энергия проводника с током в магнитном поле

Энергия проводника с током в магнитном поле

Каждый проводник, по которому протекает эл.ток, находится в собственном магнитном поле.

59

При изменении силы тока в проводнике меняется м.поле, т.е. изменяется магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока ведет в возникновению вихревого эл.поля и в цепи появляется ЭДС индукции.

58

Это явление называется самоиндукцией.

Проявление явления самоиндукции

57

При замыкании в эл.цепи нарастает ток, что вызывает в катушке увеличение магнитного потока, возникает вихревое эл.поле, направленное против тока, т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию тока в цепи (вихревое поле тормозит электроны).
В результате Л1 загорается позже, чем Л2.

60

в электротехнике явление самоиндукции проявляется при замыкании цепи (электрический ток нарастает постепенно) и при размыкании цепи (электрический ток пропадает не сразу).

От чего зависит ЭДС самоиндукции?

Электрический ток создает собственное магнитное поле. Магнитный поток через контур пропорционален индукции магнитного поля (Ф

B), индукция пропорциональна силе тока в проводнике
(B

I), следовательно магнитный поток пропорционален силе тока (Ф

I).
ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока в эл.цепи, от свойств проводника (размеров и формы) и от относительной магнитной проницаемости среды, в которой находится проводник.
Физическая величина, показывающая зависимость ЭДС самоиндукции от размеров и формы проводника и от среды, в которой находится проводник, называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью.

54

52

Единицы измерения индуктивности в системе СИ:

56

Индуктивность катушки зависит от:
числа витков, размеров и формы катушки и от относительной магнитной проницаемости среды ( возможен сердечник).

55

ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении цепи и убыванию силы тока при размыкании цепи.

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА

Вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое обладает энергией.
Откуда она берется? Источник тока, включенный в эл.цепь, обладает запасом энергии.
В момент замыкания эл.цепи источник тока расходует часть своей энергии на преодоление действия возникающей ЭДС самоиндукции. Эта часть энергии, называемая собственной энергией тока, и идет на образование магнитного поля.

Энергия магнитного поля равна собственной энергии тока.
Собственная энергия тока численно равна работе, которую должен совершить источник тока для преодоления ЭДС самоиндукции, чтобы создать ток в цепи.

53

ВОПРОСЫ К ПРОВЕРОЧНОЙ РАБОТЕ

по теме «Электромагнитная индукция»

1. Перечислить 6 способов получения индукционного тока.
2. Явление электромагнитной индукции (определение).
3. Правило Ленца.
4. Магнитный поток ( определение, чертеж, формула, входящие величины, их ед. измерения).
5. Закон электромагнитной индукции (определение, формула).
6. Свойства вихревого электрического поля.
7. ЭДС индукции проводника, движущегося в однородном магнитном поле ( причина появления, чертеж, формула, входящие величины, их ед. измерения).
8. Самоиндукция (кратко проявление в электротехнике, определение).
9. ЭДС самоиндукции (ее действие и формула).
10. Индуктивность (определение, формулы, ед. измерения).
11. Энергия магнитного поля тока (формула, откуда появляется энергия м. поля тока, куда пропадает при прекращении тока).

Источник

Магнитное поле

Магнитное поле играет очень большую роль в электротехнике и электронике. Без магнитного поля не функционировали бы герконы, электромагнитные реле, соленоиды, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, двигатели, динамики, генераторы электрической энергии да и вообще много чего.

Природа магнетизма

Согласно одной из легенд, когда-то давным-давно жил в Греции пастух по имени Магнес. И вот шел он как-то со своим стадом овец, присел на камень и обнаружил, что конец его посоха, сделанный из железа, стал притягиваться к этому камню. С тех пор стали называть этот камень магнетит в честь Магнеса. Этот камень представляет из себя оксид железа.

Читайте также:  чем уничтожить плесень на стенах в квартире своими руками

%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%82

Если такой камень положить на деревянную доску на воду или подвесить на нитке, то он всегда выстраивался в определенном положении. Один его конец всегда показывал на СЕВЕР, а другой — на ЮГ.

%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%82 %D0%BD%D0%B0 %D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B5

Этим свойством камня пользовались древние цивилизации. Поэтому, это был своего рода первый компас. Потом уже стали обтачивать такой камень и делать из разные фигурки. Например, так выглядел китайский древний компас, ложка которого была сделана из того самого магнетита. Ручка у этой ложки всегда показывала на ЮГ.

%D0%BA%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%B9%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9 %D0%B4%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BD%D0%B8%D0%B9 %D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%B0%D1%81

Ну а далее дело шло за практичностью и маленькими габаритами. Из магнетита вытачивали маленькие стрелки, которые подвешивали на тонкую иглу посередине. Так стали появляться первые малогабаритные компасы.

%D0%B4%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BD%D0%B8%D0%B9 %D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%B0%D1%81 %D1%81%D0%BE %D1%81%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BA%D0%BE%D0%B9

Древние цивилизации, конечно, не знали еще что такое север и юг. Поэтому, одну сторону магнетита они назвали северным полюсом (North), а противоположный конец — южным (South). Названия на английском очень легко запомнить, если кто смотрел американский мультфильм «Южный парк», он же Сауз (South) парк).

%D1%81%D0%B0%D1%83%D0%B7 %D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%BA

Магнитные линии и магнитный поток

Вокруг магнита экспериментальным путем были обнаружены магнитные силовые линии. Эти магнитные линии создают так называемое магнитное поле.

%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D0%B8 %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE %D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8F

Как вы могли заметить на рисунке, концентрация магнитных силовых линий на самых краях магнита намного больше, чем в его середине. Это говорит о том, что магнитное поле является более сильным именно на краях магнита, а в его середине практически равна нулю. Направлением магнитных силовых линий считается направление от севера к югу.

Ошибочно считать, что магнитные силовые линии начинают свое движение от северного полюса и заканчивают свой век на южном. Это не так. Магнитные линии — они замкнуты и непрерывны. В магните это будет выглядеть примерно так.

%D0%B7%D0%B0%D0%BC%D0%BA%D0%BD%D1%83%D1%82%D1%8B%D0%B5 %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B5 %D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D0%B8

Если приблизить два разноименных полюса, то произойдет притягивание магнитов

%D0%B2%D0%B7%D0%B0%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D0%B5 %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D1%8B%D1%85 %D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B9

Если же приблизить одноименными полюсами, то произойдет их отталкивание

%D0%B2%D0%B7%D0%B0%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D0%B5 %D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D1%85 %D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8E%D1%81%D0%BE%D0%B2 %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%B0

Итак, ниже важные свойства магнитных силовых линий.

Магнитные силовые линии, которые образуют магнитное поле, называют также магнитным потоком.

Итак, давайте рассмотрим два рисунка и ответим себе на вопрос, где плотность магнитного потока будет больше? На рисунке «а» или на рисунке «б»?

%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE %D0%BF%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%B0

Видим, что на рисунке «а» мало силовых магнитных линий, а на рисунке «б» их концентрация намного больше. Отсюда можно сделать вывод, что плотность магнитного потока на рисунке «б» больше, чем на рисунке «а».

В физике формула магнитного потока записывается как

%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D1%83%D0%BB%D0%B0 %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE %D0%BF%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%B0

Ф — магнитный поток, Вебер

В — плотность магнитного потока, Тесла

а — угол между перпендикуляром n (чаще его зовут нормалью) и плоскостью S, в градусах

S — площадь, через которую проходит магнитный поток, м 2

%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9 %D0%BF%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BA

Что же такое 1 Вебер? Один вебер — это магнитный поток, который создается полем индукцией 1 Тесла через площадку 1м 2 расположенной перпендикулярно направлению магнитного поля.

Напряженность магнитного поля

Формула напряженности

Слышали ли вы когда-нибудь такое выражение: «напряженность между ними все росла и росла». То есть по сути напряженность — это что-то невидимое, какая-то сдерживающая сила, энергия. Здесь почти все то же самое. Напряженностью магнитного поля также часто называют силой магнитного поля. Напряженность магнитного поля напрямую зависит от плотности магнитного потока и выражается формулой

%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE %D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8F

H — напряженность магнитного поля, Ампер/метр

B — плотность магнитного потока, Тесла

Эта формула работает только тогда, когда между витками катушки находится воздух, либо вакуум. Более крутая формула выглядит вот так.

%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE %D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8F %D0%B2 %D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5 %D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D1%83%D0%BB%D0%B0

μ — это относительная магнитная проницаемость.

У разных веществ она разная

%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F %D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C %D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2

Напряженность магнитного поля проводника с током

Итак, имеем какой-либо проводник, по которому течет электрический ток.

%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C %D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0 %D1%81 %D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BC

Для того, чтобы вычислить напряженность магнитного поля на каком-то расстоянии от проводника при условии, что проводник находится в воздушном пространстве либо в вакууме, достаточно воспользоваться формулой

Читайте также:  винил для стен 4 буквы

%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE %D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8F %D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0 %D1%81 %D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BC

H — напряженность магнитного поля, Ампер/метр

I — сила тока, текущая через проводник, Ампер

r — расстояние до точки, в которой измеряется напряженность, метр

Магнитное поле проводника с током

Оказывается, если через какой-либо проводник пропустить электрический ток, то вокруг проводника образуется магнитное поле.

%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D0%BB%D0%BE %D0%B1%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%B2%D1%87%D0%B8%D0%BA%D0%B0

Здесь можно вспомнить знаменитое правило буравчика, но для наглядности я лучше буду использовать правило самореза, так как почти все хоть раз в жизни ввинчивали либо болт, либо саморез.

%D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%B7

Ввинчиваем по часовой стрелке — саморез идет вниз. В нашем случае он показывает направление электрического тока. Движение наших рук показывает направление линий магнитного поля. Все то же самое, когда мы начинаем откручивать саморез. Он начинает вылазить вверх, то есть в нашем случае показывает направление электрического тока, а наша рука в этом время рисует в воздухе направление линий магнитного поля.

Также часто в учебниках физики можно увидеть, что направление электрического тока от нас рисуют кружочком с крестиком, а к нам — кружочком с точкой. В этом случае опять представляем себе саморез и уже в голове увидим направление магнитного поля.

%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D0%BB%D0%BE %D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%B0

Как думаете, что будет если мы сделаем вот такую петельку из провода? Что изменится в этом случае?

%D1%81%D1%83%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5 %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE %D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8F

Давайте же рассмотрим этот случай более подробно. Так в этой плоскости оба проводника создают магнитное поле, то по идее они должны отталкиваться друг от друга. Но если они хорошо закреплены, то начинается самое интересное. Давайте рассмотрим вид сверху, как это выглядит.

%D1%81%D1%83%D0%BC%D0%BC%D0%B0 %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9 %D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B9

Как вы можете заметить, в области, где суммируются магнитные силовые линии плотность магнитного потока прям зашкаливает.

Соленоид

А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.

%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%8F%20%D0%BA%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0

Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.

solenoid

Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.

Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.

%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B8%D0%B4 %D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BF %D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D1%8B

Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала — феррита.

%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D0%BE%D0%B1%D0%BC%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F %D0%BA%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0

Если в электрических цепях есть такое понятие, как ЭДС — электродвижущая сила, то и в магнитных цепях есть свой аналог — МДС — магнитодвижущая сила. Магнитодвижущая сила выражается в виде тока, протекающего через катушку из N витков и выражается в Амперах-витках.

%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D1%83%D0%BB%D0%B0 %D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BE %D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D1%83%D1%89%D0%B5%D0%B9 %D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8B

I — это сила тока в катушке, Амперы

N — количество витков катушки, штуки)

Также советую посмотреть очень простое и интересное видео про магнитное поле.

Похожие статьи по теме «магнитное поле»

Источник

Вопрос №14 Магнитная энергия проводника с током. Энергия магнитного поля.

Согласно закону сохранения энергии энергия магнитного поля, созданного током, равна той энергии, которую должен затратить источник тока (гальванический элемент, генератор на электростанции и др.) на создание тока. При размыкании цепи эта энергия переходит в другие виды энергии. То, что для создания тока необходимо затратить энергию, т. е. необходимо совершить работу, объясняется тем, что при замыкании цепи, когда ток начинает нарастать, в проводнике появляется вихревое электрическое поле, действующее против того электрического поля, которое создается в проводнике благодаря источнику тока. Для того чтобы сила тока стала равной /, источник тока должен совершить работу против сил вихревого поля. Эта работа идет на увеличение энергии магнитного поля тока. При размыкании цепи ток исчезает, и вихревое поле совершает положительную работу. Запасенная током энергия выделяется. Это обнаруживается, например, по мощной искре, возникающей при размыкании цепи с большой индуктивностью. Энергия магнитного поля, созданного током, проходящим по участку цепи с индуктивностью L, определяется по формуле
image125
Энергия магнитного поля выражена здесь через характеристику проводника L и силу тока в нем /. Но эту же энергию можно выразить и через характеристики поля. Вычисления показывают, что плотность энергии магнитного поля (т. е. энергия единицы объема) пропорциональна квадрату магнитной индукции: image126, подобно тому как плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности электрического поля image126.
Магнитное поле, созданное электрическим током, обладает энергией, прямо пропорциональной квадрату силы тока.

Читайте также:  компактные межкомнатные двери фото

image128С учетом, что image129и image130

image131 (16.4)
image132

Вопрос №15 « Магнитное поле в веществе. Магнитные моменты электронов в атомах ве-ва. Вектор напряженности магнитного поля и вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость. Относительно магнитная проницаемость. Намагничивание диамагнетиков и парамагнетиков.

При изучении магнитного поля в веществе различают два типа токов – макротоки и микротоки.Макротокаминазываются токи проводимости и конвекционные токи, связанные с движением заряженных макроскопических т ел. Микротоками (молекулярными токами) называют токи, обусловленные движением электронов в атомах, молекулах и ионах. Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками и внутреннего, или собственного, магнитного поля, создаваемого микротоками. Характеризует магнитное поле в веществе вектор image133, равный геометрической сумме image134 и image135 магнитных полей:

image136,

Количественной характеристикой намагниченного состояния вещества служит векторная величина – намагниченность image137, равная отношению магнитного момента малого объема вещества к величине этого объема:

image138,

где image139– магнитный момент i-го атома из числа n атомов, в объеме ΔV.

Для того чтобы связать вектор намагниченности среды image137с током image140, рассмотрим равномерно намагниченный параллельно оси цилиндрический стержень длиной h и поперечным сечением S. Равномерная намагниченность означает, что плотность атомных

циркулирующих токов внутри материала image140повсюду постоянна.

К парамагнетикам относятся вещества, атомы которых имеют отличные от нуля магнитные моменты. В отсутствие внешнего поля магнитные моменты атомов ориентированы беспорядочно вследствие хаотического теплового движения, и поэтому результирующая намагниченность парамагнетика равна нулю. При появлении внешнего поля магнитные моменты атомов ориентируются преимущественно по полю, поэтому появляется результирующая намагниченность, направление которой совпадает с направлением поля. Следует отметить, что сами атомы в магнитном поле намагничиваются как и у диамагнетиков, но этот эффект всегда слабее эффекта, связанного с ориентацией моментов.

К диамагнетикам относятся вещества, атомы или молекулы которых в отсутствие поля не имеют магнитного момента. Они устроены так, что орбитальные и спиновые моменты входящих в атомы электронов в точности компенсируют друг друга. Примером диамагнетиков являются инертные газы, атомы которых имеют только замкнутые электронные оболочки. При появлении внешнего магнитного поля атомы диамагнетиков намагничиваются в результате явления электромагнитной индукции, и у них появляется магнитный момент, направленный, согласно правила Ленца, против поля.

Вопрос № Намагничивание ферромагнетиков. Явление магнитного гистерезиса. Точка Кюри. Применение ферромагнетиков.

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомовили ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированныхэлектронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

ha

Для 3d-металлов и Gd характерна коллинеарная ферромагнитная атомная структура, а для остальных редкоземельных ферромагнетиков — неколлинеарная

Вопрос №17 Энергетические и световые фотометрические величины и их единицы измерения.

Энергети́ческая фотометри́ческая величина́ — фотометрическая величина, количественно выражаемая в единицах энергии или мощности и производных от них. Энергетические фотометрические величины обозначаются индексом «e», например, Xe.

Дата добавления: 2015-01-29 ; просмотров: 42 ; Нарушение авторских прав

Источник

Оцените статью
Мой дом
Adblock
detector