколько мень­ше единицы; диамагнетиками являются Zn, Au, Hg, Si, P, С (графит), Bi (висмут)...

2) парамагнетики, у которых c положительна и мала (10 10 ); и с ростом температуры уменьшается по закону Кюри: c~ 1/T, для них несколько больше единицы; диамагнстиками являются щелочные металлы, кислород....

3) ферромагнетики, у которых c положительна и очень велика: может достигать, например у супермалоя 800000; для Fe магнитная проницаемость = 5000.

 
 


m

 

 

Рис. 2 Н

Магнитная проницаемость для них зависит от H , (рис. 2) и для каж­дого ферромагнетика имеется определенная температура, называемая точкой Кюри, при которой он теряет магнитные свойства, т. к. области спонтанного намагничивания (домены) распадаются и ферромагнетик становится парамагнетиком - это фазовый переход II рода. Для железа или .

Явление электромагнитной индукции

Электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Существует и обратное явление: изменяющееся во времени магнитное поле вызывает (индуктирует) электрический ток. Это явление было открыто Фарадеем в 1831 г. и получило название электромагнитной ин­дукции, а возникающий ток называют индукционным током. Закон электромагнитной индукции гласит: «ПРИ ИЗМЕНЕНИИ МАГНИТНОГО ПОТОКА В КОНТУРЕ ВОЗНИКАЕТ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ИНДУКЦИИ, ПРОПОРЦИОНАЛЬНАЯ ВЗЯТОЙ С ОБРАТНЫМ ЗНАКОМ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОТОКА», т. е. . (1)

Знак "-" в (1) объясняет закон Ленца: Индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызвавшей. Пусть

Ф = Ф sin( ) = Ф sin(2 ) (2)

тогда = -Ф (3)

где - циклическая частота, v=1/T- частота, t - время, Ф - амплитудное значение

Ф
магнит­ного потока, - амплитуда ЭДС индукции, - начальная фаза;

Графики функций (2) и (3) показаны на рис. 1. и рис. 2. Если контур, в кото­ром индуктируется ЭДС,со­стоит из N витков, то ЭДС будет равна сумме ЭДС. ин­дуктируемых в каждом из

витков в отдельности, т.е.

Рис. 2
Рис. 1
. (4)

Величину называют потокосцеплением или полным магнитным пото­ком. так что . (5)

Явление самоиндукции

Явление электромагнитной индукции наблюдается во всех случаях, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий контур. В частности, этот магнитный поток может создаваться током, текущим в самом рассматриваемом контуре. При изменениях тока I в этом контуре изменяется также и полный магнитный поток , вследствие чего в контуре индуктируется ЭДС самоиндукции . Такое явление называется самоиндукцией. Поскольку , а Ф ~ B , B ~ I то , следовательно, ~ I , т.е

(6)

здесь L - называется индуктивностьюконтура,L = .

За единицу индуктивности в СИ принимается 1 Гн - генри: это индуктивность такого кон­тура, у которого при силе тока в нем в 1А, возникает сцепленный с ним полный магнитный поток , равный 1 Вб;

Можно найти, что в общем случае . (7)

Если при изменении тока индуктивность L контура не изменяется, то

. (8)

Для соленоида , (9)

где V=IS - объем соленоида, n-число витков, приходящееся на единицу длины соленоида.

 

Токи при размыкании и замыкании цепи

Токи при размыкании цепи

Поставим переключатель"П", рис. 3, в положение 1, разомкнув цепь,тогда

IR = .

Откуда (10)

I I0
Это линейное однородное дифференциальное уравнение первого порядка с разделяющимися переменными .

Решением его будет I = I , (11)

Рис. 4 t
где . График изменения тока при размыкании цепи

представлен на рис. 4.

11.3.2. Токи при замыкании цепи

Замкнем цепь (см. рис. 3), поставив переключатель "П" в полжение 2. Для нового состояния цепи имеем в соответствии с законом Ома IR = . Или

(12)

I I0
Это линейное неоднородное дифференциальное уравнение первого порядка. Решением его будет (13)

где I = , - ЭДС источника, R - сопротивление нагрузки.

Рис. 5t
График изменения тока при замыкании цепи, показан на рис. 5.

11.4. Энергия магнитного поля

При возрастании тока в контуре в нем возникает ЭДС самоиндукции и закон Ома за­пишется I = , где , отсюда .

Полная работа источника тока за время dt dA =

здесь I Rdt - это работа, затрачиваемая на нагревание; LI dI - это работа дополнительная к работе источника тока, обусловленная индукционными явлениями в цепи. Вся работа, совершаемая в цепи для увеличения тока от 0 до I

A = . (14)

Эта работа и будет равна энергии магнитного поля, т.е. . (15)

Для соленоида индуктивность L определяется по формуле (9), что позволяет найти

. (16)

т.к. В= . Объемная плотность энергии магнитного поля

, (17)

она измеряется в СИ в Дж /м3.



Читайте также:





Последнее изменение этой страницы: 2016-09-05; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.231.243.21 (0.012 с.)