Motivul apariției curentului electric într-un conductor staționar este un câmp electric. Orice modificare a câmpului magnetic generează un câmp electric de inducție, indiferent de prezența sau absența unui circuit închis, în timp ce dacă conductorul este deschis, atunci apare o diferență de potențial la capete; dacă conductorul este închis, atunci se observă un curent de inducție în el.

Câmpul electric de inducție este vortex. Direcția liniilor de forță ale vortexului el. câmpurile coincide cu direcția curent de inducție Câmpul electric de inducție are proprietăți complet diferite în contrast cu câmp electrostatic.

câmp electrostatic	câmp electric de inducție (câmp electric vortex)
1. creat de electr nemișcat. taxe	1. cauzate de modificări ale câmpului magnetic
2. câmp liniile de forță sunt deschise - - câmp potențial	2. liniile de forță sunt închise - - câmpul de vortex
3. Sursele câmpului sunt electr. taxe	3. sursele de câmp nu pot fi specificate
4. munca forțelor câmpului în deplasarea sarcinii de testare pe un drum închis = 0.	4. munca forțelor de câmp asupra mișcării sarcinii de testare de-a lungul unei căi închise \u003d EMF de inducție

Curenți turbionari

Curenții inductivi din conductorii masivi se numesc curenți Foucault. Curenţii Foucault pot atinge valori foarte mari, deoarece rezistența conductoarelor masive este mică.De aceea, miezurile transformatoarelor sunt realizate din plăci izolate. În ferite - izolatori magnetici, curenții turbionari practic nu apar.

Utilizarea curenților turbionari

Încălzirea și topirea metalelor în vid, clapete în instrumente electrice de măsură.

Efectele nocive ale curenților turbionari

Acestea sunt pierderi de energie în miezurile transformatoarelor și generatoarelor din cauza eliberării un numar mare căldură.

AUTOINDUCEREA

Fiecare conductor prin care trece curentul electric se află în propriul său câmp magnetic.

Când puterea curentului se modifică în conductor, câmpul m se modifică, adică. schimbări flux magnetic generat de acest curent. O modificare a fluxului magnetic duce la apariția unui câmp electric vortex și în circuit apare un EMF de inducție. Acest fenomen se numește auto-inducție. Auto-inducție - fenomenul apariției EMF de inducție într-un circuit electric ca urmare a unei modificări a intensității curentului. FEM rezultată se numește fem de auto-inducție.

Manifestarea fenomenului de autoinducere

Închiderea circuitului Când un circuit este închis, curentul crește, ceea ce determină o creștere a fluxului magnetic în bobină, apare un câmp electric vortex, îndreptat împotriva curentului, adică. în bobină are loc un EMF de autoinducție, care împiedică creșterea curentului în circuit (câmpul vortex încetinește electronii). Ca urmare L1 se aprinde mai târziu, decât L2.

Circuit deschis Când circuitul electric este deschis, curentul scade, are loc o scădere a m.debitului în bobină, apare un câmp electric vortex, dirijat ca un curent (tend să mențină aceeași putere a curentului), adică. În bobină apare o FEM auto-inductivă, care menține curentul în circuit. Ca rezultat, L când este oprit clipește puternic. Concluzie în electrotehnică, fenomenul de autoinducție se manifestă atunci când circuitul este închis (curentul electric crește treptat) și când circuitul este deschis (curentul electric nu dispare imediat).

INDUCTANŢĂ

De ce depinde EMF de auto-inducție? Curentul electric își creează propriul câmp magnetic. Fluxul magnetic prin circuit este proporțional cu inducția câmpului magnetic (Ф ~ B), inducția este proporțională cu puterea curentului din conductor (B ~ I), prin urmare fluxul magnetic este proporțional cu puterea curentului (Ф ~ I ). EMF de auto-inducție depinde de viteza de modificare a intensității curentului în circuitul electric, de proprietățile conductorului (dimensiune și formă) și de permeabilitatea magnetică relativă a mediului în care se află conductorul. Cantitate fizica, care arată dependența EMF de auto-inducție de dimensiunea și forma conductorului și de mediul în care se află conductorul, se numește coeficient de auto-inducție sau inductanță. Inductanță - fizică. o valoare egală numeric cu EMF de autoinducție care apare în circuit atunci când puterea curentului se modifică cu 1 amper într-o secundă. De asemenea, inductanța poate fi calculată prin formula:

unde F este fluxul magnetic prin circuit, I este puterea curentului din circuit.

Unități SI pentru inductanță:

Inductanța bobinei depinde de: numărul de spire, dimensiunea și forma bobinei și permeabilitatea magnetică relativă a mediului (este posibil un miez).

CEM DE AUTOINDDUCȚIE

EMF de auto-inducție previne creșterea puterii curentului atunci când circuitul este pornit și scăderea puterii curentului când circuitul este deschis.

Printre toate disciplinele academice fizica este subiectul cel mai computerizat. Tehnologiile informaționale pot fi folosite pentru studiul materialului teoretic, instruire, ca mijloc de modelare și vizualizare etc. Alegerea depinde de scopurile, obiectivele și stadiul lecției (explicarea, consolidarea, repetarea materialului, testarea cunoștințelor etc.).

Predandu-le copiilor fizica, observam o scadere a interesului pentru subiect, si in acelasi timp si o scadere a nivelului de cunostinte. Am explicat această problemă prin lipsa materialului vizual, lipsa echipamentului, complexitatea subiectului în sine. Problemele care au apărut sunt, de asemenea, legate de volumul în creștere rapidă și continuă a cunoștințelor umane. În condițiile în care volumul de informații se dublează la câțiva ani, manualul clasic și profesorul devin inevitabil furnizori de cunoștințe învechite. Dar am mai remarcat că numărul copiilor care sunt capabili să folosească un computer este în creștere rapidă, iar această tendință se va accelera indiferent de paradigmă. educația școlară. Pentru mine a apărut întrebarea, de ce să nu folosesc noile capacități pedagogice ale computerului ca mijloc de predare.

Un computer pentru studenți - ca sursă de informații noi și ca instrument intelectual și în general - activitate cognitivă. Lucrul pe un computer poate (și ar trebui) să dezvolte și astfel de lucruri calitati personale, precum reflexivitatea, criticitatea la informare, responsabilitatea, capacitatea de a lua decizii independente, în final, toleranța și creativitatea, abilitățile de comunicare.

Un calculator pentru profesor este un instrument modern de rezolvare a problemelor didactice de organizare a noilor forme de educație pentru dezvoltare.

Notă importanţa generală a calculatoarelor în proces educațional . Sunt:

Se potrivesc cu învățarea tradițională.

Sunt folosite cu succes în activități educaționale și extracurriculare cu conținut și organizare variată.

Ele contribuie la implicarea activă a elevului în procesul educațional, mențin interesul.

Caracteristicile didactice ale calculatorului:

Bogăția informațională.

Capacitatea de a depăși limitele temporale și spațiale existente.

Posibilitatea pătrunderii profunde în esența fenomenelor și proceselor studiate.

Afișarea fenomenelor studiate în dezvoltare, dinamică.

Realitatea este o reflectare a realității.

Expresivitate, bogăție de tehnici expresive, bogăție emoțională.

O astfel de bogăție de capabilități computerizate ne permite să aruncăm o privire mai atentă asupra studierii lui ca un nou instrument didactic.

La desfășurarea lecțiilor de fizică pot fi folosite următoarele tipuri de TIC:

prezentări multimedia,

videoclipuri și clipuri,

animații care simulează procese fizice,

manuale electronice,

programe de training

programe de simulare (pentru pregătirea pentru examen),

lucra cu site-uri de internet

laborator fizic L-micro.

La desfășurarea lecțiilor, cea mai comună formă de utilizare a TIC este prezentarea multimedia. Acest tip de suport pentru lecție vă permite să vă concentrați pe cele mai importante elemente ale materialului studiat, inclusiv animații și clipuri video. În plus, prezentările multimedia sunt folosite de elevi atunci când fac prezentări și mesaje sau când se apără muncă de cercetare. Când pregătiți o prezentare pentru o lecție, trebuie luate în considerare următoarele caracteristici:

prezentarea trebuie să fie vizuală, diapozitivul să nu conțină mult text, textul să fie mare și ușor de citit;

prezentarea sa fie ilustrata: sa contina desene, fotografii, diagrame;

numărul de diapozitive trebuie limitat (15-20 de diapozitive);

prezentarea nu trebuie să provoace senzații neplăcute cauzate de redarea dinamică și modificările cadrului, sau disconfort de culoare;

cel mai Informații importante trebuie plasat pe primul și pe ultimul diapozitiv.

Când creați o prezentare, amintiți-vă că aceasta este un acompaniament al unui discurs, raport sau lecție și nu o înlocuiește. Adesea, atunci când fac prezentări, elevii încearcă să plaseze în ea toate informațiile, rolul profesorului în această situație este de a corecta conținutul prezentării și percepția acesteia. Acesta este cel mai relevant atunci când susțin proiecte, lucrări competitive și de cercetare. În toate competițiile, la evaluarea lucrării se ține cont de vizibilitate, care în cea mai mare parte reprezintă o prezentare multimedia.

Un alt tip de TIC utilizat în predarea fizicii este utilizarea ajutoarelor electronice. Este mai convenabil să folosiți manuale electronice și programe de formare atunci când faceți temele și munca independentă a elevilor, precum și atunci când lucrați cu orice literatură educațională, în acest caz, este necesar să se analizeze și să se precizeze cu atenție sarcinile pentru elevi.

Programele de simulare acționează ca un produs independent care vă permite să elaborați materialul studiat, pentru a identifica problemele cu care se confruntă elevii atunci când studiază materialul teoretic.

Testele online joacă un rol deosebit în pregătirea pentru certificarea finală de stat. Elevul vede rezultatul aproape imediat și își evaluează realist capacitățile.

Un element important al utilizării TIC în predarea fizicii este lucrul cu modele interactive, care sunt prezentate în produse precum „Live Physics”, „ fizică deschisă". Aproape toate modelele vă permit să arătați experiențe atunci când explicați material nou. Lucrul cu astfel de programe vă permite să priviți în profunzime fenomenul, să luați în considerare procese care nu pot fi observate într-un experiment „în direct”. Atunci când folosiți modele pentru demonstrații, este posibil să implicați unul dintre elevi ca asistent, deoarece este destul de dificil să lucrați la computer și, în același timp, să dați explicațiile necesare clasei. În afară de, muncă independentă elevii cu aceste programe contribuie la dezvoltarea activității cognitive.

Un interes deosebit pentru studenți este implementarea virtualului munca de laborator. Elevii pot configura experimentele pe computer necesare pentru a-și testa propriile idei atunci când răspund la întrebări sau rezolvă probleme. Desigur, un laborator de informatică nu poate înlocui un adevărat laborator de fizică. Cu toate acestea, efectuarea lucrărilor de laborator de calculatoare necesită anumite abilități care sunt și caracteristice unui experiment real - alegerea condiții inițiale, setarea opțiunilor de experiență etc.

Unul dintre rolurile cheie în predarea fizicii este jucat de laboratorul fizic L-micro. Utilizarea unui computer ca instrument de măsurare face posibilă extinderea limitelor unui experiment fizic școlar și efectuarea cercetărilor fizice.

Când vă pregătiți pentru lecțiile de fizică, este necesar să ne amintim de dezvoltarea rapidă a științei și tehnologiei. Deținând informații noi despre realizările fizicii moderne într-un anumit domeniu, profesorul nu numai că subliniază relevanța și necesitatea studierii fizicii la școală, dar dezvoltă și activitatea cognitivă a elevului. În același timp, este recomandabil să instruiți elevii să caute informații despre realizările moderne din acest domeniu al fizicii. De regulă, școlarii au o abordare creativă a procesului de căutare și adesea, fiind duși de culegere de informații, ei sunt duși și de problema în sine, care se poate dezvolta în cercetare independentă. Cu toate acestea, studenții ar trebui să acorde atenție căutării de surse sigure de informații. Una dintre aceste surse de internet este popularul site despre știința fundamentală elementy.ru.

Un site web poate fi nu numai o sursă de informații, ci și un produs educațional independent. Așadar, site-ul elementy.ru, pe lângă secțiuni de informare, conține și postere interactive, atunci când lucrează cu care studenții au ocazia nu numai să vadă schemele celor mai complexe dispozitive tehnice, ci și să „uite” în interior, să schimbe lucrul conditii si studiu baza teoretica proceselor. Lucrul cu astfel de postere vă permite să arătați semnificația practică a legilor studiate în lecțiile de fizică.

Incluzând elemente de TIC în procesul de predare a fizicii, profesorul nu numai că dezvoltă activitatea cognitivă a elevilor, ci se și perfecționează. Pentru utilizarea activă a TIC în clasă, profesorul trebuie să stăpânească anumite abilități:

procesează informații text, digitale, grafice și sonore cu ajutorul editorilor corespunzători pentru pregătirea materialelor didactice;

creați diapozitive pe acest material educațional folosind editorul de prezentare (MS PowerPoint), demonstrați prezentarea în lecție;

să utilizeze produse software disponibile gata făcute în disciplina lor;

organizați munca cu un manual electronic în sala de clasă;

căutarea de informații pe Internet în procesul de pregătire pentru lecții și activități extracurriculare;

organizați lucrul cu elevii pentru a găsi informațiile necesare în rețeaua globală direct la lecție;

lucrați la clasă cu materiale de pe site-uri web.

În concluzie, observ că în condițiile moderne există o sarcină pedagogică de a rezista introducerii excesive a TIC în procesul de predare a fizicii, pentru a nu umbri adevărata natură experimentală a științei fizice cu ilustrații și modele colorate, să nu uităm de experiment „în direct”.

Câmp vectorial solenoid

Definiție

Câmpul vectorial este numit solenoidal sau turbioare, dacă prin orice suprafață închisă S debitul său este zero:

∫ S a → ⋅ d s → = 0 (\displaystyle \int \limits _(S)(\vec (a))\cdot (\vec (ds))=0) .

Dacă această condiție este îndeplinită pentru orice închis Sîntr-o zonă (în mod implicit - peste tot), atunci această condiție este echivalentă cu faptul că divergența este egală cu zero câmp vectorial a → (\displaystyle (\vec (a))) :

D i v a → ≡ ∇ ⋅ a → = 0 (\displaystyle \mathrm (div) \,(\vec (a))\equiv \nabla \cdot (\vec (a))=0)

peste tot în această regiune (se presupune că există divergențe peste tot în această regiune). Prin urmare, se mai numesc câmpuri solenoidale fără divergente .

Pentru o clasă largă de domenii, această condiție este îndeplinită dacă și numai dacă a → (\displaystyle (\vec (a))) are un potențial vectorial, adică există un astfel de câmp vectorial A → (\displaystyle (\vec) (A))) (potențial vectorial) că a → (\displaystyle (\vec (a))) poate fi exprimat ca rotor:

A → = ∇ × A → ≡ r o t A → . (\displaystyle (\vec (a))=\nabla \times (\vec (A))\equiv \mathrm (putrecerea) \,(\vec (A)).)

Cu alte cuvinte, un câmp este vortex dacă nu are surse. Liniile de forță ale unui astfel de câmp nu au nici început, nici sfârșit și sunt închise. Câmpul vortex este generat nu de sarcini în repaus (surse), ci de o modificare a câmpului asociat cu acesta (de exemplu, pentru un câmp electric, este generat de o modificare a câmpului magnetic). Deoarece nu există sarcini magnetice în natură, câmpul magnetic mereu este vortex, iar liniile sale de forță sunt întotdeauna închise. Liniile de forță ale unui magnet permanent, în ciuda faptului că ies din polii săi (ca și când ar avea surse în interior), sunt de fapt închise în interiorul magnetului. Prin urmare, prin tăierea unui magnet în două, nu se vor putea obține doi poli magnetici separați.

Exemple

• Câmpul vectorului de inducție magnetică (urmează din ecuațiile Maxwell și, mai precis, din teorema Gauss pentru un câmp magnetic).
• Câmpul de viteză al unui fluid incompresibil (decurge din ecuația de continuitate pentru ∂ ρ / ∂ t = 0 (\displaystyle \partial \rho /\partial t=0)).
• Câmp electric în zonele în care nu există surse (încărcări). Pentru solenoidalitatea câmpului E absența (sau compensarea reciprocă) a taxelor gratuite și legate este necesară. Pentru solenoidalitate D absența doar a taxelor gratuite este suficientă.
• Câmpul vectorului densității de curent este solenoidal dacă nu există nicio modificare a densității de sarcină în timp (atunci solenoiditatea densității de curent decurge din ecuația de continuitate).

Etimologie

Cuvânt solenoidal provine din greacă solenoid(σωληνοειδές, sōlēnoeidēs), care înseamnă „ca o țeavă” sau „ca într-o țeavă”, care conține cuvântul σωλην (Solen) - teava. În acest context, aceasta înseamnă fixarea volumului pentru modelul de fluid curgător, absența surselor și a chiuvetelor (ca într-un flux într-o conductă, unde fluidul nou nu apare și nu dispare).

Descrierea instalării

În această lucrare, sunt utilizate următoarele dispozitive (vezi Fig. 13.1, bși 13.2, A): lampă cu neon N; sursă de putere U 0; voltmetru V; ampermetru DAR; un osciloscop folosit pentru a observa forma oscilațiilor de relaxare și pentru a măsura parametrii semnalului.

Exercițiu

1. Asamblați circuitul conform Fig.13.1, în. schimbându-se U 0 , îndepărtați ramurile înainte și înapoi ale CVC ale lămpii cu neon. Defini U mână U d. Rata R i lampă aprinsă în două puncte experimentale.

2. Asamblați circuitul conform Fig.13.2, A. Obțineți o imagine stabilă a oscilațiilor de relaxare pe ecranul osciloscopului și desenați-o într-un jurnal de lucru.

3. Măsurați amplitudinea oscilației folosind un osciloscop.

4. Investigați dependențele perioadei de oscilație T din parametrii schemei:

a) eliminarea dependenței T din R la fix U 0 =U 01 și C= C 1 ;

b) eliminarea dependenței T din C la fix U 0 = U 01 și R= R 1 .

5. Utilizați generatorul de relaxare asamblat ca generator de baleiaj, pentru care transferați osciloscopul într-un mod de funcționare cu două canale " X – Y” și aplicați un semnal sinusoidal de la generatorul GSK pe cel de-al doilea canal. După ce ați preluat frecvența semnalului sinusoidal GSK, obțineți o imagine stabilă pe ecranul osciloscopului și schițați-o în jurnalul de laborator. Opriți generatorul de relaxare, aplicați același semnal GSK pe primul canal al osciloscopului și, pornind generatorul de baleiaj, obțineți o imagine stabilă a măturarii semnalului pe ecran, schițați-o în jurnalul de laborator. Explicați diferența calitativă dintre imagini.

6. Construiți un grafic al CVC al unei lămpi de neon. Din grafic, determinați rezistența internă a unei lămpi de neon care arde R i = = dU/dI pentru U, ceva mai mic decât U h.

7. Trasează grafice de dependență T= T(R),T= T(C). Pe aceleași grafice, construiți dependențe teoretice folosind formula (13.2).

întrebări de testare

1. Ce sunt oscilațiile de relaxare?

2. Spuneți-ne despre caracteristicile caracteristicilor curent-tensiune ale unei lămpi de neon.

3. Care este rezistența internă a lămpii și cum să o găsiți din caracteristica curent-tensiune?

4. Deduceți formula (13.1).

5. Explicați principiul de funcționare al generatorului de relaxare prezentat în Fig. 13.2, A.

6. Ce formă au oscilaţiile de relaxare în această lucrare?

7. Care ar trebui să fie raportul dintre rezistența și rezistența internă a unei lămpi de neon care arde și care nu arde, astfel încât perioada de oscilație să fie determinată prin formula (13.2)?

8. Cum poți schimba perioada de oscilație?

9. Cum poate fi modificată amplitudinea oscilațiilor?

10. Din ce motive se alege U intr-un generator?

11. Care este forma de undă a generatorului de baleiaj din osciloscop? Este posibil să folosiți un generator de relaxare ca generator de măturare? Cum este distorsionată forma semnalului studiat și de ce?

Câmp electric de lucru 14 vortex

Ţintă: studiul proprietăților câmpului electric vortex.

Introducere

Din ecuațiile lui Maxwell rezultă că un câmp magnetic variabil în timp generează un câmp electric. Ecuația corespunzătoare se scrie ca

, (14.1)

Unde E- vectorul intensității câmpului electric, B- vector de inducție magnetică. Aceeași ecuație în formă integrală aplicată unui solenoid folosind sistem cilindric coordonatele arată astfel:

, (14.2)

Unde - componenta circumferenţială a intensităţii câmpului electric;

este componenta axială a inducției magnetice, iar integralele sunt preluate într-o buclă închisă l si la suprafata S pe baza acestui contur.

Lucrarea folosește câmpul electric turbionar al unui solenoid, prin care circulă un curent electric alternativ. Măsurătorile câmpului electric vortex se fac într-o secțiune perpendiculară pe axa solenoidului, trecând prin mijlocul acestuia. Lungimea solenoidului este mult mai mare decât diametrul său, prin urmare, în prima aproximare, putem presupune că avem de-a face cu un solenoid infinit de lung.

Se știe că câmpul magnetic din interiorul unui solenoid infinit este omogen și inducerea sa magnetică este determinată de formula:

, (14.3)

unde  este permeabilitatea magnetică relativă a substanței (pentru aer  = 1,0000004);  0 = 1,26 10–6 H/m - constantă magnetică; n - numărul de spire ale solenoidului pe unitatea de lungime a acestuia, eu- puterea curentului în solenoid (se consideră curentul cvasi-staționar). În afara solenoidului, inducția magnetică este neglijabilă.

Ecuația (14.2) este mult simplificată dacă este o suprafață S luați un cerc cu o rază r, al cărui centru se află pe axa solenoidului, iar planul este perpendicular pe această axă. În acest caz L este un cerc cu o rază r. Deoarece valoarea  B z / t este omogen în interiorul solenoidului infinit și practic este egal cu zero în afara acestuia, atunci integrala dreaptă este egală cu:

Unde R este raza solenoidului.

Integrala din partea stângă a ecuației (14.2) datorită simetriei axiale a problemei este egală cu E  2 r. Ca rezultat, după transformări simple, obținem următoarea expresie pentru modulul de intensitate a câmpului electric vortex:

(14.4)

Pentru că  B z / t nu depinde de r, atunci intensitatea câmpului electric vortex este proporțională cu distanța r din axa solenoidului la r< Rși invers proporțională r la r R.

În cazul în care curentul solenoidului se modifică conform unei legi sinusoidale

Definiția fizicii

Câmpul electric vortex este

Ksyulyonok havelev

CÂMPUL ELECTRIC VORTEX

Motivul apariției curentului electric într-un conductor staționar este un câmp electric.
Orice modificare a câmpului magnetic generează un câmp electric inductiv, indiferent de prezența sau absența unui circuit închis,
în plus, dacă conductorul este deschis, atunci la capetele sale apare o diferență de potențial;
dacă conductorul este închis, atunci se observă un curent de inducție în el. Câmpul electric de inducție este vortex.
Direcția liniilor de forță ale vortexului el. câmpul coincide cu direcția curentului de inducție
Câmpul electric de inducție are proprietăți complet diferite în contrast cu
dintr-un câmp electrostatic.

Utilizarea curenților turbionari: încălzirea și topirea metalelor în vid;
amortizoare în instrumentele electrice de măsură.

Efecte nocive ale curenților turbionari: pierderi de energie în miezurile transformatoarelor și generatoarelor
datorită degajării unei cantităţi mari de căldură.

Cum apare o forță electromotoare într-un conductor care se află într-un câmp magnetic alternativ? Ce este un câmp electric vortex, natura și cauzele sale? Care sunt principalele proprietăți ale acestui domeniu? Toate aceste întrebări și multe altele vor primi răspuns în lecția de astăzi.

Subiect: inducția electromagnetică

Lecţie:Câmp electric vortex

Amintiți-vă că regula lui Lenz vă permite să determinați direcția curentului de inducție într-un circuit situat într-un câmp magnetic extern cu un flux variabil. Pe baza acestei reguli a fost posibilă formularea legii inductie electromagnetica.

Legea inducției electromagnetice

Când fluxul magnetic care pătrunde în zona circuitului se modifică, în acest circuit ia naștere o forță electromotoare, numeric egală cu viteza de modificare a fluxului magnetic, luată cu semnul minus.

Cum apare această forță electromotoare? Se pare că EMF din conductor, care se află într-un câmp magnetic alternativ, este asociat cu apariția unui nou obiect - câmp electric turbionar.

Luați în considerare experiența. Există o bobină de sârmă de cupru în care este introdus un miez de fier pentru a crește câmpul magnetic al bobinei. Bobina este conectată prin conductori la o sursă de curent alternativ. Există și o bobină de sârmă așezată pe o bază de lemn. La această bobină este conectat un bec electric. Materialul firului este acoperit cu izolație. Baza bobinei este realizată din lemn, adică dintr-un material care nu conduce electricitatea. Cadrul bobinei este tot din lemn. Astfel, se exclude orice posibilitate de contact a becului cu circuitul conectat la sursa de curent. Când sursa este închisă, becul se aprinde, prin urmare, un curent electric circulă în bobină - ceea ce înseamnă că forțele externe din această bobină funcționează. Este necesar să aflăm de unde provin forțele terțe.

Câmpul magnetic care pătrunde în planul bobinei nu poate provoca apariția unui câmp electric, deoarece câmpul magnetic acționează numai asupra sarcinilor în mișcare. Conform teoriei electronice a conductivității metalelor, în interiorul lor există electroni care se pot mișca liber în interiorul rețelei cristaline. Totuși, această mișcare în absența unui câmp electric extern este aleatorie. O astfel de aleatorie duce la faptul că efectul total al câmpului magnetic asupra unui conductor care poartă curent este zero. În acest fel, câmpul electromagnetic diferă de câmpul electrostatic, care acționează și asupra sarcinilor staționare. Deci, câmpul electric acționează asupra sarcinilor în mișcare și staționare. Cu toate acestea, tipul de câmp electric care a fost studiat mai devreme este creat doar de sarcini electrice. Curentul de inducție, la rândul său, este creat de un câmp magnetic alternativ.

Să presupunem că electronii dintr-un conductor sunt aduși în mișcare ordonată de un nou tip de câmp electric. Și acest câmp electric este generat nu de sarcini electrice, ci de un câmp magnetic alternativ. Faraday și Maxwell au venit cu o idee similară. Principalul lucru în această idee este că un câmp magnetic variabil în timp generează unul electric. Explorer cu cele disponibile electroni liberi vă permite să găsiți acest câmp. Acest câmp electric pune în mișcare electronii din conductor. Fenomenul de inducție electromagnetică constă nu atât în ​​apariția unui curent inductiv, cât în ​​apariția unui nou tip de câmp electric, care pune în mișcare sarcini electrice într-un conductor (Fig. 1).

Câmpul vortex este diferit de cel static. Nu este generat de încărcături imobile, prin urmare, liniile de intensitate ale acestui câmp nu pot începe și se termină pe o încărcare. Conform cercetărilor, liniile intensității câmpului vortex sunt linii închise, similare liniilor de inducție a câmpului magnetic. Prin urmare, acest câmp electric este un vortex - la fel ca și câmpul magnetic.

A doua proprietate se referă la munca forțelor acestui nou câmp. Studiind câmpul electrostatic, am aflat că munca forțelor câmpului electrostatic într-o buclă închisă este zero. Deoarece atunci când sarcina se mișcă într-o direcție, deplasarea și forța care acționează sunt co-dirijate și lucrul este pozitiv, atunci când sarcina se mișcă în direcție inversă deplasarea și forța care acționează sunt direcționate invers și lucrul este negativ, lucrul total va fi egal cu zero. În cazul unui câmp de vortex, munca efectuată într-o buclă închisă va fi diferită de zero. Deci, atunci când o sarcină se mișcă de-a lungul unei linii închise a unui câmp electric care are caracter de vortex, lucrul în diferite secțiuni va menține un semn constant, deoarece forța și deplasarea în diferite secțiuni ale traiectoriei vor menține aceeași direcție față de fiecare. alte. Lucrarea forțelor câmpului electric vortex în deplasarea sarcinii de-a lungul unei bucle închise este diferită de zero, prin urmare, câmpul electric vortex poate genera un curent electric într-o buclă închisă, care coincide cu rezultatele experimentale. Apoi se poate argumenta că forța care acționează asupra sarcinilor din câmpul vortex este egală cu produsul sarcinii transferate și puterea acestui câmp.

Această forță este o forță exterioară care funcționează. Lucrul acestei forțe, raportat la valoarea sarcinii transferate, este EMF de inducție. Direcția vectorului de intensitate al câmpului electric turbionar în fiecare punct al liniilor de intensitate este determinată de regula Lenz și coincide cu direcția curentului de inducție.

Într-un circuit fix, situat într-un câmp magnetic alternativ, ia naștere un curent electric de inducție. Câmpul magnetic în sine nu poate fi o sursă de forțe străine, deoarece poate acționa numai asupra sarcinilor electrice în mișcare ordonată. Nu poate exista un câmp electrostatic, deoarece este generat de sarcini fixe. După ce am presupus că un câmp magnetic variabil în timp generează un câmp electric, am aflat că acest câmp variabil este de natură vortex, adică liniile sale sunt închise. Lucrarea câmpului electric vortex într-o buclă închisă este diferită de zero. Forța care acționează asupra sarcinii transferate din partea câmpului electric vortex este egală cu valoarea acestei sarcini transferate, înmulțită cu puterea câmpului electric vortex. Această forță este acea forță terță parte care duce la apariția unui EMF în circuit. Forța electromotoare a inducției, adică raportul dintre munca forțelor externe și valoarea sarcinii transferate, este egală cu viteza de schimbare a fluxului magnetic luată cu semnul minus. Direcția vectorului de intensitate al câmpului electric vortex în fiecare punct al liniilor de intensitate este determinată de regula Lenz.

1. Kasyanov V.A., Fizica clasa a XI-a: Manual. pentru invatamantul general instituţiilor. - Ed. a IV-a, stereotip. - M.: Butarda, 2004. - 416 p.: ill., 8 p. col. incl.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Fizica 11. - M .: Mnemosyne.
3. Tikhomirova S.A., Yarovsky B.M., Fizica 11. - M.: Mnemosyne.
   

1. Manual electronic de fizică ().
2. Fizica cool ().
3. Xvatit.com().

1. Cum să explic faptul că o lovitură de fulger poate topi siguranțele, dezactiva aparatele electrice sensibile și dispozitivele semiconductoare?
2. * Când inelul a fost deschis în bobină, a apărut un EMF de autoinducție de 300 V. Care este intensitatea câmpului electric vortex în spirele bobinei dacă numărul lor este 800, iar raza spirelor este 4 cm?

Deci, să reparăm ceea ce am învățat deja. Toate formulele noastre pot fi derivate din mai multe afirmații.

Afirmația 1.

Formularea matematică a acestei afirmații este teorema Ostrogradsky - Gauss pentru intensitatea câmpului electric

În partea dreaptă este integrala densității de sarcină pe un volum arbitrar, care este egală cu sarcina totală din interiorul acestuia. În partea stângă - fluxul vectorului intensității câmpului electric printr-o suprafață închisă arbitrară care limitează acest volum. După cum am văzut, legea lui Coulomb este de asemenea cuprinsă în această ecuație.

Afirmația 2.

Sarcinile magnetice nu există în natură.

Formularea matematică a acestei afirmații este teorema Ostrogradsky - Gauss pentru vectorul de inducție magnetică, pe partea dreaptă a căruia există zero.

Afirmația 3.

Matematic, aceasta este exprimată ca egalitatea cu zero a circulației intensității câmpului electrostatic de-a lungul unui contur arbitrar.

Afirmația 4.

Expresia matematică a acestei afirmații este teorema privind circulația vectorului de inducție magnetică

În partea stângă este circulația câmpului magnetic de-a lungul unui contur arbitrar L, iar în dreapta - integrala densității totale de curent pe o suprafață arbitrară S cuprinse de acest contur. Această integrală este egală cu suma curenților care traversează suprafața S. Această ecuație conține legea Biot-Savart-Laplace.

Aceste patru ecuații trebuie completate cu o expresie pentru forța Lorentz care acționează asupra sarcinilor în mișcare din câmpurile electromagnetice

Cititorul atent va observa că titlurile la cele două ultimele declaratii evidențiate cu alt font. Acest lucru nu se face întâmplător: aceste declarații pot fi modificate. Cert este că, de când am formulat aceste patru afirmații, ne-am familiarizat cu un alt fenomen - inducția electromagnetică. Încă nu s-a reflectat în ecuațiile scrise. S-o facem.

Dacă fluxul magnetic printr-o bobină conducătoare L se modifică, apoi apare un EMF de inducție în bobină. Ce inseamna asta? Sarcinile din conductor vor experimenta forța asociată cu acest EMF. Dar apariția unei forțe care acționează asupra unei sarcini înseamnă apariția unui fel de câmp electric. Circulația acestui câmp de-a lungul bobinei este exact egală, prin definiție, cu fem-ul de inducție

Diferența de circulație față de zero înseamnă că acest câmp electric nu este potențial, ci are vârtej caracter, ca un câmp magnetic. Dar dacă a apărut un astfel de câmp, atunci care este rolul bobinei? O bobină nu este altceva decât un detector convenabil pentru înregistrarea unui câmp electric turbionar pe baza curentului de inducție care a apărut. Pentru a ne despărți complet de bobină, exprimăm EMF de inducție în termeni de flux de câmp magnetic. Să rescriem legea lui Faraday în formă

Combinând această ecuație cu (9.6), ajungem la o afirmație 3 modificată (Fig. 9.1).

Afirmația 5.

Orez. 9.1. Legea inducției electromagnetice în interpretarea lui Maxwell:
câmpul magnetic în schimbare generează un câmp electric vortex

Matematic, aceasta este exprimată ca ecuație

Această ecuație conține legea inducției electromagnetice a lui Faraday.

Aici trebuie să fim puțin atenți: întrucât avem un câmp electric suplimentar, nu va schimba prima afirmație? Din fericire, răspunsul este nu: fluxul câmpului vortex printr-o suprafață închisă este zero, astfel încât acest câmp nu va contribui la partea stângă a ecuației (9.1).

S-ar părea că am luat deja în considerare toate fenomenele cu care suntem familiarizați. Atunci de ce am marcat a patra ecuație ca fiind necesară modificarea? Cert este că simetria dintre fenomenele electrice și magnetice este acum ruptă. Să presupunem că nu există încărcături sau curenți în sistem. Poate exista atunci un câmp electromagnetic? Știm răspunsul de la viața modernă: poate! Există unde electromagnetice care se propagă în spațiu și nu necesită niciun mediu pentru aceasta. În absența sarcinilor și a curenților, primele două ecuații (9.1) și (9.2) sunt complet simetrice. Nu același lucru se poate spune despre a doua pereche de ecuații. Se poate genera un câmp electric (vortex) fără încărcături, prin simpla schimbare a câmpului magnetic? De ce nu poate fi generat un câmp magnetic nu prin curenți, ci prin modificarea câmpului electric?

Din legea lui Faraday (vezi (123.2)) rezultă că orice o modificare a fluxului de inducție magnetică cuplată la circuit duce la apariția unei forțe electromotoare de inducție și, ca urmare, apare un curent de inducție. Prin urmare, apariția emf. inducția electromagnetică este posibilă și într-un circuit fix,

plasate într-un câmp magnetic alternativ. Cu toate acestea, emf. în orice circuit apare numai atunci când forțe externe acționează asupra purtătorilor de curent din acesta - forțe de origine neelectrostatică (vezi § 97). Prin urmare, se pune întrebarea cu privire la natura forțelor externe în acest caz.

Experiența arată că aceste forțe străine nu sunt asociate nici cu procesele termice, nici cu procesele chimice din circuit; nici apariția lor nu poate fi explicată de forțele Lorentz, deoarece nu acționează în baza unor acuzații imobile. Maxwell a emis ipoteza că orice câmp magnetic alternativ excită un câmp electric în spațiul înconjurător, care este cauza curentului de inducție în circuit. După ideile lui Maxwell, circuitul în care apare emf joacă un rol secundar, fiind un fel de unic „dispozitiv” care detectează acest câmp.

Deci, după Maxwell, câmpul magnetic variabil în timp generează un câmp electric E B a cărui circulație, conform (123.3),

unde E B l - proiectia vectorului E B pe directia dl.

Inlocuind in formula (137.1) expresia (vezi (120.2)), obtinem

Dacă suprafața și conturul sunt fixe, atunci operațiile de diferențiere și integrare pot fi schimbate. Prin urmare,

(137.2)

unde simbolul derivatei parțiale subliniază faptul că integrala este doar o funcție a timpului.

Conform (83.3), circulația vectorului intensității câmpului electrostatic (îl notăm cu E Q) de-a lungul oricărui contur închis este egală cu zero:

(137.3)

Comparând expresiile (137.1) și (137.3), vedem că există o diferență fundamentală între câmpurile considerate (E B și E Q): circulația vectorului E B, spre deosebire de

circulația vectorului E Q nu este egală cu zero. Prin urmare, câmpul electric E B , excitat de un câmp magnetic, ca și câmpul magnetic însuși (vezi § 118), este vârtej.

Curent de polarizare

Potrivit lui Maxwell, dacă orice câmp magnetic alternativ excită un câmp electric vortex în spațiul înconjurător, atunci trebuie să existe și fenomenul opus: orice modificare a câmpului electric trebuie să provoace apariția unui câmp magnetic vortex în spațiul înconjurător. Pentru a stabili relații cantitative între un câmp electric în schimbare și câmpul magnetic cauzat de acesta, Maxwell a introdus așa-numitul curent de deplasare. .

Luați în considerare un circuit de curent alternativ care conține un condensator (Fig. 196). Există un câmp electric alternativ între plăcile unui condensator de încărcare și descărcare, prin urmare, potrivit lui Maxwell, curenții de polarizare „curg” prin condensator, ascunzindu-se în acele zone în care nu există conductori.

Să găsim o relație cantitativă între câmpul electric în schimbare și câmpurile magnetice pe care le provoacă. Potrivit lui Maxwell, un câmp electric alternativ într-un condensator în fiecare moment creează un astfel de câmp magnetic ca și cum ar exista un curent de conducere între plăcile condensatorului, egal cu curentul din firele de alimentare. Apoi se poate argumenta că curenții de conducere (I) și deplasările (I cm) sunt egale: I cm \u003d I.

Curentul de conducere lângă plăcile condensatoarelor

,(138.1)

(densitatea de sarcină de suprafață s pe plăci este egală cu deplasarea electrică D în condensator (vezi (92.1)). Integrandul din (138.1) poate fi considerat ca un caz special produs punctual, când și dS sunt reciproc

sunt paralele. Prin urmare, pentru cazul general, putem scrie

Comparând această expresie cu (vezi (96.2)), avem

Expresia (138.2) a fost numită de Maxwell densitatea curentului de deplasare.

Luați în considerare care este direcția vectorilor de densitate a curenților de conducere și a deplasărilor j și j, vezi.La încărcarea unui condensator (Fig. 197, c) prin conductorul care leagă plăcile, curentul curge de la placa dreaptă către stânga; câmpul din condensator este amplificat, prin urmare, adică vectorul este direcționat în aceeași direcție cu D . Din figură se poate observa că direcțiile vectorilor și j coincid. La descărcarea condensatorului (Fig. 197, b) prin conductorul care leagă plăcile, curentul circulă din stânga

căptușeală la dreapta; câmpul din condensator este slăbit; prin urmare,<0, т. е.

vectorul este îndreptat opus vectorului D. Totuși, vectorul este direcționat din nou

la fel ca vectorul j. Din exemplele analizate rezultă că direcția vectorului j și a vectorului j cm coincide, așadar, cu direcția vectorului, după cum rezultă din formula (138.2).

Subliniem că dintre toate proprietățile fizice inerente curentului de conducere. Maxwell a atribuit un singur lucru curentului de deplasare - capacitatea de a crea un câmp magnetic în spațiul înconjurător. Astfel, curentul de deplasare (în vid sau materie) creează un câmp magnetic în spațiul înconjurător (liniile de inducție a câmpurilor magnetice ale curenților de deplasare în timpul încărcării și descărcării condensatorului sunt prezentate în Fig. 197 prin linii întrerupte).

În dielectrice, curentul de deplasare este din doi termeni. Întrucât, conform (89.2), D= , unde E este puterea câmpului electrostatic și P este polarizarea (vezi § 88), apoi densitatea curentului de deplasare

, ( 138.3)

unde este densitatea curentului de deplasare în vid, este densitatea curentului de polarizare - curentul datorat mișcării ordonate a sarcinilor electrice în dielectric (deplasarea sarcinilor în moleculele nepolare sau rotația dipolilor în moleculele polare). Excitarea unui câmp magnetic de către curenții de polarizare este legitimă, deoarece curenții de polarizare prin natura lor nu diferă de curenții de conducție. Cu toate acestea, faptul că cealaltă parte a densității curentului de deplasare nu este legată de mișcarea sarcinilor, ci din cauza numai modificarea câmpului electric în timp, de asemenea, excită un câmp magnetic, este afirmație fundamental nouă Maxwell. Chiar și în vid, orice modificare în timp a câmpului electric duce la apariția unui câmp magnetic în spațiul înconjurător.

Trebuie remarcat faptul că denumirea de „curent de deplasare” este condiționată, sau mai degrabă, stabilită istoric, deoarece curentul de deplasare în esența sa este un câmp electric care se modifică în timp. Prin urmare, curentul de deplasare există nu numai în vid sau dielectrici, ci și în interiorul conductorilor care transportă curent alternativ.

Cu toate acestea, în acest caz, este neglijabil în comparație cu curentul de conducție. Prezența curenților de deplasare a fost confirmată experimental de A. A. Eikhenvald, care a studiat câmpul magnetic al curentului de polarizare, care, după cum rezultă din (138.3), este o parte a curentului de deplasare.

Maxwell a introdus conceptul curent complet, egală cu suma curenților de conducție (precum și a curenților de convecție) și a deplasării. Densitatea totală de curent

Introducerea conceptelor de curent de deplasare și curent total. Maxwell a abordat luarea în considerare a închiderii circuitelor de curent alternativ într-un mod nou. Curentul total din ele este întotdeauna închis, adică doar curentul de conducere se întrerupe la capetele conductorului, iar în dielectricul (vid) dintre capetele conductorului există un curent de deplasare care închide curentul de conducție.

Maxwell a generalizat teorema privind circulația vectorului H (vezi (133.10)), introducând curentul total în partea dreaptă a acestuia. prin suprafata S , întins pe o buclă închisă L . Atunci teorema de circulație generalizată pentru vectorul H poate fi scrisă ca

(138.4)

Expresia (138.4) este întotdeauna adevărată, dovada căreia este corespondența completă dintre teorie și experiență.