Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией.



Если контур замкнут, то ЭДС индукции проявляется в возникновении электрического индукционного тока

I = ei/R , где R- сопротивление контура.

Если контур разомкнут, то на концах проводника возникает разность потенциалов, равная ei.

Направление индукционного тока в контуре определяется правилом Ленца:

Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван.

Направление индукционного тока определяется следующим образом:

1.установить направление внешнего магнитного поля В.

2.определить увеличивается или уменьшается поток вектора магнитной индукции внешнего поля.

3.по правилу Ленца указать направление вектора магнитной индукции индукционного тока Вi.

4.по правилу правого винта определить направление индукционного тока в контуре.

Пример. Виток проводника помещен в неоднородное магнитное поле, созданное движущимся постоянным магнитом .

Т.к. В нарастает, то вектора Вi и Вантипараллельны.

Природа ЭДС индукции заключается в возникновении вихревого электрического поля в любой области пространства, где существует переменное магнитное поле.

Закон электромагнитной индукции формулируется следующим образом:

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур:

ei= - dФ/dt.

Если контур содержит N витков, то

ei= - N·(dФ/dt).

 

  1. В чём заключается явление самоиндукции? Что показывает и от чего зависит индуктивность L?

Самоиндукция является частным случаем разнообразных проявлений электромагнитной индукции.

Рассмотрим контур, подключенный к источнику тока (рис. 6). По контуру протекает электрический ток I. Этот ток создает в окружающем пространстве магнитное поле. В результате контур пронизывается собственным магнитным потоком Ф. Очевидно, что собственный магнитный поток пропорционален току в контуре, создавшему магнитной поле:

Ф = L·I.

Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура. Индуктивность зависит от размеров, формы проводника, магнитных свойств среды. Единица измерения индуктивности в системе СИ - 1 Генри (Гн).

Если ток в контуре изменяется, то изменяется и собственный магнитный поток Фс. Изменение величиныФс приводит к возникновению в контуре ЭДС индукции. Данное явление называется самоиндукцией, а соответствующее значение - ЭДС самоиндукцииe.

Из закона электромагнитной индукции следует, что

e = с/dt.

ЕслиL = const,то e= - L·dI/dt.

  1. Как объясняется график зависимости индукции магнитного поля от напряженности этого поля для ферромагнетика?

Ферромагнетики – вещества, которые могут обладать магнитным моментом (быть намагниченными) даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Для них . При внесении ферромагнетиков во внешнее магнитное поле они усиливают его во много раз. К ферромагнетикам относятся железо и его сплавы, в том числе широко используемые в постоянных магнитах алюминиево-никелевые стали, никель, кобальт, полупроводниковые соединения типа , называемые ферритами.

Описательная теория ферромагнетизма была разработана французским физиком П. Вейсом. Согласно представлениям Вейса в ферромагнетиках при температурах, не превышающих критических значений, характерных для каждого типа ферромагнетика и называемых точкой Кюри, существуют небольшие области с размерами м, самопроизвольно намагниченные до насыщения, это – магнитные домены. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов ориентированны хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю и ферромагнетик не намагничен. Зависимость вектора намагниченности ферромагнетика и магнитной индукции от напряжённости внешнего магнитного поля определяется выражением:

,

 

,

где - магнитная восприимчивость ферромагнетика;

– магнитная постоянная.

Магнитная индукция в слабых полях растет быстро с ростом , вследствие увеличения намагниченности ферромагнетика , а в сильных полях, поскольку слагаемое , растет с увеличением по линейному закону. На рис. показана зависимость и .

Рис.

 

Характерная особенность ферромагнетиков состоит в том, что для них размагничивание отстает от намагничивания. Это явление получило название магнитного гистерезиса (рис.). Если довести намагничивание до насыщения (т.1 рис.), а затем уменьшать напряженность внешнего магнитного поля, то уменьшение индукции следует не по первоначальной кривой 0-1, а изменяется в соответствии с кривой 1-2. В результате, когда напряженность внешнего поля станет равной нулю (т.2) намагничивание не исчезает и характеризуется величиной , которая называется остаточной индукцией.

Чтобы исчезла остаточная индукция в ферромагнетике, нужно создать внешнее магнитное поле, по направлению противоположное первоначальному.

Величина напряженности внешнего магнитного поля, при которой исчезает остаточная индукция, называется коэрцитивной силой (отрезок 0-3 рис.).

Если увеличивать напряженность отрицательного внешнего поля, то образец снова намагничивается; при этом намагничивание будет происходить по кривой 3-4 и ферромагнетик намагнитится в направлении противоположном первоначальному.

Уменьшая напряженность можно получить участок кривой 4-5 (см. рис.). Изменив направления намагничивающего поля и увеличивая его напряженность можно получить участок кривой 5-6-1.

Так получается замкнутая кривая, которая носит название петли гистерезиса.

Зависимость была впервые получена и подробно исследована русским ученым А.Г.Столетовым.

  1. Как подразделяются магнетики в зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости вещества? Какие вещества называются ферритами?

Все вещества являются магнетиками т.е. способны под действием магнитного поля намагничиваться. Намагничивание магнетика принято характеризовать магнитным моментом единицы объема. Эта векторная величина называется намагниченностью и обозначается Jr. В каждой точке магнетика намагниченность связана с напряженностью магнитного поля Hr соотношением:

J= χ H, где χ –магнитная восприимчивость магнетика.

Безразмерная величина  χ+=μ1, называется магнитной проницаемостью вещества.

В зависимости от величины магнитной проницаемости все магнетики подразделяются на три группы:

К первой группе относятся вещества, у которых вектор намагниченности Jr направлен противоположно вектору напряженности намагничивающего поля Hr. Для этих тел магнитная проницаемость μ<1, а магнитная восприимчивость χ<0. Численное значение χ находится в пределах (10−4−10−5). Такие тела называются диамагнетиками. К ним относятся висмут, олово, медь, цинк, вода, кварц и др.

Ко второй группе относятся вещества, у которых направление вектора намагниченности Jr совпадает с вектором напряженности намагничивающего поля Hr. Для этих веществ магнитная проницаемость μ>1, a магнитная восприимчивость χ>0. Численное значение χ находится в пределах (10−3−10−4). Такие вещества называются парамагнетиками. К ним относятся алюминий, марганец, растворы железных и никелевых солей, кислород, азот, воздух.

К третьей группе магнетиков относятся вещества, способные обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. По своему наиболее распространенному представителю – железу – они получили название ферромагнетиков (ферритов). К их числу, кроме железа, принадлежат никель, кобальт, их сплавы и соединения, некоторые сплавы и соединения марганца и хрома с неферромагнитными элементами (например, сплав – 61% Cu, 24% Mn, 15% Al), а также сплавы системы неодим–железо–бор. Ферромагнетики являются сильномагнитными веществами. Их намагниченность в огромное число раз (до 1010) превосходит намагниченность диа- и парамагнетиков, принадлежащих к категории слабомагнитных веществ.

Ферромагнетики обладают следующими характерными свойствами:

1. Имеют очень большие значения μ и χ (μ достигает значений 104−105). Это означает, что ферромагнетики создают сильное добавочное магнитное поле.

2. Величины μ и χ не остаются постоянными, а являются функциями напряжённости внешнего поля. Поэтому намагниченность Jr и магнитная индукция Br не пропорциональны напряжённости магнитного поля Hr, а выражаются сложной зависимостью.

3. Имеет место остаточная намагниченность, т.е. ферромагнетик сохраняет некоторое остаточное намагничивание после устранения намагничивающего поля.

4. Ферромагнетикам свойственно явление магнитного гистерезиса, т.е. наблюдается необратимый характер перемагничивания.

5. При намагничивании ферромагнетиков происходит изменение их линейных размеров и объёма. Это явление называется магнитострикцией.

Большое значение величины магнитной проницаемости μ для ферромагнетиков объясняется наличием в них достаточно малых областей спонтанного намагничивания, называемых доменами. Домены имеют размеры порядка 1–10 мкм. В пределах каждого домена ферромагнетик спонтанно намагничен до насыщения и обладает определенным магнитным моментом. Направления этих моментов для разных доменов различны, так что в отсутствие внешнего поля суммарный момент всего тела равен нулю. При включении внешнего поля происходит ориентация не отдельных молекул, а доменов, путём их поворота и смещения границ между ними. Этим объясняется сильное намагничивание ферромагнетиков вплоть до насыщения в сравнительно слабых полях.

Для каждого ферромагнетика имеется определенная температура Тс, при достижении которой области спонтанного намагничивания распадаются и вещество утрачивает ферромагнитные свойства. Эта температура называется температурой (точкой) Кюри. При температуре выше точки Кюри ферромагнетик становится обычным парамагнетиком, магнитная восприимчивость которого подчиняется закону Кюри – Вейса

   C

χ =TTc, где С – постоянная величина; Т – температура; Тс – точка (температура) Кюри.

При понижении температуры ниже точки Кюри в веществе снова возникают домены, т.е. ферромагнитные свойства восстанавливаются.

  1.  Что такое диссипация энергии при движении поезда на магнитном подвесе?

Сумма кинетической и потенциальной энергии представляет собой полную механическую энергию Е системы:

.                                                      

Таким образом

.                                               

Очевидно, что если неконсервативные силы в системе отсутствуют, т.е. , то ее полная механическая энергия остается постоянной (сохраняется) т.е. Е = const. Эту теорему называют законом сохранения механической энергии, он утверждает: полная механическая энергия системы материальных точек, находящихся под действием консервативных сил остается постоянной.

В такой системе могут происходить лишь превращения потенциальной энергии в кинетическую и обратно, но полный запас энергии системы измениться не может. При наличии неконсервативных сил (например, сил трения, сил сопротивления...) механическая энергия системы не сохраняется, она уменьшается, что приводит к ее нагреванию. Такой процесс называется диссипацией (рассеянием) энергии. Силы, приводящие к диссипации энергии, называются диссипативными.

Под магнитным трением в работе понимаются процессы диссипации энергии при относительном движении твердого тела и источников магнитного поля в неконтактном подвесе. Магнитное трение вызывается вихревыми токами в проводящем материале твердого тела, гистерезисными явлениями в ферромагнитных материалах и сверхпроводниках.

Термин «магнитное трение» начал широко использоваться в конце 80-х годов XX века. Он возник по аналогии с принятой в технике терминологией. Дело в том, что одна из классификаций подшипников основана на характеристиках трения, а именно: подшипники качения - трение качения, скольжения - трение скольжения. Для обозначения диссипативных процессов в магнитных подшипниках и неконтактных опорах, стал применяться термин «магнитное трение».

движущийся с большой скоростью экипаж (подвижной состав) одновременно испытывает силы возмущенного сопротивления: лобовое (уплотненный воздух); Набоковых поверхностях (поток воздуха с завихрениями): на задней стенке последнего вагона (экипажа) — разреженный воздух.

 

  1. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Какой закон открыл Фарадей, рассматривая изменение потока магнитной индукции через поверхность?

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного.

При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС индукции . Закон электромагнитной индукции формулируется именно для ЭДС, а не для силы тока. При такой формулировке закон выражает сущность явления, не зависящую от свойств проводников, в которых возникает индукционный ток.

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

.

Рассмотрим замкнутый контур (рис.).

Будем считать положительным направление

обхода контура против часовой стрелки.

 

 

Нормаль к контуру образует правый винт с направлением обхода. Знак ЭДС, работы сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда, зависит от направления сторонних сил по отношению к направлению обхода контура. Если эти направления совпадают, то и соответственно . В противном случае ЭДС и сила тока отрицательны.

Пусть магнитная индукция внешнего магнитного поля направлена вдоль нормали к контуру и возрастает со временем. Тогда и . Согласно правилу Ленца индукционный ток создает магнитный поток . Следовательно, индукционный ток направлен по часовой стрелке и ЭДС индукции отрицательна. Поэтому в законе электромагнитной индукции стоит знак минус:

.

В Международной системе единиц закон электромагнитной индукции используют для установления единицы магнитного потока 1 вебер. Магнитный поток через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, равен 1 Вб, если при равномерном убывании этого потока до нуля за 1 с в контуре возникает ЭДС индукции равная 1 В: 1 Вб = 1 В ∙ 1 с.

  1. В чём заключается явление интерференции света? Какой свет называется видимым?

Явление интерференции света состоит в отсутствии суммирования интенсивностей световых волн при их наложении, т.е. во взаимном усилении этих волн в одних точках пространства и ослаблении — в других. Необходимым условием интерференции волн является их когерентность. Этому условию удовлетворяют монохроматические волны одинаковой частоты (неограниченные в пространстве волны одной определенной и строго постоянной частоты). Так как ни один реальный источник не дает строго монохроматического света, то волны, излучаемые любыми независимыми источниками света, всегда некогерентны (например, две лампочки). Однако из-за поперечности электромагнитных волн условие их когерентности еще не достаточны для получения интерференционной картины. Необходимо, кроме того, чтобы колебания векторов Е электромагнитных полей интерферирующих волн совершались вдоль одного и того же или близких направлений. Продолжительность процесса излучения света атомом t~10-8 с. За этот промежуток времени возбужденный атом, растратив свою избыточную энергию на излучение, возвращается в нормальное (невозбужденное) состояние и излучение им света прекращается. Затем, спустя некоторый промежуток времени атом может вновь возбудиться и начать излучать свет. Такое прерывистое излучение света атомами в виде отдельных кратковременных импульсов — цугов волн — характерно для любого источника света независимо от специфических особенностей тех процессов, которые происходят в источнике и вызывают возбуждение его атома.

Свет — это излучение, но лишь та его часть, которая воспринима­ется глазом. В этой связи свет называют видимым излучением. Видимый свет образует непрерывную последовательность от красного цвета до фиолетового. В результате смешивания указанных цветов видимого света получается белый цвет.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 689; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ