Электромагнитная индукция. Закон Фарадея.

Правило Ленца. Примеры технического использования

Магнитное поле, создаваемое природными магнитами или электрическим таком,

пропускаемым через проводник, содержит в себе энергию. Плотность энергии

магнитного поля определяется выражением:

(61)

а вся энергия поля, в пространстве определится выражением:

(62)

где В — величина магнитной индукции, Тл; Н — напряженность магнитного

поля, А/м; m = 1,25 • 10-6 магнитная проницаемость вакуума.

Явление электромагнитной индукции состоит в том, что в проводящем

контуре, находящемся в переменном магнитном поле, возникает электродвижущаяся

сила индукции Еi. Если контур замкнут, то в нем возникает

электрический ток, называемый индукционным током.

Закон электромагнитной индукции Фарадея:

э.д.с. электромагнитной индукции Ei, в контуре численно равна

и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Фм

сквозь поверхность, ограниченную этим контуром:

(63)

или

(64)

где S — площадь контура, м2; В — магнитная индукция, Г.

Правило Ленца:

Индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемый им

магнитный поток сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшает те

изменения магнитного потока, которые вызвали появление постоянного тока.

Магнитный поток, охваченный контуром, может изменяться по ряду причин —

благодаря деформации или перемещению контура во внешнем магнитном поле, а

также вследствие изменения магнитного поля во времени. Практическое

применение первого случая — электромеханические генераторы; второго случая —

трансформаторы.

21. Взаимодействие вещества и полей.

Диэлектрики и пьезоэлектрики и их применение

Всякое вещество, помешенной в магнитное и электрическое поле испытывает

воздействие со стороны этого поля. Это воздействие для разных веществ

различно, соответственно различна и реакция веществ на поле.

Диэлектрики — это вещества, не проводящие электрического тока. Молекулы

диэлектрика эквивалентны электрическим диполям.

В отсутствие внешнего электрического поля электрические моменты диполей

диэлектрика, не являющегося сегнетоэлектриком, расположены хаотично, и их

результирующий момент равен нулю. Во внешнем же электрическом поле диэлектрики

поляризуются, т.е. переходят в состояние, когда дипольные моменты молекул

отличны от нуля. В таком состоянии диэлектрики называются поляризованными.

Различают:

— ориентационную поляризацию, которая состоит в повороте осей жестких

диполей молекул полярного диэлектрика вдоль направления электрического поля;

— электронную поляризацию диэлектрика с неполярными молекулами,

состоящую в возникновении у каждой молекулы индуцированного электрического

момента и осуществляющуюся в жидкостях и газах;

— ионную поляризацию в кристаллических диэлектриках, например, в Nа-Сl,

имеющих ионные кристаллические решетки, состоящую в смешении положительных

ионов решетки вдоль поля, а отрицательных — в противоположную сторону.

В результате образуются в противоположных направлениях как бы дополнительные

(поляризационные) заряды, создающие внутри диэлектрика дополнительное поле,

направленное против внешнего поля. Результирующее поле в диэлектрике будет

равно:

, (65)

где c0 — диэлектрическая восприимчивость вещества, а с —

относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

Диэлектрики широко используются в конденсаторах. Поскольку емкость

конденсатора равна

(66)

где S — площадь пластин, а d — расстояние между ними, то емкость

конденсатора будет тем больше, чем больше диэлектрическая проницаемость

диэлектрика, расположенного между пластинами.

Пьезоэлектриками называется группа кристаллических диэлектриков, у

которых в отсутствие внешнего электрического поля при механических деформациях

в определенных направлениях на гранях кристаллов возникают электрические заряды

противоположных знаков. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в

изменении линейных размеров под действием электрического поля.

Пьезоэлектрическим эффектом обладают кварц, турмалин и ряд других веществ.

Широко используются искусственные пьезоэлектрики на керамиках — титанат бария и

цирконат титанат свинца (ЦТС). Эффект широко используется в радиотехнике в

генераторах высоких частот высокой стабильности и точности, в которых кварцевые

или керамические пластины с металлизированными обкладками используются в

качестве стабилизаторов частоты. Прямой пьезоэффект используется в

пьезозажигалках, в звукоснимателях электропроигрывателей грампластинок, в

эхолокаторах и во взрывателях. Обратный пьезоэффект используется а излучателях

ультразвука или звуку. Ультразвук широко используется в медицине, в морской

технике и в промышленности.

22. Взаимодействие вещества и полей.

Ферромагнетики и ферриты, их применение

Всякое вещество, помещенной в магнитное и электрическое поле испытывает

воздействие со стороны этого поля. Это воздействие для разных веществ

различно, соответственно различна и реакция веществ на поле.

Магнитиками называются все среды, способные намагничиваться в

магнитном поле, т. е. сознавать собственное магнитное поле. По магнитным

свойствам магнетики разделяются на диамагнетики, парамагнетики и

ферромагнетики.

Для характеристики намагничивания вещества— вводится вектор интенсивности

намагничения, пропорциональный векторной сумме магнитных моментов молекул,

находящихся в единице объема:

I=cmH (67)

где , cm — магнитная восприимчивость вещества,

H — напряженность магнитного поля. У диамагнетиков cm

< 0, у парамагнетиков cm > 0. Внесение диамагнетиков в

магнитное поле ослабляет его, внесение парамагнетиков усиливает магнитное поле.

К диамагнетикам относятся инертные газы, некоторые металлы (цинк, золото,

ртуть), кремний, фосфор и многие органические соединения. К парамагнетикам —

газы (кислород, окись азота), платина, палладий, соли железа, кобальта и никеля

и сами эти металлы.

Ферромагнетизм заключается в способности вещества реже усиливать

магнитное поле, добавляя к внешнему полю поле своих молекул за счет их

ориентации по внешнему полю. К ферромагнетикам относятся железо, никель,

кобальт и некоторые сплавы.

Магнитная индукция В характеризует величину магнитного поля и связана с

напряженностью Н выражением:

(68)

где m0— магнитная проницаемость вакуума, m —

относительная магнитная проницаемость вещества.

В отличие от обычных парамагнетиков, незначительно усиливающих внешнее

магнитное поле, ферромагнетики изменяют его в сотни и тысячи раз, что

объясняется наличием у них молекулярных токов, которые, ориентируясь по нолю,

усиливают его многократно.

Ферромагнетики широко используются в катушках индуктивности для увеличения

значения индуктивности при малых габаритах, поскольку индуктивность

(69)

гае S — сечение сердечника, l — длина магнитной силовой линии.

Ферромагнетики широко используются в трансформаторах, электромагнитах и

обычных магнитах.

Ферриты — это порошкообразные ферромагнетики, спрессованные совместно с

диэлектрическим наполнителем в твердое состояние. Обладают пониженными потерями

на вихревые токи и используются поэтому в высокочастотных индуктивностях.

Явлением магнитострикции называется изменения формы и объема

ферромагнетика при его намагничивании. Используется в ультразвуковых

магнитострикционных вибраторах.

23. Электромагнитное излучение и его природа.

различных частотных диапазонов. Параметры вели

Источником электромагнитного излучения всегда является вещество. Но разные

уровни организации материи в веществе имеют различный механизм возбуждения

электромагнитных волн.

Так электромагнитные волны имеют своим источником токи, протекающие в

проводниках, электрические переменные напряжения на металлических

поверхностях (антеннах) и т. п. Инфракрасное излучение имеет своим источником

нагретые предметы и генерируются колебаниями молекул тел. Оптическое

излучение происходит в результате перехода электронов атомов с одних орбит

возбужденных) на другие (стационарные). Рентгеновские лучи имеют в своей

основе возбуждение электронных оболочек атомов внешними воздействиями,

например, бомбардировкой электронными лучками. Гамма-излучение имеет

источником возбужденные ядра атомов, возбуждение может быть природным, а

может явиться результатом наведенной радиоактивности.

Шкала электромагнитных волн:

от1011-103 мкм 103-0,74 мкм 0,74--0,4 мкм 0,4мкм- 0,004 мкм 0,01-5 ×10 -6 мкм 5×105-10-6 мкм и далее

- электромагнитные волны; - инфракрасное излучение (ИКИ); - видимый свет; - ультрафиолетовое излучение (УФИ); - рентгеновские лучи; - гамма-лучи.

Электромагнитные волны иначе называются радиоволнами. Радиоволны делятся

на поддиапазоны (см. таблицу).

Название поддиапазона	Длина волны, м	Частота колебаний, Гц.
Сверхдлинные волны	более 104	менее 3•104
Длинные волны	104-103	3×104-3×105
Средние волны	103-102	3×105-3×106
Короткие волны	102-10	3×106-3×107
Метровые волны	10-1	3×107-3×108
Дециметровые волны	1-10-1	3×108-3×109
Сантиметровые волны	10-1-10-2	3×109-3×1010
Миллиметровые волны	10-2-10-3	3×1010-3×1011
Субмиллиметровые волны	10-3-5×10-5	3×1011-3×1012

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10