- •1.Электрические заряды. Закон сохранения зарядов. Закон кулона.Электрическая постоянная
- •2.Электростатическое поле. Напряженность поля. Поле точеного заряда и системы зарядов. Приницп суперпозиции.
- •3.Элекктрическое поле диполя. Применение Применение принципа суперпозиции для расчета полей.
- •4.Графическое изображения электростатичеких полей. Направление вектора напряженности.
- •5.Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля.
- •6.Применение теоремы Гаусса для расчета полей.
- •7.Работа сил электростатического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряженности.
- •8.Потенциал и разность потенциалов точек электростатического поля. Потенциалы полей точечного заряда и системы зарядов.
- •9.Эквипотенциальные поверхности и их свойства. Связь напряженности электрического поля с его потенциалом.
- •10.Элекктроемкость проводников. Конденсаторы. Вывод форумулы емкости плоского конденсатора.Виды конденсаторов.
- •11.Энергия системы зарядов и заряженного проводника.
- •12.Энергия заряженного конденсатора. Энергия и плотность энергии электростатического поля.
- •13.Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектрика. Вектор поляризации и его связь с напряженностью поля.
- •14.Напряженность диэлектрического поля в диэлектрике. Относительная диэлектрическая проницаемость и ее связь с диэлектрической восприимчивостью.
- •15.Электростатическое поле на границе двух диэлектриков. Вектор электростатической индукции. Теорема Гаусса для электростатической индукции.
- •§ 90. Условия на границе раздела двух диэлектрических сред
- •16.Электрическое поле заряженных проводников. Напряженность поля у поверхности заряженного проводника.
- •17.Электрический ток. Условия его существования. Сила и плотность тока. Единицы силы тока в системе си.
- •18.Закон для участка цепи. Электрическое сопротивление проводников и его зависимость от температуры. Сверхпроводимость.
- •19.Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Тепловое действие тока и его применение.
- •20.Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
- •21. Правила Киргхофа и их применение для расчета разветвленных электрических цепей.
- •22.Закон Ома для замкнутой цепи. Э.Д.С. Источника тока. Режим работы источника.
- •23.Основные положения и опытное обоснование классической электронной теории электропроводности металлов.
- •24.Вывод закона Ома по электронной теории.
- •25. Вывод закона Джоуля – Ленца по электронной теории.
- •26.Закон Видемана-Франца. Связь между электро и теплопроводностью металлов и ее объяснение электронной теорией.
- •27.Термоэлектронная эмиссия и ее применение.
- •28.Термоэлектрические явления и их применение.
- •29.Магнитное поле проводников с током. Индукция магнитного поля. Графическое изображение магнитных полей.
- •30. Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера. Единицы измерения магнитной индукции.
- •31.Магнитный поток. Работа перемещения проводника с током в магнитном поле.
- •32. Действие магнитного поля на контур с током. Магнитный момент контура с током.
- •33.Закон Био-Савара-Лапласса. Напряженность магнитного поля. Магнитная постоянная.
- •34. Применение закона Био-Савара-Лапласса для расчета магнитных полей.
- •35.Циркуляция вектора магнитной индукции. Закон полного тока и его
- •36.Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея и правило Ленца
- •§ 122. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея)
- •§ 123. Закон Фарадея и его вывод из закона сохранения энергии
- •37. Магнитное поле движущейся заряженной частицы.
- •38. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца.
- •§114. Действие магнитного поля на движущийся заряд
- •§ 115. Движение заряженных частиц в магнитном поле
- •39. Электрический ток в витке, движущемся в однородном магнитном
- •40. Явления самоиндукции. Индуктивность.
- •41.Влияние индуктивности на величину тока в цепи.
- •42.Явление взаимной индукции. Взаимная индуктивность.
- •43.Энергия м плотность энергии магнитного поля.
- •44.Электромагнитные колебаний в колебательном контуре. Период колебаний.
- •45. Незатухающие и затухающие колебания в колебательном контуре.
- •46. Ток смещения. Плотность тока смещеня.
- •47.Электромагнитное поле. Уравнение Максвелла в интегральной форме.
- •48.Электромагнитные волны. Их энергия и скорость распространения. Виды электромагнитных волн.
§ 123. Закон Фарадея и его вывод из закона сохранения энергии
О бобщая результаты своих многочисленных опытов, Фарадей пришел к количественному закону электромагнитной индукции. Он показал, что всякий раз, когда происходит изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции, в контуре возникает индукционный ток; возникновение индукционного тока указывает на наличие в цепи электродвижущей силы, называемой электродвижущей силой электромагнитной индукции. Значение индукционного тока, а следовательно, и э. д. с, электромагнитной индукции ξi определяются только скоростью изменения магнитного потока, т. е.
Теперь необходимо выяснить знак ξi. В § 120 было показано, что знак магнитного потока зависит от выбора положительной нормали к контуру. В свою очередь, положительное направление нормали связано с током правилом правого винта (см. § 109). Следовательно, выбирая определенное положительное направление нормали, мы определяем как знак потока магнитной индукции, так и направление тока и э.д.с. в контуре. Пользуясь этими представлениями и выводами, можно соответственно прийти к формулировке закона электромагнитной индукции Фарадея: какова бы ни была причина изменения потока магнитной индукции, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре э.д.с.
Знак минус показывает, что увеличение потока (dФ/dt>0) вызывает э.д.с.
ξξi<0, т. е. поле индукционного тока направлено навстречу потоку; уменьшение
потока (dФ/dt<0 ) вызывает ξi>0,
т. е. направления потока и поля индукционного тока совпадают. Знак минус в формуле (123.2) является математическим выражением правила Ленца — общего правила для нахождения направления индукционного тока, выведенного в 1833 г.
Правило Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток.
Закон Фарадея (см. (123.2)) может быть непосредственно получен из закона сохранения энергии, как это впервые сделал Г. Гельмгольц. Рассмотрим проводник с током I, который помещен в однородное магнитное поле, перпендикулярное плоскости контура, и может свободно перемещаться (см. рис. 177). Под действием силы Ампера F, направление которой показано на рисунке, проводник перемещается на отрезок dx. Таким образом, сила Ампера производит работу (см.(121.1)) dA=IdФ, где dФ — пересеченный проводником магнитный поток.
Если полное сопротивление контура равно R, то, согласно закону сохранения энергии, работа источника тока за время dt (ξIdt) будет складываться из работы на джоулеву теплоту (I2Rdt) и работы по перемещению проводника в магнитном поле (IdФ):
откуда
где-dФ/dt=ξi есть не что иное, как закон Фарадея (см. (123.2)).
Закон Фарадея можно сформулировать еще таким образом: э.д.с. ξi электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. Этот закон является универсальным: э.д.с. ξi не зависит от способа изменения магнитного потока.
Э .д.с. электромагнитной индукции выражается в вольтах. Действительно, учитывая, что единицей магнитного потока является вебер (Вб), получим
Какова природа э.д.с. электромагнитной индукции? Если проводник (подвижная перемычка контура на рис. 177) движется в постоянном магнитном поле, то сила Лоренца, действующая на заряды внутри проводника, движущиеся вместе с проводником, будет направлена противоположно току, т. е. она будет создавать в проводнике индукционный ток противоположного направления (за направление электрического тока принимается движение положительных зарядов). Таким образом, возбуждение э.д.с. индукции при движении контура в постоянном магнитном поле объясняется действием силы Лоренца, возникающей при движении проводника.
Согласно закону Фарадея, возникновение э.д.с. электромагнитной индукции возможно и в случае неподвижного контура, находящегося в переменном магнитном поле. Однако сила Лоренца на неподвижные заряды не действует, поэтому в данном случае ею нельзя объяснить возникновение э.д.с. индукции. Максвелл для объяснения э.д.с. индукции в неподвижных проводниках предположил, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в проводнике. Циркуляция вектора ЕВ этого поля по любому неподвижному контуру L проводника представляет собой э.д.с. электромагнитной индукции: