- •Учебное пособие для студентов технических университетов
- •1. Вводные сведения
- •1.1. Предсказание будущего - задача науки
- •1.2. Предмет физики
- •1.3. Физическая модель
- •1.4. Язык физики?
- •1.5. Экспериментальная и теоретическая физика
- •Физические основы механики
- •3.1.3. Абсолютно твердое тело
- •3.2. Тело отсчета
- •3.3. Система отсчета
- •3.4. Положение материальной точки в пространстве
- •3.10.1. Нормальное и тангенциальное ускорение
- •4. Динамика материальной точки
- •4.6.1. Система си (System international)
- •4.6.1.1. Размерность силы
- •5.3. Работа
- •5.6.1. Консервативность силы тяжести
- •5.6.2. Неконсервативность силы трения
- •5.7. Потенциальная энергия может быть введена только для поля консервативных сил
- •5.8.Закон сохранения механической энергии
- •6. Кинематика вращательного движения
- •6.1. Поступательное и вращательное движение
- •6.2. Псевдовектор бесконечно малого поворота
- •6.5. Связь линейной скорости материальной точки твердого тела и угловой скорости
- •8. Элементы специальной теории относительности
- •8.2. Принцип относительности Галилея:
- •8.3. Неудовлетворительность механики Ньютона при больших скоростях
- •8.5.1. Вывод преобразований Лоренца
- •8.6. Следствия из преобразований Лоренца
- •9.3. Электрическое поле
- •9.3.6. Принцип суперпозиции электрических полей
- •9.3.7. Напряженность поля точечного заряда
- •9.3.8. Линии напряженности
- •9.3.9. Линии напряженности точечных зарядов
- •9.4.4.1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости
- •9.4.4.3. Поле однородно заряженного бесконечного цилиндра
- •9.9. Проводник в электрическом поле
- •9.10. Электроемкость уединенного проводника
- •9.11. Электроемкость конденсатора
- •9.12. Энергия электрического поля
- •9.12.1. Плотность энергии электрического поля в вакууме
- •9.13. Электрическое поле в диэлектрике
- •9.13.1. Диэлектрик?
- •9.13.1.1. Два типа диэлектриков - полярные и неполярные
- •9.13.2. Поляризованность диэлектрика (вектор поляризации) - это дипольный момент единицы объема:
- •9.13.4.1. Плотность энергии электрического поля в диэлектрике
- •10.4. Закон Ома для участка цепи
- •10.5. Закон Ома в дифференциальной форме
- •10.6. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме
- •Магнетизм. Уравнения Максвелла
- •11.5.6. Магнитное поле тороида
- •11.6. Закон Ампера
- •11.7. Сила Лоренца - это сила, действующая со стороны магнитного поля на движущийся в нем заряд
- •11.7.1. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле
- •11.8. Рамка с током в магнитном поле
- •11.11.1. Потокосцепление
- •11.11.2. Индуктивность соленоида
- •11.11.3. Энергия магнитного поля
- •12. Магнитное поле в веществе
- •12.2. Классификация магнетиков
- •13. Уравнения Максвелла
- •13.3. Система уравнений Максвелла в интегральной форме
- •13.4. Система уравнений Максвелла в дифференциальной форме
11.11.1. Потокосцепление
|
В одном витке катушки наводится ЭДС ε1, ЭДС самоиндукции, наводимая в катушке, будет в N раз больше:
Величину ψ назвали потокосцеплением: . |
Выразим εсам через скорость изменения тока (11.11):
.
Сопоставляя с выражением εсам через ψ, получим:
.
11.11.2. Индуктивность соленоида
Число витков на единицу длины .
(11.9.1) ;
.
См. (11.11.1), (11.5.5) С другой стороны :
, см. (11.11.1), следовательно:
.
11.11.3. Энергия магнитного поля
|
По катушке L течет ток I, поддерживаемый источником ε. При размыкании цепи (ключ переводим в положение 2) ток I поддерживается за счет ЭДС самоиндукции εсам(11.11), возникающей за счет уменьшения тока I. Работа, совершаемая εсам по перемещению заряда dq, . См. (10.3), (10.1), (11.11.1). |
Вся работа:
.
Работа эта совершена за счет исчезновения магнитного поля соленоида (11.5.5). Запас энергии в магнитном поле выразим через индукцию В, для этого ток I выразим из формулы B = μ0nI , индуктивность L подставим из (11.11.2):
.
11.11.3.1. Плотность энергии магнитного поля В единице объема магнитного поля запасена энергия:
.
12. Магнитное поле в веществе
12.1. Магнитная проницаемость - это отношение магнитной индукции B в веществе к магнитной индукции в вакууме B0.
.
12.2. 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 |
12.3. Диамагнетики - по закону Фарадея-Ленца (11.10.1) 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(11.8.1.1.),
12.4. Парамагнетизм проявляется у веществ, атомы которых имеют собственный магнитный момент. Магнитные моменты атомов выстраиваются по полю.
|
Тепловые колебания атомов нарушают ориентацию магнитных моментов. |
12.5. 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 поляимеет 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(11.3). Связь между векторами изаписывается следующим образом:
.