Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Электромагнитная индукция. Индуктивность
Основные формулы
• Работа по перемещению замкнутого контура с током в магнитном поле
A=IDФ,
гдеDФ– изменение магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную контуром; I– сила тока в контуре.
• Основной закон электромагнитной индукции (закон Ленца)

гдеƐi– электродвижущая сила индукции; N — число витков контура; Y– потокосцепление.
Частные случаи применения основного закона электромагнитной индукции:
а) разность потенциалов U на концах проводника длиной I, движущегося со скоростью u в однородном магнитном поле,
U=Blusina,
где a– угол между направлениями векторов скорости u и магнитной индукцииВ;
б) электродвижущая сила индукции Ɛi, возникающая в рамке, содержащей N витков, площадью S, при вращении рамки с угловой скоростью со в однородном магнитном поле с индукцией В

где wt– мгновенное значение угла между вектором В и вектором нормали n к плоскости рамки.
• Количество электричества Q, протекающего в контуре,

где R — сопротивление контура; DY– изменение потокосцепления.
•Электродвижущая сила самоиндукции Ɛi,возникающая в замкнутом контуре при изменении силы тока в нем,

где L — индуктивность контура.
• Потокосцепление контура Y=LI, где L — индуктивность контура.
• Индуктивность Lсоленоида (тороида) длиной l равна
L=μ0μN2S/l,
где N – число витков соленоида; S – площадь поперечного сечения.
Во всех случаях вычисления индуктивности соленоида (тороида) с сердечником по приведённой формуле для определения магнитной проницаемости следует пользоваться графиком зависимости В от Н (см. рис. 5.1), а затем формулой

• Мгновенное значение силы тока I в цепи, обладающей активным сопротивлением R и индуктивностью L:
а) после замыкания цепи

–ЭДС источника тока; t—время, прошедшее после замыкания цепи;
б) после размыкания цепи

где l0– сила тока в цепи при t=0, t— время, прошедшее с момента размыкания цепи.
Примеры решения задач
Пример 6.1. Виток, по которому течёт ток I=20 А, свободно установится в однородном магнитном поле В=16 мТл. Диаметр d витка равен 10 см. Какую работу нужно совершать, чтобы медленно повернуть виток на угол a=p/2 относительно оси, совпадающей с диаметром?
Решение. При медленном повороте контура в магнитном поле индукционными токами можно пренебречь и считать ток в контуре
неизменным. Работа сил поля в этом случае определяется выражением

где Ф1 и Ф2– магнитные потоки, пронизывающие контур в начальном и конечном положениях.
Работа внешних сил будет равна модулю работе сил поля и противоположна ей по знаку, т. е.
(1)
Так как в начальном положении контур установился свободно (положение устойчивого равновесия), то момент внешних сил, действующий на контур, равен нулю. В этом положении вектор магнитного момента pm контура сонаправлен с вектором В (рис. 6.1, а) и магнитный поток Ф1 максимален (a=0, cosa=1), т. е. Ф1=ВS (где S– площадь контура). В конечном положении (рис. 6.1, б) вектор pm перпендикулярен вектору B(a=p/2, cosa=0) и магнитный поток Ф2=0. Перепишем выражение (1) с учётом сделанных замечаний:

Так как площадь контура S=pd2/4. то работа

Убедимся в том, что правая часть равенства дает единицу работы (Дж):

Произведём вычисления:

Пример 6.2. В однородном магнитном поле с индукцией B=0,1 Тл равномерно вращается рамка, содержащая N= 1000 витков, с частотой n=l0c-1. Площадь S рамки равна 150 см2. Определить мгновенное значение ЭДС
, соответствующее углу поворота рамки 30°.
Решение. Мгновенное значение ЭДС индукции
, определяется основным уравнением электромагнитной индукции Ленца:
(1)
Потокосцепление Y=NФ, где N — число витков, пронизываемых магнитным потоком Ф. Подставив выражение Y в формулу (1),получим
(2)
При вращении рамки магнитный поток Ф, пронизывающий рамку в момент времени t, изменяется по закону Ф=ВScoswt, где В — магнитная индукция; S– площадь рамки; w– угловая частота. Подставив в формулу (2) выражение Ф и продифференцировав по времени, найдём мгновенное значение ЭДС индукции:
(3)
Угловая частота со связана с частотой п вращения соотношением w=2pп. Подставив выражение со в формулу (3) и заменив wt на угол a, получим
(4)
Убедимся в том, что правая часть полученного равенства дает единицу ЭДС (В). Учтя, что 2 p, N и sinwt — величины безразмерные и неименованные, получим

Значение аргумента в функции sin равно 30°, то есть в формуле (4) требуется вычислить sin 30°.
Произведя вычисления по формуле (4), найдём

Пример. 6.3 По соленоиду течёт ток I=2 А. Магнитный поток Ф, пронизывающий поперечное сечение соленоида, равен 4 мкВб. Определить индуктивность L соленоида, если он имеет N=800 витков.
Решение. Индуктивность L соленоида связана с потокосцеплением Y соотношением Y=LI, откуда L=Y/I. Заменив здесь потокосцепление Y его выражением через магнитный поток Ф и число витков N соленоида (Y=ФN), получим
(1)
Произведя вычисления по формуле (1), получим
L == 1,6 мГн.
Задача 6.1
| Вариант № | Ток I, А | В, мТл | d, см |
| 1 | 21,5 | 16,8 | 10,1 |
| 2 | 23 | 21,2 | 10,7 |
| 3 | 20,6 | 20,6 | 10,8 |
| 4 | 24,5 | 18,9 | 10 |
| 5 | 21,9 | 21,3 | 10,4 |
| 6 | 24,2 | 19 | 11,7 |
| 7 | 21,5 | 17,2 | 11,2 |
| 8 | 22,2 | 16,7 | 11,8 |
| 9 | 21,7 | 20,1 | 10,2 |
| 10 | 24,5 | 19,4 | 11 |
| 11 | 24,7 | 16 | 10,3 |
| 12 | 21,6 | 18 | 10,1 |
| 13 | 20,6 | 21 | 10,3 |
| 14 | 20,2 | 18,6 | 10,1 |
| 15 | 20,1 | 18,6 | 10,9 |
| 16 | 21,3 | 17,9 | 11,1 |
| 17 | 21 | 21,5 | 10,9 |
| 18 | 21,4 | 16,5 | 11 |
| 19 | 21,6 | 21,5 | 11,5 |
| 20 | 21,3 | 17,5 | 10,9 |
| 21 | 22,8 | 18,7 | 11,1 |
| 22 | 22,4 | 20,1 | 11 |
| 23 | 22,5 | 19,2 | 11,7 |
| 24 | 24,4 | 20,2 | 10,7 |
| 25 | 22,3 | 21 | 11,1 |
| 26 | 22,2 | 20,1 | 10,8 |
| 27 | 23 | 19,1 | 10,9 |
| 28 | 23,7 | 20,4 | 10,4 |
| 29 | 21,2 | 16,7 | 11,6 |
| 30 | 21,2 | 17,4 | 10,4 |
| 31 | 22,7 | 18,9 | 10,4 |
| 32 | 22,5 | 18,7 | 10,3 |
| 33 | 21,8 | 21,4 | 11,1 |
| 34 | 23 | 20 | 10 |
| 35 | 21,4 | 16,6 | 10,7 |
| 36 | 21,4 | 17,3 | 11,2 |
| 37 | 22,6 | 16,4 | 11,4 |
| 38 | 22,8 | 19 | 11,2 |
| 39 | 20,3 | 21,8 | 10,4 |
| 40 | 22,6 | 16,6 | 11,8 |
| 41 | 21 | 20,4 | 11,6 |
| 42 | 21,3 | 17,7 | 10,1 |
| 43 | 23,1 | 21,7 | 11 |
| 44 | 20,2 | 20,9 | 10,9 |
| 45 | 23,6 | 17,3 | 10,5 |
| 46 | 22,5 | 16,6 | 10,9 |
| 47 | 21,9 | 19,2 | 10,1 |
| 48 | 23,4 | 20,9 | 11,9 |
| 49 | 23,4 | 17,8 | 10,6 |
| 50 | 23 | 17,8 | 10,4 |
| 51 | 24 | 20 | 11,4 |
| 52 | 20,6 | 20,1 | 10,2 |
| 53 | 22,6 | 17,9 | 10,2 |
| 54 | 22,1 | 16,5 | 11,1 |
| 55 | 22 | 16,8 | 11,9 |
| 56 | 22,8 | 19,7 | 11,5 |
| 57 | 23,2 | 18,5 | 11,9 |
| 58 | 21,5 | 20,3 | 10,9 |
| 59 | 20,3 | 19,5 | 10,6 |
| 60 | 21,4 | 21,2 | 10,7 |
| 61 | 23,9 | 16,7 | 11,6 |
| 62 | 21,7 | 18,5 | 11,8 |
| 63 | 21,5 | 16,8 | 10,3 |
| 64 | 22,6 | 20 | 11,1 |
| 65 | 20,5 | 20,2 | 12 |
| 66 | 22,8 | 18,1 | 10,9 |
| 67 | 24,9 | 20,3 | 11,5 |
| 68 | 20,9 | 18,1 | 11,1 |
| 69 | 20,3 | 19,4 | 10,3 |
| 70 | 21,9 | 17,2 | 10,6 |
| 71 | 21,6 | 19,7 | 10,2 |
| 72 | 24,7 | 17,1 | 11,2 |
| 73 | 24 | 17,5 | 11,6 |
| 74 | 21,7 | 19,3 | 10,6 |
| 75 | 20,5 | 19,7 | 11 |
| 76 | 22,9 | 18,6 | 10,4 |
| 77 | 22,9 | 21,3 | 10,9 |
| 78 | 24,5 | 18,7 | 11,2 |
| 79 | 23,5 | 21,3 | 10,3 |
| 80 | 24,9 | 17,4 | 11,9 |
| 81 | 22,3 | 21 | 10,9 |
| 82 | 25 | 19,8 | 10,3 |
| 83 | 22,4 | 20,2 | 10,2 |
| 84 | 20,6 | 20 | 11,2 |
| 85 | 24,8 | 19,3 | 10,2 |
| 86 | 21,9 | 16,7 | 11,1 |
| 87 | 20,3 | 18,3 | 11,8 |
| 88 | 21,1 | 18,8 | 11 |
| 89 | 23,7 | 18,1 | 10,2 |
| 90 | 20 | 18,5 | 10,4 |
| 91 | 21,7 | 17,7 | 10,4 |
| 92 | 21,1 | 18,4 | 11,8 |
| 93 | 24,6 | 19 | 11 |
| 94 | 20,6 | 20,8 | 10,4 |
| 95 | 20,6 | 18,5 | 10,3 |
| 96 | 22,1 | 19,3 | 10,3 |
| 97 | 23,7 | 19,4 | 10,5 |
| 98 | 23 | 21,9 | 10,1 |
| 99 | 24,7 | 16,1 | 11,1 |
| 100 | 20,6 | 20,4 | 11,6 |
Задача 6.2
| Вариант № | В, Тл | N | n, c-1 | S,см2 | a, град. |
| 1 | 0,18 | 1160 | 11,4 | 159 | 45 |
| 2 | 0,42 | 1078 | 10,4 | 158 | 60 |
| 3 | 0,48 | 1122 | 11,2 | 172 | 30 |
| 4 | 0,28 | 1119 | 11,7 | 168 | 45 |
| 5 | 0,53 | 1013 | 10,8 | 162 | 60 |
| 6 | 0,32 | 1133 | 11,2 | 156 | 30 |
| 7 | 0,23 | 1027 | 12,7 | 164 | 45 |
| 8 | 0,17 | 1197 | 11,1 | 160 | 60 |
| 9 | 0,24 | 1147 | 11,1 | 168 | 30 |
| 10 | 0,3 | 1167 | 12,3 | 154 | 45 |
| 11 | 0,35 | 1062 | 10,4 | 166 | 60 |
| 12 | 0,44 | 1043 | 12,1 | 170 | 30 |
| 13 | 0,22 | 1156 | 12 | 164 | 45 |
| 14 | 0,31 | 1180 | 10,2 | 165 | 60 |
| 15 | 0,56 | 1179 | 11,6 | 155 | 30 |
| 16 | 0,48 | 1138 | 10,4 | 169 | 45 |
| 17 | 0,11 | 1046 | 12,2 | 162 | 60 |
| 18 | 0,18 | 1190 | 12,8 | 154 | 30 |
| 19 | 0,4 | 1058 | 11,6 | 173 | 45 |
| 20 | 0,16 | 1159 | 12,1 | 167 | 60 |
| 21 | 0,12 | 1171 | 11,9 | 167 | 30 |
| 22 | 0,37 | 1113 | 12,9 | 159 | 45 |
| 23 | 0,25 | 1024 | 11,7 | 153 | 60 |
| 24 | 0,57 | 1050 | 10,1 | 166 | 30 |
| 25 | 0,36 | 1182 | 11,2 | 170 | 45 |
| 26 | 0,12 | 1154 | 12 | 157 | 60 |
| 27 | 0,28 | 1029 | 11,2 | 160 | 30 |
| 28 | 0,1 | 1022 | 11,7 | 161 | 45 |
| 29 | 0,43 | 1124 | 10,6 | 166 | 60 |
| 30 | 0,17 | 1199 | 12,6 | 169 | 30 |
| 31 | 0,11 | 1099 | 10,7 | 150 | 45 |
| 32 | 0,51 | 1187 | 10,9 | 151 | 60 |
| 33 | 0,41 | 1140 | 10,9 | 171 | 30 |
| 34 | 0,57 | 1151 | 12,6 | 163 | 45 |
| 35 | 0,16 | 1085 | 12,1 | 153 | 60 |
| 36 | 0,19 | 1019 | 11 | 158 | 30 |
| 37 | 0,28 | 1082 | 12,2 | 158 | 45 |
| 38 | 0,37 | 1068 | 10,9 | 150 | 60 |
| 39 | 0,24 | 1130 | 12,6 | 153 | 30 |
| 40 | 0,38 | 1065 | 12,3 | 157 | 45 |
| 41 | 0,36 | 1081 | 11,8 | 155 | 60 |
| 42 | 0,32 | 1139 | 12,4 | 158 | 30 |
| 43 | 0,55 | 1106 | 10,7 | 151 | 45 |
| 44 | 0,14 | 1176 | 12,5 | 167 | 60 |
| 45 | 0,52 | 1081 | 11,2 | 163 | 30 |
| 46 | 0,14 | 1064 | 11,7 | 168 | 45 |
| 47 | 0,32 | 1185 | 12,6 | 158 | 60 |
| 48 | 0,36 | 1123 | 11,6 | 157 | 30 |
| 49 | 0,19 | 1071 | 11,2 | 172 | 45 |
| 50 | 0,17 | 1015 | 12,2 | 164 | 60 |
| 51 | 0,2 | 1002 | 10,5 | 170 | 30 |
| 52 | 0,56 | 1070 | 11,2 | 159 | 45 |
| 53 | 0,4 | 1104 | 12,4 | 157 | 60 |
| 54 | 0,39 | 1119 | 11,7 | 172 | 30 |
| 55 | 0,17 | 1194 | 11,7 | 168 | 45 |
| 56 | 0,1 | 1058 | 10,1 | 173 | 60 |
| 57 | 0,33 | 1186 | 11,4 | 172 | 30 |
| 58 | 0,25 | 1149 | 13 | 165 | 45 |
| 59 | 0,49 | 1048 | 12,3 | 163 | 60 |
| 60 | 0,37 | 1028 | 12,9 | 165 | 30 |
| 61 | 0,12 | 1128 | 10,9 | 173 | 45 |
| 62 | 0,24 | 1027 | 12,6 | 168 | 60 |
| 63 | 0,54 | 1117 | 10,3 | 173 | 30 |
| 64 | 0,16 | 1193 | 12,7 | 163 | 45 |
| 65 | 0,54 | 1125 | 12,5 | 150 | 60 |
| 66 | 0,23 | 1066 | 11,3 | 165 | 30 |
| 67 | 0,58 | 1005 | 10,4 | 166 | 45 |
| 68 | 0,31 | 1123 | 10,6 | 161 | 60 |
| 69 | 0,56 | 1161 | 11,6 | 161 | 30 |
| 70 | 0,58 | 1035 | 11,7 | 157 | 45 |
| 71 | 0,25 | 1193 | 11,1 | 171 | 60 |
| 72 | 0,18 | 1138 | 11 | 172 | 30 |
| 73 | 0,35 | 1193 | 11,6 | 155 | 45 |
| 74 | 0,33 | 1155 | 10,4 | 161 | 60 |
| 75 | 0,17 | 1026 | 11 | 163 | 30 |
| 76 | 0,14 | 1095 | 11,1 | 160 | 45 |
| 77 | 0,28 | 1082 | 10,5 | 154 | 60 |
| 78 | 0,11 | 1093 | 12,2 | 152 | 30 |
| 79 | 0,51 | 1080 | 11,9 | 167 | 45 |
| 80 | 0,25 | 1127 | 11,9 | 168 | 60 |
| 81 | 0,31 | 1110 | 10,7 | 154 | 30 |
| 82 | 0,59 | 1052 | 12,9 | 161 | 45 |
| 83 | 0,6 | 1195 | 10,9 | 170 | 60 |
| 84 | 0,58 | 1060 | 11 | 154 | 30 |
| 85 | 0,35 | 1177 | 12,8 | 156 | 45 |
| 86 | 0,42 | 1198 | 10,3 | 160 | 60 |
| 87 | 0,47 | 1051 | 10,3 | 158 | 30 |
| 88 | 0,28 | 1069 | 11,2 | 167 | 45 |
| 89 | 0,17 | 1178 | 11,9 | 151 | 60 |
| 90 | 0,45 | 1161 | 10,1 | 167 | 30 |
| 91 | 0,29 | 1056 | 11,1 | 159 | 45 |
| 92 | 0,28 | 1086 | 12,6 | 164 | 60 |
| 93 | 0,26 | 1136 | 10 | 160 | 30 |
| 94 | 0,19 | 1035 | 11,5 | 166 | 45 |
| 95 | 0,32 | 1140 | 11,1 | 164 | 60 |
| 96 | 0,43 | 1125 | 10,3 | 163 | 30 |
| 97 | 0,5 | 1085 | 11,9 | 165 | 45 |
| 98 | 0,31 | 1193 | 12,4 | 157 | 60 |
| 99 | 0,33 | 1006 | 10 | 165 | 30 |
| 100 | 0,59 | 1065 | 10,7 | 171 | 45 |
Задача 6.3
| Вариант № | Ток I, А | Ф, мкВб | N |
| 1 | 3,58 | 6,06 | 802 |
| 2 | 3,5 | 6,5 | 854 |
| 3 | 2,01 | 5,2 | 803 |
| 4 | 4 | 8,61 | 809 |
| 5 | 3,99 | 7,15 | 826 |
| 6 | 2,61 | 5,76 | 877 |
| 7 | 3,66 | 5,9 | 859 |
| 8 | 2,09 | 4,41 | 817 |
| 9 | 3,59 | 8,97 | 875 |
| 10 | 2,81 | 8,16 | 867 |
| 11 | 3,26 | 7,46 | 802 |
| 12 | 2,35 | 4,06 | 866 |
| 13 | 2,45 | 5,17 | 832 |
| 14 | 2,68 | 4,09 | 827 |
| 15 | 2,84 | 8,02 | 878 |
| 16 | 3,21 | 4,49 | 836 |
| 17 | 2,69 | 8,59 | 837 |
| 18 | 2,97 | 7,16 | 807 |
| 19 | 3,38 | 4,71 | 874 |
| 20 | 3,27 | 5,76 | 814 |
| 21 | 3,31 | 6,13 | 863 |
| 22 | 2,26 | 6,81 | 878 |
| 23 | 2,2 | 4,34 | 820 |
| 24 | 2,4 | 6,1 | 819 |
| 25 | 2,12 | 5,8 | 816 |
| 26 | 2,25 | 4,35 | 802 |
| 27 | 2,57 | 4,76 | 868 |
| 28 | 3,72 | 5,34 | 836 |
| 29 | 3,8 | 8,24 | 824 |
| 30 | 2,64 | 6,35 | 820 |
| 31 | 2,09 | 4,84 | 823 |
| 32 | 3,61 | 8,02 | 861 |
| 33 | 2,5 | 7,46 | 811 |
| 34 | 3,17 | 8,02 | 803 |
| 35 | 3,13 | 8,93 | 839 |
| 36 | 2,56 | 7,62 | 807 |
| 37 | 3,4 | 4,76 | 811 |
| 38 | 3,22 | 8,48 | 878 |
| 39 | 3,06 | 7,78 | 879 |
| 40 | 2,16 | 5,74 | 807 |
| 41 | 2,76 | 6,11 | 860 |
| 42 | 3,85 | 8,66 | 840 |
| 43 | 3,49 | 6,82 | 863 |
| 44 | 2,87 | 7,12 | 867 |
| 45 | 2,67 | 5,2 | 822 |
| 46 | 2,39 | 7,48 | 841 |
| 47 | 3,93 | 8,93 | 842 |
| 48 | 2,79 | 6,16 | 860 |
| 49 | 2,15 | 5,51 | 811 |
| 50 | 2,24 | 8,66 | 803 |
| 51 | 2,86 | 6,57 | 812 |
| 52 | 2,05 | 6,24 | 839 |
| 53 | 3,93 | 4,45 | 844 |
| 54 | 3,56 | 6,92 | 805 |
| 55 | 2,82 | 4,17 | 843 |
| 56 | 3,65 | 7,26 | 825 |
| 57 | 3,07 | 6,74 | 862 |
| 58 | 2,89 | 8,08 | 821 |
| 59 | 2,1 | 6,78 | 833 |
| 60 | 3,45 | 8,65 | 857 |
| 61 | 3,98 | 7,74 | 848 |
| 62 | 2,55 | 7,47 | 843 |
| 63 | 3,74 | 5,27 | 875 |
| 64 | 2,38 | 7,81 | 818 |
| 65 | 2,77 | 7,48 | 879 |
| 66 | 3,33 | 5,82 | 864 |
| 67 | 2,19 | 4,52 | 850 |
| 68 | 2,84 | 5,7 | 874 |
| 69 | 2,89 | 4,03 | 869 |
| 70 | 2,87 | 4,93 | 871 |
| 71 | 3,88 | 5,22 | 871 |
| 72 | 3,34 | 6,26 | 851 |
| 73 | 3,13 | 6,61 | 855 |
| 74 | 3,39 | 4,02 | 815 |
| 75 | 3,43 | 4,58 | 845 |
| 76 | 2,37 | 6,06 | 814 |
| 77 | 3,14 | 5,67 | 826 |
| 78 | 3,01 | 5,51 | 871 |
| 79 | 2,54 | 7,07 | 856 |
| 80 | 3,34 | 6,91 | 820 |
| 81 | 3,67 | 6,63 | 879 |
| 82 | 2,28 | 5,42 | 823 |
| 83 | 2,29 | 5,92 | 852 |
| 84 | 2,09 | 4,33 | 840 |
| 85 | 3,62 | 4,53 | 821 |
| 86 | 3,92 | 7,17 | 821 |
| 87 | 2,69 | 6 | 819 |
| 88 | 3,11 | 5,2 | 878 |
| 89 | 3,92 | 5 | 850 |
| 90 | 3,78 | 4,99 | 841 |
| 91 | 2,42 | 8,9 | 828 |
| 92 | 2,94 | 6,18 | 857 |
| 93 | 3,3 | 5,29 | 862 |
| 94 | 2,48 | 4,94 | 874 |
| 95 | 3,42 | 6,27 | 836 |
| 96 | 3,7 | 4,75 | 801 |
| 97 | 2,56 | 5,2 | 850 |
| 98 | 2,34 | 8,3 | 806 |
| 99 | 2,78 | 5,61 | 802 |
| 100 | 3,21 | 8,91 | 862 |
Энергия магнитного поля
Основные формулы
• Энергия W магнитного поля, создаваемого током в замкнутом контуре индуктивностью L, определяется формулой
,
где I– сила тока в контуре.
• Объёмная (пространственная) плотность энергии wоднородного магнитного поля (например, поля длинного соленоида)
.
• Формула Томсона. Период собственных колебаний в контуре без активного сопротивления
,
где L– индуктивность контура; С– его электроёмкость.
• Связь длины электромагнитной волны с периодом Т и частотой υ колебаний
или
,
где с — скорость электромагнитных волн в вакууме (с=3*108 м/с).
• Скорость электромагнитных волн в среде

где ε – диэлектрическая проницаемость; μ – магнитная проницаемость среды.
Примеры решения задач
Пример 7.1. На стержень из немагнитного материала длиной l=50 см намотан в один слой провод так, что на каждый сантиметр длины стержня приходится n = 20 витков. Определить энергию W магнитного поля внутри соленоида, если сила тока I в обмотке равна 0,5 А. Площадь S сечения стержня равна 2 см2.
Решение. Энергия магнитного поля соленоида с индуктивностью L, по обмотке которого течёт токI, выражается формулой
. (1)
Индуктивность соленоида в случае немагнитного сердечника зависит только от числа витков на единицу длины и от объёма V сердечника: L=μ0n2V, где μ0–магнитная постоянная(m0 =4p10-7 Гн/м). Подставив выражение индуктивности L в формулу (1), получим
. Учтя, что V=lS, запишем
. (2)
Сделав вычисления по формуле (2), найдём
W=62,86мкДж.
Пример 7.2. По обмотке метрового соленоида со стальным сердечником течёт ток I=2А. Определить объёмную плотность ω энергии магнитного поля в сердечнике, если число п витков на каждом сантиметре длиныl соленоида равно 7 см-1.
Решение.Объёмная плотность энергии магнитного поля определяется по формуле
w=ВН/2. (1)
Напряжённость Н магнитного поля найдём по формуле H=nlI. Подставив сюда значения п, lнайдёмколичество витков соленоида(п =7 см-1, l=1 м,nl=700 м-1) и I, найдём
H=1400 А/м.
Магнитную индукцию В определим по графику (см. рис. 5.1) зависимости В от Н. Находим, что напряжённости H=1400 А/м соответствует магнитная индукция B=1,15 Тл.
Произведя вычисление по формуле (1), найдёмобъёмную плотность энергии:
ω=805 Дж/м3.
Пример 7.3. На железный сердечник длиной l=20 см малого сечения (d<l) намотано N=200 витков. Определить магнитную проницаемость μ железа при силе тока I=0,4 А.
Решение. Магнитная проницаемость μ связана с магнитной индукцией В и напряжённостью Н магнитного поля соотношением(m0 =4p10-7 Гн/м)
B=μ0μH. (1)
Эта формула не выражает линейной зависимости В от Н, так как μявляется функцией Н. Поэтому для определения магнитной проницаемости обычно пользуются графиком зависимости В(Н) (см. рис. 5.1). Из формулы (1) выразим магнитную проницаемость:
μ =B/(μ0H). (2)
Напряжённость Н магнитного поля вычислим по формуле (катушку с малым сечением можно принять за соленоид) Н=п1, где п — число витков, приходящихся на отрезок катушки длиной 1 м. Выразив в этой формуле п через число N витков катушки и ее длину l, получим
H=(N/l)I.
Подставив сюда значения N, l и I и произведя вычисления, найдём
H=400 А/м.
По графику Рис. 5.1 находим, что напряжённости Н=400 А/м соответствует магнитная индукция B=1,0 Тл. Подставив найденные значения В и Н, а также значение μ0 в формулу (2), вычислим магнитную проницаемость:
μ=1,989 *103.
Задача 7.1
| Вариант № | l,см | n | Ток I, А | S,см2 |
| 1 | 53,6 | 29 | 1,01 | 3,13 |
| 2 | 50,1 | 24 | 2,02 | 2,75 |
| 3 | 53,4 | 27 | 1,35 | 3,23 |
| 4 | 50,6 | 25 | 1,59 | 2,18 |
| 5 | 54,1 | 23 | 0,75 | 3,55 |
| 6 | 53,5 | 26 | 2,1 | 2,48 |
| 7 | 52,9 | 27 | 1,89 | 2,9 |
| 8 | 53 | 25 | 1,13 | 3,82 |
| 9 | 52,8 | 23 | 0,91 | 3,99 |
| 10 | 54,2 | 24 | 2,16 | 2,29 |
| 11 | 50,1 | 27 | 0,8 | 2,87 |
| 12 | 54,7 | 24 | 1,99 | 3,41 |
| 13 | 54,8 | 22 | 0,77 | 3,48 |
| 14 | 53,7 | 22 | 1,7 | 2,56 |
| 15 | 50,7 | 21 | 1,72 | 2,73 |
| 16 | 52 | 27 | 2,43 | 3,88 |
| 17 | 51,6 | 28 | 2,34 | 2,89 |
| 18 | 50,6 | 21 | 2,4 | 2,55 |
| 19 | 52 | 23 | 0,91 | 2,4 |
| 20 | 51,8 | 23 | 1,83 | 2,05 |
| 21 | 51,6 | 29 | 0,74 | 2,57 |
| 22 | 50,4 | 21 | 1,18 | 3,19 |
| 23 | 52,2 | 27 | 1,46 | 2,86 |
| 24 | 53,6 | 24 | 2,01 | 2,05 |
| 25 | 53,4 | 27 | 1,73 | 2,13 |
| 26 | 50,6 | 22 | 2 | 3,51 |
| 27 | 50 | 20 | 2,49 | 3,68 |
| 28 | 54,2 | 29 | 1,05 | 2,83 |
| 29 | 54,2 | 24 | 1,05 | 4 |
| 30 | 51,4 | 29 | 1,27 | 2,88 |
| 31 | 52 | 25 | 0,85 | 3,76 |
| 32 | 54,6 | 27 | 2,13 | 3,93 |
| 33 | 52,2 | 24 | 1,77 | 2,62 |
| 34 | 51,2 | 26 | 1,41 | 2,47 |
| 35 | 52,2 | 23 | 0,77 | 3,72 |
| 36 | 54,4 | 23 | 2,35 | 3,37 |
| 37 | 51,1 | 29 | 0,88 | 2,45 |
| 38 | 50,3 | 27 | 1,27 | 2 |
| 39 | 52,3 | 24 | 1,43 | 3,48 |
| 40 | 52,7 | 26 | 1,21 | 2,93 |
| 41 | 54,5 | 28 | 2,48 | 3,46 |
| 42 | 52,5 | 28 | 1,77 | 2,92 |
| 43 | 53,3 | 25 | 0,97 | 2,42 |
| 44 | 50,6 | 29 | 1,99 | 3,53 |
| 45 | 50 | 25 | 1,38 | 3,47 |
| 46 | 50,8 | 30 | 1,78 | 3,88 |
| 47 | 51,9 | 25 | 2,48 | 2,72 |
| 48 | 52,5 | 22 | 1,28 | 2,74 |
| 49 | 53,3 | 30 | 1,68 | 3,89 |
| 50 | 50,5 | 29 | 1,89 | 3,71 |
| 51 | 52,1 | 27 | 1,46 | 2,58 |
| 52 | 53,9 | 24 | 1,82 | 3,21 |
| 53 | 50,8 | 29 | 2,42 | 2,8 |
| 54 | 52,1 | 24 | 1,57 | 3,54 |
| 55 | 51,9 | 25 | 1,52 | 3,82 |
| 56 | 51 | 27 | 1,68 | 3 |
| 57 | 53,8 | 21 | 1,63 | 2,08 |
| 58 | 51,9 | 26 | 0,76 | 2,38 |
| 59 | 50,6 | 28 | 0,94 | 3,28 |
| 60 | 51,8 | 23 | 1,08 | 2,75 |
| 61 | 51,3 | 24 | 1,89 | 3,61 |
| 62 | 51,4 | 23 | 2,09 | 2,87 |
| 63 | 50,9 | 25 | 1,31 | 2,04 |
| 64 | 52,3 | 23 | 0,95 | 2,79 |
| 65 | 52,3 | 28 | 0,54 | 3,78 |
| 66 | 53,1 | 23 | 1,88 | 3,96 |
| 67 | 54,6 | 23 | 1,33 | 3,57 |
| 68 | 54,2 | 27 | 1,91 | 2,88 |
| 69 | 51,5 | 24 | 1,48 | 3,63 |
| 70 | 51,7 | 23 | 1,93 | 3,69 |
| 71 | 54,4 | 25 | 1,96 | 3,73 |
| 72 | 51,1 | 20 | 2,37 | 3,32 |
| 73 | 54,3 | 23 | 1,04 | 2,06 |
| 74 | 51,1 | 28 | 1,57 | 3,92 |
| 75 | 54,8 | 29 | 1,07 | 3,11 |
| 76 | 50,5 | 25 | 2,1 | 2,93 |
| 77 | 52,9 | 25 | 1,79 | 2,78 |
| 78 | 54,1 | 22 | 1,2 | 2,9 |
| 79 | 51,2 | 23 | 2,26 | 3,76 |
| 80 | 52,6 | 27 | 1,18 | 2,16 |
| 81 | 53 | 29 | 2,33 | 2,12 |
| 82 | 52,4 | 30 | 0,99 | 3,99 |
| 83 | 52,5 | 21 | 1,94 | 2,44 |
| 84 | 52,9 | 26 | 1,84 | 2,82 |
| 85 | 51,4 | 23 | 1,1 | 2,64 |
| 86 | 50,5 | 24 | 1,69 | 3,63 |
| 87 | 50,7 | 20 | 0,51 | 2,24 |
| 88 | 51,2 | 22 | 2,35 | 3,93 |
| 89 | 54 | 20 | 1,63 | 3,37 |
| 90 | 54,7 | 26 | 0,63 | 3,07 |
| 91 | 54,5 | 25 | 2,41 | 3,32 |
| 92 | 53,4 | 23 | 1,36 | 3,17 |
| 93 | 54,7 | 23 | 1,92 | 3,8 |
| 94 | 50 | 29 | 1,91 | 3,1 |
| 95 | 51,1 | 23 | 1,8 | 2,99 |
| 96 | 54,6 | 29 | 1,65 | 3,41 |
| 97 | 51,7 | 22 | 0,7 | 3,89 |
| 98 | 54,1 | 23 | 0,71 | 3,2 |
| 99 | 51,8 | 21 | 2,18 | 3,33 |
| 100 | 54,6 | 27 | 1,52 | 2,59 |
Задача 7.2
| Вариант № | Ток I, А | n, cм-1 | l, м |
| 1 | 1,27 | 9 | 1,39 |
| 2 | 1,55 | 7 | 0,95 |
| 3 | 1,96 | 8 | 0,72 |
| 4 | 1,19 | 9 | 2,16 |
| 5 | 1,95 | 8 | 1,15 |
| 6 | 1,93 | 9 | 0,75 |
| 7 | 1,09 | 8 | 2,08 |
| 8 | 1,08 | 7 | 1,53 |
| 9 | 1,03 | 9 | 1,93 |
| 10 | 1,97 | 10 | 0,95 |
| 11 | 1,49 | 7 | 1,73 |
| 12 | 1,55 | 8 | 1,13 |
| 13 | 1,73 | 7 | 0,89 |
| 14 | 1,64 | 10 | 1,2 |
| 15 | 1,22 | 8 | 1,87 |
| 16 | 1,45 | 8 | 1,25 |
| 17 | 1,46 | 10 | 1,25 |
| 18 | 1,71 | 7 | 1,27 |
| 19 | 1,84 | 8 | 0,91 |
| 20 | 1,73 | 8 | 0,98 |
| 21 | 1,49 | 10 | 1,7 |
| 22 | 1,82 | 8 | 1,22 |
| 23 | 1,64 | 10 | 1,52 |
| 24 | 1,05 | 9 | 2,12 |
| 25 | 1,9 | 9 | 0,81 |
| 26 | 1,95 | 8 | 0,52 |
| 27 | 1,66 | 9 | 0,85 |
| 28 | 1,04 | 8 | 2,34 |
| 29 | 1,81 | 9 | 0,78 |
| 30 | 1,53 | 9 | 1,03 |
| 31 | 1,65 | 8 | 1,58 |
| 32 | 1,13 | 8 | 1,99 |
| 33 | 1,82 | 8 | 0,98 |
| 34 | 1,21 | 9 | 1,67 |
| 35 | 1,38 | 9 | 1,67 |
| 36 | 1,95 | 10 | 1,35 |
| 37 | 1,2 | 8 | 1,62 |
| 38 | 1,4 | 7 | 1,06 |
| 39 | 1,16 | 9 | 1,67 |
| 40 | 1,72 | 9 | 1,52 |
| 41 | 1,43 | 8 | 1,08 |
| 42 | 1,2 | 8 | 1,66 |
| 43 | 1,03 | 9 | 1,41 |
| 44 | 1,16 | 9 | 2,09 |
| 45 | 1,3 | 10 | 1,57 |
| 46 | 1,54 | 7 | 1,53 |
| 47 | 1,2 | 9 | 1,92 |
| 48 | 1,21 | 9 | 1,74 |
| 49 | 1,14 | 9 | 1,27 |
| 50 | 1,28 | 10 | 1,96 |
| 51 | 1,14 | 7 | 1,56 |
| 52 | 1,52 | 10 | 1,31 |
| 53 | 1,2 | 9 | 2,19 |
| 54 | 1,93 | 7 | 1,29 |
| 55 | 1,24 | 9 | 1,63 |
| 56 | 1,13 | 10 | 1,75 |
| 57 | 1,68 | 9 | 0,9 |
| 58 | 1,72 | 9 | 0,78 |
| 59 | 1,62 | 8 | 1,63 |
| 60 | 1,82 | 8 | 0,92 |
| 61 | 1,19 | 10 | 1,86 |
| 62 | 1,65 | 9 | 1,61 |
| 63 | 1,35 | 9 | 1,12 |
| 64 | 1,12 | 8 | 2,13 |
| 65 | 1,9 | 7 | 0,51 |
| 66 | 1,85 | 9 | 0,93 |
| 67 | 1,77 | 9 | 1,07 |
| 68 | 1,95 | 7 | 0,97 |
| 69 | 1,95 | 7 | 1,15 |
| 70 | 1,35 | 8 | 1,38 |
| 71 | 1,27 | 9 | 1,55 |
| 72 | 1,38 | 9 | 1,37 |
| 73 | 1,96 | 9 | 0,79 |
| 74 | 1,24 | 9 | 1,61 |
| 75 | 1,27 | 8 | 1,45 |
| 76 | 1,4 | 7 | 1,02 |
| 77 | 1,94 | 9 | 0,89 |
| 78 | 1,05 | 8 | 1,45 |
| 79 | 1,11 | 10 | 2,08 |
| 80 | 1,86 | 8 | 0,6 |
| 81 | 1,43 | 7 | 1,25 |
| 82 | 1,74 | 8 | 1,07 |
| 83 | 1,58 | 10 | 1,32 |
| 84 | 1,25 | 9 | 1,54 |
| 85 | 1,51 | 10 | 1,82 |
| 86 | 1,15 | 7 | 1,42 |
| 87 | 1,85 | 8 | 0,86 |
| 88 | 1,8 | 9 | 1,41 |
| 89 | 1,39 | 8 | 1,58 |
| 90 | 1,63 | 10 | 0,99 |
| 91 | 1,39 | 9 | 1,78 |
| 92 | 1,98 | 10 | 0,48 |
| 93 | 1,79 | 9 | 1,55 |
| 94 | 1,98 | 8 | 1,27 |
| 95 | 1,93 | 10 | 0,66 |
| 96 | 1,63 | 8 | 1,71 |
| 97 | 1,82 | 9 | 0,67 |
| 98 | 1,86 | 8 | 1,4 |
| 99 | 1,5 | 10 | 1,31 |
| 100 | 1,33 | 7 | 1,71 |
Задача 7.3
| Вариант № | l,см | N | Ток I, А |
| 1 | 10 | 177 | 1,197 |
| 2 | 12 | 145 | 1,078 |
| 3 | 12 | 214 | 0,819 |
| 4 | 12 | 216 | 0,622 |
| 5 | 12 | 196 | 0,985 |
| 6 | 19 | 147 | 1,21 |
| 7 | 18 | 222 | 0,881 |
| 8 | 10 | 130 | 0,523 |
| 9 | 13 | 152 | 0,512 |
| 10 | 13 | 157 | 1,216 |
| 11 | 18 | 186 | 0,407 |
| 12 | 20 | 127 | 1,128 |
| 13 | 15 | 198 | 0,566 |
| 14 | 18 | 161 | 0,617 |
| 15 | 19 | 218 | 1,182 |
| 16 | 14 | 163 | 0,957 |
| 17 | 11 | 214 | 0,513 |
| 18 | 17 | 147 | 0,597 |
| 19 | 19 | 144 | 0,48 |
| 20 | 20 | 225 | 1,055 |
| 21 | 14 | 140 | 0,634 |
| 22 | 13 | 148 | 1,184 |
| 23 | 18 | 174 | 0,963 |
| 24 | 12 | 213 | 0,914 |
| 25 | 19 | 182 | 1,1 |
| 26 | 12 | 168 | 1,047 |
| 27 | 12 | 170 | 0,49 |
| 28 | 14 | 143 | 0,834 |
| 29 | 12 | 216 | 0,427 |
| 30 | 15 | 144 | 1,361 |
| 31 | 19 | 187 | 0,529 |
| 32 | 13 | 138 | 1,231 |
| 33 | 12 | 195 | 1,025 |
| 34 | 16 | 214 | 0,555 |
| 35 | 18 | 131 | 0,454 |
| 36 | 18 | 195 | 1,041 |
| 37 | 12 | 153 | 0,815 |
| 38 | 14 | 217 | 0,404 |
| 39 | 19 | 167 | 1,058 |
| 40 | 19 | 214 | 1,32 |
| 41 | 14 | 144 | 1,356 |
| 42 | 17 | 163 | 1,154 |
| 43 | 11 | 154 | 1,173 |
| 44 | 14 | 162 | 1,247 |
| 45 | 13 | 174 | 0,564 |
| 46 | 11 | 146 | 1,33 |
| 47 | 16 | 195 | 0,402 |
| 48 | 12 | 189 | 0,598 |
| 49 | 18 | 224 | 0,506 |
| 50 | 14 | 197 | 0,673 |
| 51 | 12 | 161 | 0,799 |
| 52 | 14 | 224 | 1,16 |
| 53 | 15 | 140 | 0,72 |
| 54 | 11 | 205 | 0,736 |
| 55 | 15 | 211 | 0,894 |
| 56 | 19 | 164 | 0,8 |
| 57 | 10 | 149 | 0,79 |
| 58 | 15 | 126 | 0,482 |
| 59 | 20 | 203 | 0,547 |
| 60 | 15 | 127 | 0,635 |
| 61 | 14 | 139 | 0,813 |
| 62 | 15 | 142 | 1,248 |
| 63 | 18 | 156 | 0,635 |
| 64 | 17 | 185 | 0,88 |
| 65 | 19 | 222 | 0,864 |
| 66 | 12 | 127 | 1,256 |
| 67 | 11 | 216 | 1,007 |
| 68 | 13 | 142 | 0,635 |
| 69 | 17 | 208 | 1,166 |
| 70 | 12 | 136 | 1,105 |
| 71 | 20 | 193 | 0,758 |
| 72 | 12 | 193 | 0,912 |
| 73 | 18 | 165 | 1,142 |
| 74 | 15 | 176 | 0,665 |
| 75 | 19 | 169 | 1,214 |
| 76 | 14 | 174 | 1,234 |
| 77 | 11 | 194 | 0,916 |
| 78 | 18 | 188 | 0,756 |
| 79 | 14 | 159 | 0,9 |
| 80 | 17 | 166 | 0,636 |
| 81 | 15 | 145 | 0,557 |
| 82 | 15 | 222 | 1,117 |
| 83 | 19 | 223 | 0,558 |
| 84 | 10 | 180 | 0,606 |
| 85 | 18 | 173 | 1,378 |
| 86 | 13 | 162 | 0,957 |
| 87 | 15 | 206 | 1,292 |
| 88 | 13 | 187 | 1,28 |
| 89 | 13 | 170 | 1,137 |
| 90 | 12 | 185 | 0,436 |
| 91 | 19 | 166 | 0,445 |
| 92 | 12 | 201 | 0,555 |
| 93 | 11 | 151 | 0,578 |
| 94 | 18 | 184 | 1,074 |
| 95 | 11 | 164 | 0,616 |
| 96 | 13 | 175 | 0,652 |
| 97 | 15 | 183 | 1,375 |
| 98 | 10 | 207 | 1,085 |
| 99 | 11 | 159 | 0,644 |
| 100 | 16 | 168 | 1,143 |
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 709; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!
