- •Магнетизм
- •2. Магнитное поле в веществе. @
- •3. Явление электромагнитной индукции. @
- •4. Уравнения максвелла. @
- •Магнетизм
- •1. Основы магнитостатики. Магнитное поле в вакууме
- •1.1. Магнитное поле и его характеристики.@
- •1.2. Закон Ампера.@
- •1.3. Закон Био – Савара – Лапласа и его применение к расчету магнитного поля. @
- •1.4. Взаимодействие двух параллельных проводников с током. @
- •1.5. Действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. @
- •1.6. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме(теорема о циркуляции вектора в). @
- •1.7. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. @
- •1. 8. Рамка с током в однородном магнитном поле. @
- •2. Магнитное поле в веществе. @
- •2.1. Магнитные моменты атомов. @
- •2.2. Атом в магнитном поле. @
- •2.3. Намагниченность вещества. @
- •2.4. Виды магнетиков. @
- •2.5. Диамагнетизм. Диамагнетики. @
- •Парамагнетизм. Парамагнетики. @
- •2.7. Ферромагнетизм. Ферромагнетики. @
- •2 .8. Доменная структура ферромагнетиков. @
- •2.9. Антиферромагнетики и ферриты. @
- •3. Явление электромагнитной индукции. @
- •3 .1. Основной закон электромагнитной индукции. @
- •3.2. Явление самоиндукции. @
- •3.3. Явление взаимной индукции. @
- •3.4. Энергия магнитного поля. @
- •4. Уравнения максвелла. @
- •4.1. Теория Максвелла для электромагнитного поля. @
- •4.2. Первое уравнение Максвелла. @
- •4.3. Ток смещения. @
- •4.4. Второе уравнение Максвелла. @
- •4.5. Система уравнений Максвелла в интегральной форме. @
- •4.6. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. @
3.2. Явление самоиндукции. @
Вокруг любого проводника с током существует собственное магнитное поле, которое пронизывает этот проводник. При изменении тока в контуре также меняется и собственный магнитный поток через сам этот контур. Отсюда следует, что в контуре индуцируется э.д.с. и появляется дополнительный индукционный ток. Возникающая в таких случаях э.д.с., называется э.д.с. самоиндукции, а само явление – явлением самоиндукции.
Самоиндукция – это частный случай электромагнитной индукции. В соответствии с законом Био-Савара-Лапласа магнитная индукция В пропорциональна силе тока, вызывающего это поле. Отсюда следует, что полный магнитный поток Фm, сцепленный с контуром, должен быть пропорционален силе тока I в контуре: Фm = LI. Коэффициент пропорциональности L между силой тока и магнитным потоком называется индуктивностью контура. Индуктивность зависит от геометрии контура (от его формы и размеров), а также от магнитной проницаемости окружающей контур среды. Если контур жесткий и поблизости от него нет ферромагнетиков, то его индуктивность – постоянная величина L=const. Единицей измерения индуктивности в СИ является генри (Г): 1Г - индуктивность такого контура, у которого при силе текущего в нем тока 1А возникает сцепленный с ним полный магнитный поток, равный 1Вб.
Наиболее значительной индуктивностью обладает катушка индуктивности, состоящая из изолированного проводника, свернутого в спираль. Она используется в качестве одного из основных элементов колебательных контуров, накопителей электрической энергии и источников магнитного поля. Катушки индуктивности наводят импульсное (переменное) магнитное поле при магнитно-импульсной обработке продуктов питания, находящихся в стеклянных, бумажных или полиэтиленовых контейнерах. Этот современный метод позволяет, например, пастеризовать пиво так, что его срок хранения увеличивается в 7 раз. Единичный магнитный импульс уменьшает популяцию микроорганизмов, содержащихся в продуктах, на три порядка.
В качестве примера вычислим индуктивность соленоида. Пусть длина соленоида будет во много раз больше диаметра его витков, тогда его можно считать практически бесконечным. При протекании по виткам тока I внутри соленоида появляется однородное магнитное поле, индукция которого равна В = μμ0Ιn, где n- число витков на единицу длины соленоида. Магнитный поток через каждый из витков по отдельности равен Фm1 = ВS, где S – площадь витка. Тогда полный магнитный поток через соленоид составит:
Фm = NФm = nℓBS = nℓμμ0nIS = n2ℓμμ0ΙS
Произведение n·ℓ дает полное число витков соленоида N. Сопоставив полученное выражение с Фm = LI, получим, что индуктивность соленоида L = n2ℓμμ0S = n2μμ0V (где V= ℓ·S – это объем соленоида). Следовательно, индуктивность соленоида пропорциональна квадрату числа витков на единицу длины, объему соленоида и магнитной проницаемости среды, в которой он находится.
Э.д.с. самоиндукции вычисляется следующим образом:
П о правилу Ленца дополнительные токи самоиндукции всегда направлены так, чтобы противодействовать изменениям основного тока в цепи. Это приводит к тому, что установление тока при замыкании цепи (т.е. его возрастание от нуля) и убывание при размыкании происходит не мгновенно, а постепенно. В данной ситуации процессам возрастания и убывания тока препятствует ток самоиндукции и индуктивность контура является мерой его инертности по отношению к изменению тока. При быстром размыкании электрической цепи возникает большая э.д.с. самоиндукции, которая может вызвать пробой воздушного зазора (искру) между контактами выключателя и вывести его из строя.