Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Загальна фізика. Частина 2. Магнетизм. Коливання і хвилі. Оптика. Елементи атомної фізики, квантової механіки і фізики твердого тіла. Фізика ядра та елементарних часток

Предмет: 
Тип роботи: 
Курс лекцій
К-сть сторінок: 
111
Мова: 
Українська
Оцінка: 

індуктивності довгого соленоїда – котушки довжиною   і площею поперечного перерізу S, що складається з N витків дроту. При проходженні через соленоїд струму І в ньому виникає магнітне поле  , напрямлене вздовж осі соленоїда (див. 4.21). Тоді кожен виток соленоїда перетинає магнітний потік  , а повний магнітний потік через соленоїд  . Оскільки   – число витків на одиниці довжини соленоїда, то 

 . (4.42)
Прирівнюючи (4.41) і (4.42), отримаємо для індуктивності соленоїда
 , (4.43)
де   – магнітна проникливість матеріалу осердя.
Якщо сила струму в контурі змінюється, то змінюється і магнітний потік через контур. Згідно з законом Фарадея (4.40) зміна магнітного потоку викликає появу е.р.с. індукції, яка в даному випадку називається е.р.с. самоіндукції. 
Отже, явище самоіндукції полягає у виникненні е.р.с. самоіндукції у контурі, по якому тече змінний електричний струм. Вираз для е.р.с. самоіндукції одержимо, підставивши (4.41) в (4.40):
  . (4.44)
Якщо в контурі немає феромагнітних матеріалів, для яких  , то   і (4.44) спрощується:
 , (4.45)
тобто е.р.с. самоіндукції пропорційна до швидкості зміни сили струму в контурі.
Таким чином, в контурі, по якому тече змінний струм, діють дві електрорушійні сили: е.р.с. джерела струму та е.р.с. самоіндукції. Якщо струм в контурі збільшується  , то  . Це означає, що е.р.с. самоіндукції виконує від’ємну роботу, гальмує рух зарядів і тим самим зменшує силу струму в контурі. В даному випадку струм самоіндукції напрямлений проти основного струму. Якщо ж струм в контурі зменшується  , то   робота цієї е.р.с. буде додатньою, а збуджений нею індукційний струм матиме той же напрямок, що і основний струм. Таким чином, і при збільшенні, і при зменшенні сили основного струму е.р.с. самоіндукції протидіє його зміні, тобто тій причині, яка її викликає. В цьому полягає фізичний зміст правила Ленца для явища самоіндукції. 
Індукційні струми можуть збуджуватись не тільки в тонких провідниках, які звичайно застосовують в електротехніці, а і в масивних провідниках великих розмірів: барабанах і дисках приладів, осердях котушок тощо. Струми всередині таких суцільних тіл являють собою вихровий рух вільних електронів, тому індукційні струми в масивних тілах (струми Фуко) іноді називають вихровими. 
Провідник зі струмом завжди оточений магнітним полем, яке з’являється та зникає разом зі струмом. Очевидно, що енергія магнітного поля дорівнює роботі, виконаній джерелом при створенні цього струму. Розглянемо контур індуктивністю L, по якому тече струм силою І. Його перетинає власний магнітний потік Ф = LI. При зміні сили струму на dI магнітний потік змінюється на dФ = LdI. При цьому, згідно з (4.37), джерело струму виконує роботу dA = IdФ = ILdI. Інтегруючи останній вираз, одержимо  . Отже, енергія магнітного поля, створеного струмом контура,
 . (4.46)
Знайдемо тепер енергію магнітного поля всередині довгого соленоїда. Підставивши (4.43) у (4.46), отримаємо
 .
Враховуючи, що об’єм магнітного поля практично співпадає з об’ємом соленоїда  , а напруженість магнітного поля в соленоїді  , останній вираз запишемо у вигляді 
 . (4.47)
Введемо тепер поняття густини енергії магнітного поля як енергії одиниці об’єму поля
 . (4.48)
Підставивши (4.47) у (4.48), одержимо вираз для густини енергії магнітного поля 
 . (4.49)
Цей вираз для густини енергії магнітного поля лишається справедливим для полів, створених провідниками будь-якої форми, а також для полів постійних магнітів.
 
§ 4.10. Магнітне поле в речовині
 
Всі речовини складаються з атомів, в яких по замкнених траєкторіях рухаються електрони. Орбітальний рух електрона можна розглядати як коловий струм (мікрострум) з магнітним моментом 
 
  – частота обертання електрона, r – радіус орбіти,   – одиничний вектор позитивної нормалі до площини орбіти. Магнітний момент атома дорівнює векторній сумі магнітних моментів усіх його електронів (магнітним моментом ядра можна знехтувати):
 
В залежності від наявності чи відсутності (рівності нулю) магнітного моменту, всі атоми поділяються на діамагнітні, для яких   і парамагнітні, для яких  .
Будь-яка речовина, як система атомів, в зовнішньому магнітному полі намагнічується, тобто набуває магнітного моменту. Для кількісного опису цього явища  вводять вектор намагніченості ( ) – фізичну величину, що дорівнює магнітному моменту одиниці об’єму магнетика:
 . (4.50)
Встановлено, що вектор намагніченості пропорційний до вектора напруженості намагнічуючого поля:
 , (4.51)
де безрозмірний коефіцієнт пропорційності  називається магнітною сприйнятливістю речовини.
Таким чином, магнітне поле в речовині складається з зовнішнього (намагнічуючого) поля  , створеного макрострумами, і власного поля  , створеного мікрострумами. В діамагнітних речовинах власне поле напрямлене проти зовнішнього, а в парамагнітних – напрямки зовнішнього і власного полів співпадають. За принципом суперпозиції магнітна індукція поля в речовині   Безрозмірна величина   називається магнітною проникністю речовини. Тоді остаточно запишемо
  (4.52)
Тепер дамо елементарне пояснення природи діа- і парамагнетизму. У діамагнетиків сумарний магнітний момент атомів у відсутності зовнішнього поля дорівнює нулю. Досліди показують, що магнітного моменту не має атом гелію. Цей факт можна пояснити, припустивши, що два електрони атома гелію обертаються навколо ядра по орбітах рівних радіусів, з рівними за величиною
Фото Капча