Магнітне поле

1. Магнітне поле

Лекція 5

2.

Магнітне поле – це особлива форма матерії, що
збуджується рухомими електричними зарядами
Магнітні властивості тіл можуть бути виміряними і
виражені такими векторними характеристиками:
уособлені рухомі електричні заряди добутком;
прямолінійний провідник з струмом добутком , а
якщо провідник довільний, то вводиться елемент
струму ; магнітні властивості замкнених струмів, в
тому числі і молекулярних характеризується
магнітним моментом, що визначається добутком
сили стуму на площу поверхні, охоплену струмом
на додатну нормаль до цієї поверхні

3.

Індукція магнітного поля – це силова
характеристика магнітного поля величина векторна
і має напрямок магнітного поля в його
досліджуваній точці; чисельно дорівнює силі, що
діє на одиничний елемент струму
перпендикулярний до напрямку поля, або моменту
сил, що діє на одиничний магнітний момент
перпендикулярний до напрямку поля, вимірюється
в теслах (Тл): Тл = Вб/м2
F
F
dF
M
B
qv sin Il sin Idl sin pm
Якщо індукція не залежить від часу B=B(x,y,z) таке поле
називається стаціонарним. Якщо індукція магнітного поля є
векторною константою, тобто у всіх точках поля має однакові
значення і напрямок, поле є однорідним.

4.

Стаціонарні магнітні поля вивчає магнітостатика. Такі поля
створюються постійними магнітами та провідниками з постійним
струмом у власних системах відліку.
Індукція магнітного поля провідників з струмом розраховується за
законом Біо-Савара-Лапласа.
Закон Біо-Савара-Лапласа стверджує, що магнітні поля
накладаючись не взаємодіють між собою, а їх дія додається.
За законом Біо-Савара-Лапласа кожен елемент струму Idl
в точці середовища, заданій радіус-вектором r по відношенню
до нього створює магнітне поле з індукцією
Idl , r
dB 0
4 r 3
Напруженість магнітного поля -визначає спроможність струму
створювати поле залежить тільки від особливостей самого струму
та від положення досліджуваної точки поля має розмірність А/м
Idl , r
dH
4 r 3

5. Сила Ампера

є добутком сили струму в
провіднику, індукції, довжини
провідника та залежить від
кута між током в провіднику
та вектором В.
Fа=BIlsinα

6. Сила Лоренца

сила, що діє на уособлені електричні
заряди, які рухаються в магнітному
полі та мають магнітні властивості
Fl qVB sin

7. Потік вектора магнітної індукції

це скалярна фізична величина що
визначається як поверхневий інтеграл виду
Ф
B
ndS BdS cos
(S )
S
Графічно представляється числом ліній індукції, що
перетинають контур інтегрування. Величина суто
скалярна, може бути додатною, якщо поле виходить
з площини, або від’ємною для поля, що входить в
поверхню. Вимірюється потік в веберах (Вб):
Вб = Тл* м2 . Якщо поле однорідне, поверхня
плоска, то,
Ф BS cos
де φ - кут між напрямками поля та нормалі до
поверхні

8.

Початок ХІХ століття був присвячений
пошуку зв’язків міжелектричними та
магнітними явищами.
Було встановлено, що електричний струм
створює в оточуючому середовищі
магнітне поле.
Виникає питання:
чи не може магнітне поле
створювати електричний струм?

9.

Якщо в замкнуту на гальванометр
котушку всувати і висувати
постійний магніт, то в моменти
його всування чи висування
спостерігається відхилення
стрілки гальванометра(виникає
індукційний струм); напрям
відхилення стрілки при русі
магніта вверх-вниз протилежний.
Відхилення стрілки тим більше,
чим більша швидкість руху
магніта відносно котушки. При
зміні полюсів магніта напрямок
відхилення стрілки змінюється.
Для отримання індукційного
струму магніт можна залишати
нерухомим, тоді потрібно
відносно магніта переміщувати
котушку.

10.

Кінці одної з катушок,
вставлених одну в іншу,
приєднують до
гальванометра, а через
другу катушку пропускають
струм. Відхилення стрілки
гальванометра
спостерігається в момент
вмикання чи вимикання
струму, в моменти його
збільшення чи зменшення
чи при переміщенні катушок
одної відносно другої

11.

Висновки з дослідів:
1 Індукційний струм виникає завжди, коли
відбувається зміна потоку магнітної
індукції, повязаного з контуром
2 Сила індукційного струму зовсім не
залежить від способу зміни потоку
магнітної індукції, а визначається лише
швидкістю його зміни

12.

Електромагнітна індукція - явище, яке полягає в
тому, що в замкнутому провідному контурі при
зміні потоку магнітної індукції, охваченого цим
контуром, виникає електричний струм, який
отримав назву індукційного.
ЕРС електромагнітної індукції. Узагальнюючи
результати дослідів, Фарадей показав, що
всякий раз, коли відбувається зміна
охопленого контуром потоку магнітної індукції
в контурі виникає індукційний струм, поява
індукційного струму вказує на наявність в колі
електрорушійної сили, яка називається
електрорушійною силою електромагнітної
індукції

13.

Закон Фарадея:
ЕРС електромагнітної індукції в контурі чисельно
дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через
поверхню, обмежену цим контуром, взяту зі знаком
мінус.
Знак мінус вказує на напрям індукційного струму.
Збільшення потоку магнітної індукції визиває ЕРС,
яка менше нуля – поле індукційного струму
напрямлене назустріч потоку; зменшення потоку
магнітної індукції визиває ЕРС, яка більше нуля –
напрямок потоку і поля індукційного струму
співпадають.

14.

Правило Ленца:
Індукційний струм в
контурі має завжди
такий напрямок, що
створюване ним
магнітне поле
перешкоджає зміні
магнітного потока, який
визвав цей індукційний
струм
Ві – магнітна
індукція поля
індукційного
струму Іі

15.

Фізична суть явища електромагнітної
індукції
полягає в тому, що довільне рухоме та
змінне магнітне поле створює в
оточуючому середовищі вихрове
електричне поле, яке будучи вихровим
послуговує електрорушійною силою
індукції. При цьому вихрі, лінії
напруженості електричного поля,
лежать в площинах перпендикулярних
до ліній індукції магнітного поля

16.

Змінним струмом називається
струм, який змінюється з плином
часу по гармонічному закону.
Такий струм існує в коливальному
контурі, в якому електромагнітні
коливання не затухають з часом.
Коло змінного струму включає в
себе резистор, котушку
індуктивності і конденсатор, до
кола прикладена змінна напруга

17.

Змінний струм, який проходить через
резистор з опором
Якщо напруга, прикладена до кінців
ділянки кола
То через резистор проходить струм :
Амплітуда сили струму

18.

Змінний струм, який тече через котушку
індуктивності
Якщо напруга, прикладена до кінців ділянки
кола
То в ньому тече змінний струм, в результаті
чого виникає ЕРС самоіндукції
Сила струму, що тече через котушку:
де
. Величина
називається
індуктивним опором.
Падіння напруги на котушці індуктивності:

19.

Змінний струм, який тече через
конденсатор з ємністю
Якщо змінна напруга прикладена до
конденсатора, то він завжди буде
перезаряджатися і в колі буде текти
змінний струм.
Сила струму, що тече через конденсатор:
де
Величина
називається
ємнісний опір.
Падіння напруги на конденсаторі

20.

Коло, змінного струму, яке містить
послідовно увімкненні резистор, котушку
індуктивності і конденсатор
В колі виникає змінний струм, який викличе на
всіх елементах кола відповідні падіння
напруги UR, UL,Uc. На рисунку приведена
векторна діаграма амплітуд падінь напруги
на резисторі, котушкі, і конденсаторі.
Амплітуда прикладеної напруги повинна
бути рівна векторній сумі амплітуд цих
падінь напруг. Як видно з рисунка кут φ
визначає різницю фаз між напругою і
силою струму.
Амплітудне значення сили струму
Струм, який тече в колі дорівнює
Повний опір кола