конспект лекций Ф1 (1). Лекция 1 Кинематика План
 Скачать 0.6 Mb.
|
Магнитное поле в вакууме —План Вектор магнитной индукции. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету полей. Закон полного тока. Сила Ампера. Сила Лоренца.Магнитный поток. Теорема Гаусса. Работа по перемещению проводника в магнитном поле. Эффект Холла. Вектор магнитной индукции численно равен отношению максимального механического момента, действующего на контур с током, к его магнитному моменту:  , - магнитный момент. Графически магнитное поле изображается с помощью силовых линий: касательная в каждой точке силовой линии совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Силовые линии магнитного поля являются замкнутыми и направлены от северного полюса к южному. Силовые линии прямолинейного проводника с током – концентрические окружности с центром на оси, совпадающей с проводником. Направление силовой линии связано с направлением тока в проводнике правилом правого винта (буравчика). Закон Био-Савара-Лапласа:  .Индукция магнитного поля прямолинейного бесконечно длинного проводника с током в точке, расположенной на расстоянии R от него:  .Для индукции магнитного поля в центре кругового витка:  .На элемент тока в магнитном поле действует сила Ампера:  .Сила, действующая на проводник с током конечной длины, определяется путем интегрирования:  .Сила, действующая на прямолинейный проводник в однородном магнитном поле:  На движущийся заряд в магнитном поле действует сила Лоренца:  или в скалярном виде  Элементарный поток магнитной индукции через площадь определяется по формуле:  ,а поток вектора магнитной индукции через некоторую поверхность:  .В случае плоского контура, находящегося в однородном магнитном поле, магнитный поток равен:  Теорема Гаусса для магнитного поля в интегральной форме: поток вектора магнитной индукции через произвольную замкнутую поверхность равен нулю.  Это равенство маЛекциятически выражает факт отсутствия магнитных зарядов. Работа по перемещению проводника в магнитном поле определяется по формуле:  Эффект Холла – возникновение в твердом проводнике с током, помещенном в магнитное поле, электрического поля в направлении, перпендикулярном магнитному полю и вектору плотности тока. Контрольные задания для СРС (Лекция 4) [1,2,3,4] Используя закон Био-Савара-Лапласа, получите выражение для индукции магнитного поля прямолинейного проводника; в центре кругового витка. Используя закон полного тока, получите выражения для напряженности поля соленоида. Как определяется направление силы Ампера? Силы Лоренца? Взаимодействие двух параллельных прямолинейных проводников с током. Параллельно проводу с током летит пучок электронов, скорость которых по направлению совпадает с направлением тока. Будет ли этот пучок притягиваться к проводу или отталкиваться от него? Лекция 14 Магнитное поле в веществе — План Виды магнетиков. Гипотеза Ампера. Намагниченность. Природа диа- и парамагнетизма. Ферромагнетики. Магнетики – тела, обладающие магнитными свойствами. Все материальные тела в той или иной степени обладают магнитными свойствами, поэтому термин «магнетики» имеет отношение ко всем тела без исключения. Магнитными свойствами обладают не только макроскопические тела, но и отдельные молекулы, атомы, атомные ядра. Магнитные свойства вещества зависят от структуры их атомов и атомных ядер, а также характера взаимодействия между ними. Характеристикой магнитных свойств вещества является магнитная проницаемость.  , , .Магнитная проницаемость показывает, во сколько раз индукция магнитного поля в веществе больше, чем в вакууме. Кроме магнитной проницаемости магнитные свойства характеризует магнитная восприимчивость.  , , .В зависимости от значения магнитной проницаемости все вещества делятся на 3 типа магнетиков:
Гипотеза Ампера: в любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Движение электронов по орбите эквивалентно круговому току:  ,  . . - орбитальный магнитный момент электрона.Кроме того, электрон обладает собственным механическим моментом, которому соответствует собственный магнитный момент  .При наложении внешнего магнитного поля происходит упорядочение направлений магнитных моментов отдельных атомов, в результате чего макроскопический объем приобретает определенный суммарный магнитный момент. Намагниченность – векторная величина, равная суммарному магнитному моменту атомов единицы объема вещества:  .Количество ориентированных в пространстве молекул магнетика, а также степень их ориентированности относительно поля Н, поэтому  .Природа диа- и парамагнетизма.
Диамагнетизм присущ всем без исключения веществам, включая парамагнетики, но в парамагнетиках его превышает эффект, обусловленный ориентацией магнитных моментов отдельных молекул. Диамагнитный эффект не зависит от температуры. Парамагнитный эффект зависит от температуры, т.к. тепловое движение атомов и молекул разрушает ориентацию их магнитных моментов во внешнем магнитном поле. Зависимость магнитной восприимчивости парамагнетика от температуры  ,где С - константа, зависящая от вещества (закон Кюри). При низких температурах наблюдается отклонение от закона Кюри. В ферромагнетиках существуют области спонтанной намагниченности – домены; под действием внешнего магнитного поля происходит ориентация доменов вдоль внешнего поля. С увеличением напряженности поля растет количество ориентированных по полю доменов; когда все моменты ориентированы по полю, возникает насыщение. Для ферромагнетиков зависимость намагниченности от Н: нелинейная, определяется предисторией намагничивания. Любой ферромагнетик при определенной температуре (точка Кюри) теряет свои ферромагнитные свойства и становится парамагнетиком. Контрольные задания для СРС (Лекция5) [1,2,3,4] Чему равно гиромагнитное отношение для орбитального и спинового моментов? Как направлены векторы орбитальных механического и магнитного моментов? Что такое напряженность магнитного поля? Каков ее аналог в электростатике? Что такое коэрцитивная сила? Что такое остаточная намагниченность? Что определяет площадь петли гистерезиса? Как называется явление изменения формы и размеров тела при его намагничивании и размагничивании? Лекция 15 Электромагнитная индукция. Уравнения Максвелла — План Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Основной закон электромагнитной индукции. Явление самоиндукции. Индуктивность бесконечно длинного соленоида. Энергия магнитного поля. Основные уравнения электростатики и магнитостатики Ток смещения Уравнения Максвелла Вектор Умова-Пойнтинга Явление электромагнитной индукции – возникновение электрического тока в проводящем контуре при изменении магнитного потока. Закон Фарадея для электромагнитной индукции:  Знак (-) – это следствие правила Ленца: индукционный ток направлен таким образом, что создаваемое им магнитное поле препятствует причине, его вызывающей. При всяком изменении силы тока в проводнике в нем возникает ЭДС самоиндукции:  ,L - коэффициент самоиндукции (индуктивность), зависит от формы, размеров проводника, магнитной проницаемости среды. Индуктивность соленоида:  .Энергия магнитного поля:  .Объемная плотность энергии магнитного поля:  .
Для создания единой теории электромагнетизма нужно было математически выразить связь между электрическими и магнитными явлениями. 1. Явление электромагнитной индукции: возникновение ЭДС индукции является вторичным; контур, в котором возникает индукционный ток, всего лишь индикатор переменного электрического поля. Вихревое электрическое поле можно породить без зарядов, с помощью переменного электрического поля.  , , .2. При разрядке конденсатора ток в цепи связан с изменением заряда на его обкладках, что сопровождается изменением поля внутри конденсатора:  .Полный ток равен сумме тока проводимости и тока смещения, и закон полного тока принимает вид:  .Уравнения Максвелла в интегральной форме:  , ,,  .Из уравнений Максвелла следует существование электромагнитных волн, которые распространяются с фазовой скоростью  .Контрольные задания для СРС (Лекция 6) [1,2,3,4] Какое из явлений характерно как для тока смещения, так и для тока проводимости? Каковы особенности вихревого электрического поля? Какое из уравнений Максвелла отражает тот факт, что в пространстве, где изменяется электрическое поле, возникает вихревое магнитное поле? Какое из уравнений Максвелла отражает тот факт, что в пространстве, где изменяется магнитное поле, возникает вихревое электрическое поле? Рекомендуемая литература: 1. Савельев И.В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн.2. Электричество и магнетизм. – М. 2001 г. 2. Савельев И.В. Курс физики. В 3 т. Т.2: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. – М. 1988 г. 3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М. 2004 г. 4. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М. 1999 г. |
(вследствие конфигурации)
.
.
.