- •Постоянное электрическое поле
- •3. Электрическое поле
- •3.6. Принцип суперпозиции электрических полей
- •3.7. Напряженность поля точечного заряда
- •3.8. Линии напряженности
- •4. Теорема Гаусса
- •4.1. Поток вектора напряжeнности электрического поля
- •4.1.3. Поток вектора через произвольную поверхность в неоднородном поле
- •4.2.2. Заряд в произвольном месте внутри сферы
- •4.2.4. Поток вектора е поля системы зарядов, находящихся внутри замкнутой поверхности
- •4.2.5. Поток вектора е для поля, созданного зарядами, находящимися вне замкнутой поверхности
- •9.4.3. Формулировка теоремы Гаусса
- •4.4.1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости
- •Вопросы
- •9. Проводник в электрическом поле
- •10. Электроемкость уединенного проводника
- •11. Электроемкость конденсатора
- •12. Энергия электрического поля
- •12.1. Плотность энергии электрического поля в вакууме
- •13. Электрическое поле в диэлектрике
- •13.1. Диэлектрик
- •13.1.1. Два типа диэлектриков - полярные и неполярные
- •13.2. Поляризованность диэлектрика (вектор поляризации) - это дипольный момент единицы объема:
- •13.4.1. Плотность энергии электрического поля в диэлектрике
- •Постоянный электрический ток
- •1. Определение электрического тока
- •2. Плотность тока
- •2.1. Связь плотности тока и скорости упорядоченного движения зарядов
- •4. Закон Ома для участка цепи
- •5. Закон Ома в дифференциальной форме
- •6. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме
- •Магнитное поле в вакууме
- •1. Движущийся заряд - источник магнитного поля, индикатор магнитного поля - другой движущийся заряд
- •2. Проводник с током создает только магнитное поле, другой проводник с током реагирует только на магнитное поле
- •3. Рамка с током. Вектор магнитной индукции
- •3.1. Линии магнитной индукции:
- •4. Закон Био-Савара-Лапласа
- •4.1. Применение закона Био-Савара-Лапласа для нахождения магнитного поля прямого тока
- •5.6. Магнитное поле тороида
- •6. Закон Ампера
- •7. Сила Лоренца - это сила, действующая со стороны магнитного поля на движущийся в нем заряд
- •7.1. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле
- •11.1. Потокосцепление
- •11.2. Индуктивность соленоида
- •Практическое применение электромагнитной индукции
- •11.3. Энергия магнитного поля
- •Магнитное поле в веществе
- •2. Классификация магнетиков
- •Уравнения Максвелла
- •3. Система уравнений Максвелла в интегральной форме
2. Классификация магнетиков
μ < 1, не зависит от температуры |
- |
диамагнетики (вода, медь, графит, кварц) , |
μ > 1, зависит от температуры |
- |
парамагнетики (алюминий, платина, натрий) при T ≈ 300 K, |
μ >> 1, зависит от температуры и нелинейно от поля B0 |
- |
ферромагнетики (железо, никель, кобальт) для Fe, при T ≈ 300 K, при |
3. Диамагнетики - по закону Фарадея-Ленца при внесении в магнитное поле любого вещества в атомах вещества возникают внутренние токи, создающие магнитное поле , направленное навстречу внешнему полю . В результате поле в веществе ослабляется. Если в веществе кроме этого отсутствуют другие магнитные эффекты, то оно будет диамагнетиком. Диамагнетизм проявляется у вещества, атомы которых не имеют собственного магнитного момента
4. Парамагнетизм проявляется у веществ, атомы которых имеют собственный магнитный момент. Магнитные моменты атомов выстраиваются по полю .
|
|
Тепловые колебания атомов нарушают ориентацию магнитных моментов. |
5. Ферромагнетизм - объясняется самопроизвольным упорядочением спиновых магнитных моментов электронов в пределах областей спонтанного намагничивания (доменов). В пределах одного домена магнитные моменты электронов ориентированы в одном направлении. Магнитные моменты разных доменов в отсутствии внешнего поля ориентированы по разному, так, чтобы энергия созданного ими поля была минимальная:
а) |
|
|
|
При включении внешнего поля расширяются за счет соседей те домены, которые ориентированы по полю:
б) |
|
|
в) |
|
|
Затем переориентируются оставшиеся домены, и ферромагнетик намагничивается до насыщения:
г) |
|
|
В результате этого зависимость поля в ферромагнетике от переменного внешнего поля имеет вид петли гистерезиса, которую изображают в осях B-H.
Вектор называется вектором напряженности магнитного поля. Он носит вспомогательный характер, силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции . Связь между векторами и записывается следующим образом:
.
Уравнения Максвелла
Уравнения Максвелла выражают связи между характеристиками электромагнитного поля.
Сформулированы уравнения в 1861-1865 гг. Дж. К. Максвеллом на основе обобщения эмпирических законов электрических и магнитных явлений. Развивая идеи М. Фарадея, Максвелл впервые ввел точный термин "электромагнитное поле".
1. Первая пара уравнений Максвелла в интегральной форме
1.1. Первое уравнение первой пары - это закон Фарадея-Ленца
|
|
S - произвольная поверхность, "натянутая" на контур l. Это уравнение - обобщенная формулировка закона электромагнитной индукции.
|
13.1.2. Второе уравнение первой пары - нет магнитных зарядов
|
|
Поток вектора через произвольную замкнутую поверхность равен нулю. Причина этого - замкнутость линий индукции. Линии индукции замкнуты, т.к. в природе отсутствуют магнитные заряды. |
2. Вторая пара уравнений Максвелла в интегральной форме
2.1. Первое уравнение второй пары - это теорема о циркуляции + что-то еще.
Для вектора теорема о циркуляции (11.5.4) гласит:
|
. |
|
|
В вакууме:
.
Тогда
, |
или |
. |
При непрерывном распределении тока через поверхность S
,
здесь j - плотность тока. Тогда имеем
.
Интеграл слева берется по произвольному воображаемому контуру, интеграл справа - по произвольной поверхности, "натянутой" на этот контур. В веществе теорема о циркуляции для вектора имеет тот же вид:
,
но при этом в интеграле справа не учитываются микроскопические токи вещества, приводящие к изменению магнитной индукции в веществе.
2.1.1. + что-то еще - это "ток смещения"
Применим теорему о циркуляции вектора к магнитному полю, созданному переменным электрическим током, перезаряжающим конденсатор.
,
.
На S2 j = 0, но , а по величине , значит ? .
Величину Максвелл назвал "током смещения".
Как видно, "ток смещения" - это переменное во времени электрическое поле. Первое уравнение второй пары утверждает, что магнитное поле создается током проводимости и переменным электрическим полем ("током смещения").
2.2. Второе уравнение второй пары - это теорема Гаусса для вектора
,
где qi - свободные, не связанные заряды.
При непрерывном распределении заряда
.