- •1. Кинематика частицы (основные понятия кинематики, прямолинейное и криволинейное движение).
- •2. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона и границы их применимости. Механический принцип относительности.
- •3. Законы сохранения в нерелятивистской механике.
- •4. Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле.
- •5. Механические колебания. Свободные, затухающие и вынужденные колебания линейного осциллятора.
- •6. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции в системах, движущихся поступательно и во вращающихся системах отсчета.
- •7. Мкт. Основное уравнение кинетической теории газов. Газовые законы. Уравнение Менделеева-Клапейрона.
- •8. Явления переноса в газах.
- •9.Внутренняя энергия. Теплота. Работа. Первый закон термодинамики. Второй закон термодинамики.
- •11. Равновесие фаз, фазовые переходы. Уравнения Клапейрона-Клаузиуса.
- •12. Взаимодействие неподвижных зарядов. Электростатическое поле и его характеристики.
- •13. Электрическое поле в проводниках и диэлектриках. Поляризация диэлектриков.
- •14. Постоянный электрический ток. Классическая теория электропроводности металлов.
- •15. Магнитное поле в вакууме. Взаимодействие токов. Сила Ампера. Сила Лоренца.
- •16. Магнитное поле в веществе. Диа-, пара- и ферромагнетизм
- •17. Явление электромагнитной индукции, опыты Фарадея.
17. Явление электромагнитной индукции, опыты Фарадея.
В 1831 г. М. Фарадеем экспериментально было обнаружено, что в замкнутом контуре возникает электрический ток при изменении магнитного потока, пронизывающего его. Это явление было названо электромагнитной индукцией.
Принципиальная схема опытов Фарадея (рис.17.1): на стержень намотаны два длинных куска медного провода. Концы одного из них присоединены через ключ к батарее элементов, концы другого к гальванометру. Если в первой катушке I = const, во второй катушке ток отсутствует. Но при замыкании и размыкании ключа К стрелка гальванометра отклоняется, а затем быстро возвращается в исходное положение, т. е. в катушке с гальванометром возникает кратковременный ток, называемый индукционным; направление этого тока противоположно при замыкании и размыкании ключа
Д ругие опыты Фарадея (рис.17.2):
Если концы катушки К1 замкнуть на батарею, то по ней идет постоянный ток I.
Катушка К2 замкнута на гальванометр.
Если катушку К1 приближать или удалять от катушки К2, в последней возникает индукционный ток.
Аналогично, если двигать катушку К2 относительно К1.
При перемещении магнита относительно катушки, в ней возникает индукционный ток.
Опыты Фарадея показали, что причиной возникновения индукционного тока является изменение магнитного потока, пронизывающего катушку. Это явление получило название электромагнитной индукции. Индукционный ток в замкнутой цепи может возникнуть только под действием сторонних сил. Соответствующая им ЭДС называется электродвижущей силой электромагнитной индукции Еинд.
Фарадей установил, что в замкнутых проводящих контурах возникает электрический ток при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур. Ток, возникающий при электромагнитной индукции, называют индукционным.
Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея) – ЭДС индукции численно равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур: E i= , где Ф = В S cos – магнитный поток.
Выражение для индукционного тока: E i/R= . Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца. Индукционный ток всегда направлен так, что его действие противоположно действию причины, вызывающей ток (правило Ленца). Знак минус в формуле отражает закон Ленца. При возрастании магнитного потока получаем, что: Ei<0, I<0; при уменьшении магнитного потока имеем: Ei>0, I>0.
Таким образом, переменное магнитное поле вызывает появление индуцированного электрического поля. Это поле является вихревым. Силовые линии вихревого электрического поля замкнуты сами на себя в отличие от линий напряженности электростатического поля.
ЭДС электромагнитной индукции в электрической цепи может возникать при изменении в ней электрического тока. Эта ЭДС называется ЭДС самоиндукции. Это частный случай электромагнитной индукции.
ЭДС самоиндукции определяется из закона Фарадея: Esi=
Магнитный поток, сцепленный с контуром, всегда пропорционален силе тока в нем: .
Коэффициент пропорциональности L называют коэффициентом самоиндукции (индуктивностью контура). Единица индуктивности – генри (Гн). Индуктивность – одна из основных характеристик цепи переменного тока. Подставляя в формулу закона Фарадея, получаем Esi=
Если контур представляет собой соленоид, содержащий N витков, то Esi= = .
В результате самоиндукции при замыкании цепи сила тока в соленоиде никогда сразу не достигает максимального значения, а нарастает постепенно. При размыкании цепи возникает индукционный ток, идущий в том же направлении, что и основной, и проявляющийся в виде искры на контактах рубильника.
Индуктивность L зависит от формы и размеров соленоида, а также от магнитных свойств окружающей среды. Индуктивность соленоида, т.е. катушки, длина l которой много больше ее диаметра , где n=N/l.