ждлормсчсмитьлд. 1 Вопрос. Формулировка Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними

• Название: 1 Вопрос. Формулировка Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними
• Анкор: ждлормсчсмитьлд
• Дата: 09.04.2022
• Размер: 0.97 Mb.
• Имя файла: Fizika_ekzamen.docx
• Тип: Закон; #456698
• страница: 3 из 3

Самоиндукция

Самоиндукция – это явление возникновения ЭДС индукции в проводнике в результате изменения тока в нем.

Индуктивность

Электрический ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток ​Φ​ через контур из этого проводника пропорционален модулю индукции ​B⃗ ​ магнитного поля внутри контура, а индукция магнитного поля, в свою очередь, пропорциональна силе тока в проводнике.

Следовательно, магнитный поток через контур прямо пропорционален силе тока в контуре:



Индуктивность – коэффициент пропорциональности ​L​ между силой тока ​I​ в контуре и магнитным потоком ​Φ​, создаваемым этим током:



Индуктивность зависит от размеров и формы проводника, от магнитных свойств среды, в которой находится проводник.

Единица индуктивности в СИ – генри (Гн). Индуктивность контура равна 1 генри, если при силе постоянного тока 1 ампер магнитный поток через контур равен 1 вебер:



Можно дать второе определение единицы индуктивности: элемент электрической цепи обладает индуктивностью в 1 Гн, если при равномерном изменении силы тока в цепи на 1 ампер за 1 с в нем возникает ЭДС самоиндукции 1 вольт.

КОЭФФИЦИЕНТЫ ВЗАИМОИНДУКЦИИ.



29 вопрос.

Энергия магнитного поля

При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа накаливания, включенная параллельно катушке, дает кратковременную вспышку. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки. Для создания тока в контуре с индуктивностью необходимо совершить работу на преодоление ЭДС самоиндукции. Энергия магнитного поля тока вычисляется по формуле:



30 вопрос.



Система уравнений Максвелла.

Полученная в результате обобщения экспериментальных данных, эта система имеет вид:

, (25.6)

Эти уравнения называются полевыми и справедливы при описании всех макроскопических электромагнитных явлений. Учет свойств среды достигается уравнениями

, (25.7)

называемыми обычно материальными уравнениями среды. Среды линейны, если   и нелинейны если  . Материальные уравнения, как правило, имеют вид функционалов.

Рассмотрим физический смысл уравнений.

Уравнение I выражает закон, по которому магнитное поле порождается токами проводимости и смещения, являющимися двумя возможными источниками магнитного поля. Уравнение II выражает закон электромагнитной индукции и указывает на изменяющееся магнитное поле как на один из возможных источников, порождающих электрическое поле. Вторым источником электрического поля являются электрические заряды (уравнение IV). Уравнение III говорит о том, что в природе нет магнитных зарядов.

31 вопрос.



32 вопрос.

Колебательный контур — это замкнутый контур, образованный последовательно соединенными конденсатором и катушкой.

Сопротивление катушки ​R​ равно нулю.

Если зарядить конденсатор до напряжения ​U_m​, то в начальный момент времени ​t₁=0​, напряжение на конденсаторе будет равно ​U_m​. Заряд конденсатора в этот момент времени будет равен ​q_m=CU_m​. Сила тока равна нулю.



Полная энергия системы будет равна энергии электрического поля:



Конденсатор начинает разряжаться, по катушке начинает течь ток. Вследствие самоиндукции в катушке конденсатор разряжается постепенно.

Ток достигает своего максимального значения ​I_m​ в момент времени ​t₂=T/4​. Заряд конденсатора в этот момент равен нулю, напряжение на конденсаторе равно нулю.

Полная энергия системы в этот момент времени равна энергии магнитного поля:



В следующий момент времени ток течет в том же направлении, постепенно (вследствие явления самоиндукции) уменьшаясь до нуля. Конденсатор перезаряжается. Заряды обкладок имеют заряды, по знаку противоположные первоначальным.

В момент времени ​t₃=T/2​ заряд конденсатора равен ​q_m​, напряжение равно ​U_m​, сила тока равна нулю.

Полная энергия системы равна энергии электрического поля конденсатора.



Затем конденсатор снова разряжается, но ток через катушку течет в обратном направлении.

В момент времени ​t₄=3T/4​ сила тока в катушке достигает максимального значения, напряжение на конденсаторе и его заряд равны нулю. С этого момента ток в катушке начинает убывать (явление самоиндукции). Энергия магнитного поля переходит в энергию электрического поля. Конденсатор начинает заряжаться, и через некоторое время его заряд равен первоначальному, а сила тока станет равной нулю.

Через время, равное периоду ​T​, система возвращается в начальное состояние. Совершилось одно полное колебание, дальше процесс повторяется.

Важно!
Колебания, происходящие в колебательном контуре, – свободные. Они совершаются без какого-либо внешнего воздействия — только за счет энергии, запасенной в контуре.

В контуре происходят превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратно. В любой произвольный момент времени полная энергия в контуре равна:



где ​i, u, q​ – мгновенные значения силы тока, напряжения, заряда в любой момент времени.

Эти колебания являются затухающими. Амплитуда колебаний постепенно уменьшается из-за электрического сопротивления проводников.

33 вопрос.

Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения заряда, силы тока и напряжения в колебательном контуре, происходящие под действием периодически изменяющейся синусоидальной (переменной) ЭДС от внешнего источника:



где ​ε​ – мгновенное значение ЭДС, ε_m – амплитудное значение ЭДС.

При этом к контуру подводится энергия, необходимая для компенсации потерь энергии в контуре из-за наличия сопротивления.

Резонанс в электрической цепи – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока в колебательном контуре с малым активным сопротивлением при совпадении частоты вынужденных колебаний внешней ЭДС с частотой собственных колебаний в контуре.

При резонансе возникают наилучшие условия для поступления энергии от источника напряжения в цепь: колебания напряжения в цепи совпадают по фазе с колебаниями силы тока. Установление колебаний происходит постепенно. Чем меньше сопротивление, тем больше времени требуется для достижения максимального значения силы тока за счет энергии, поступающей от источника.

Резонанс может привести к перегреву проводов и аварии, если цепь не рассчитана на работу в условиях резонанса.

34 вопрос.

Активное сопротивление

Проводник, преобразующий всю энергию электрического тока во внутреннюю, называется активным сопротивлением ​R​. Активное сопротивление зависит от материала проводника, его длины и площади поперечного сечения и не зависит от частоты переменного тока.

В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока и напряжения совпадают по фазе:



Мгновенное значение мощности: ​p=i²R,​ среднее значение мощности за период: ​ .​

Действующим значением силы переменного тока ​I_д называют значение силы постоянного тока, который в том же проводнике выделяет то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время:



Действующим значением напряжения переменного тока ​U_д​ называют значение напряжения постоянного тока, который в том же проводнике выделяет то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время:



Для цепи с активным сопротивлением выполняется закон Ома для мгновенных, амплитудных и действующих значений.

Индуктивное сопротивление (РЕАКТИВНОЕ)

Катушка в цепи переменного тока имеет большее сопротивление, чем в цепи постоянного тока. В такой цепи колебания напряжения опережают колебания силы тока по фазе на ​π/2​. Колебания силы тока и напряжения происходят по закону:



Амплитуда силы тока в катушке:



где ​L​ – индуктивность катушки.

Индуктивным сопротивлением ​X_L​ называют физическую величину, равную произведению циклической частоты на индуктивность катушки:



Индуктивное сопротивление прямо пропорционально частоте. Физический смысл индуктивного сопротивления: ЭДС самоиндукции препятствует изменению в ней силы тока. Это приводит к существованию индуктивного сопротивления, уменьшающего силу тока.

МОЩНОСТЬ.

В цепях переменного тока различают три вида мощностей: активную Р, реактивную Q и полную S.

Активная мощность вычисляется по формуле:

 (2.20)

Активную мощность потребляет резистивный элемент. Единица измерения активной мощности называется Ватт (Вт).

Реактивная мощность вычисляется по формуле:

 (2.21)

Реактивная мощность потребляется идеальным индуктивным и

емкостным элементами. Единица измерения реактивной мощности называется Вольт-Ампер реактивный (Вар).

Полная мощность потребляется полным сопротивлением и обозначается буквой S:

S=   (2.22)

Единица измерения полной мощности называется ВА (Вольт-Ампер).

По сути, размерность у всех выше перечисленных единиц измерения одинакова –   . Разные название этих единиц нужны, чтобы различать эти виды мощности.

Между активной, реактивной и полной мощностью имеет место соотношение:

 (2.23)

Соотношение между P, Q и S можно интерпретировать как соотношение сторон прямоугольного треугольника.

Рис. 2.10

Из рис. 2.10 видно, что cosφ =   (2.24)

Отсюда вытекает определение одной из основных характеристик цепей переменного тока – коэффициента мощности. Специального обозначения он не получил.

Коэффициент мощности показывает, какую долю полной мощности составляет активная мощность.