Энергия магнитного поля внутри проводника

Энергия магнитного поля внутри проводника

Согласно закону сохранения энергии энергия магнитного поля, созданного током, равна той энергии, которую должен затратить источник тока (гальванический элемент, генератор на электростанции и др.) на создание тока. При размыкании цепи эта энергия переходит в другие виды энергии. То, что для создания тока необходимо затратить энергию, т. е. необходимо совершить работу, объясняется тем, что при замыкании цепи, когда ток начинает нарастать, в проводнике появляется вихревое электрическое поле, действующее против того электрического поля, которое создается в проводнике благодаря источнику тока. Для того чтобы сила тока стала равной /, источник тока должен совершить работу против сил вихревого поля. Эта работа идет на увеличение энергии магнитного поля тока. При размыкании цепи ток исчезает, и вихревое поле совершает положительную работу. Запасенная током энергия выделяется. Это обнаруживается, например, по мощной искре, возникающей при размыкании цепи с большой индуктивностью. Энергия магнитного поля, созданного током, проходящим по участку цепи с индуктивностью L, определяется по формуле

Энергия магнитного поля выражена здесь через характеристику проводника L и силу тока в нем /. Но эту же энергию можно выразить и через характеристики поля. Вычисления показывают, что плотность энергии магнитного поля (т. е. энергия единицы объема) пропорциональна квадрату магнитной индукции: , подобно тому как плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности электрического поля .
Магнитное поле, созданное электрическим током, обладает энергией, прямо пропорциональной квадрату силы тока.

Объемная плотность энергииЭто физическая величина, численно равная отношению потенциальной энергии поля, заключенной в элементе объема, к этому объему. Для однородного поля объемная плотность энергии равна . Для плоского конденсатора, объем которого Sd, где S — площадь пластин, d — расстояние между пластинами, имеем

С учетом, что и

Читайте также:

  1. IV. Магическая сила правильной постановки вопросов
  2. IV. Разделительный вопрос (Distinctive Question)
  3. Quot;Крестьянский вопрос" в первой половине XIX века.
  4. А) Координаты, импульс и энергия могут быть заданы лишь приблизительно
  5. А. Конец династии Рюриковичей и вопрос о престолонаследии
  6. Анализ неоднородности магнитного поля над дефектом
  7. Аномалии магнитного поля Земли.
  8. Б. Внутренняя политика Александра I. Вопрос о конституции. Усиление политической реакции
  9. Б. Порядок слов в утвердительном, вопросительном и отрицательном предложениях
  10. Балканский вопрос в 20-х гг.
(16.4)

Вопрос №15 « Магнитное поле в веществе. Магнитные моменты электронов в атомах ве-ва. Вектор напряженности магнитного поля и вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость. Относительно магнитная проницаемость. Намагничивание диамагнетиков и парамагнетиков.

При изучении магнитного поля в веществе различают два типа токов – макротоки и микротоки.Макротокаминазываются токи проводимости и конвекционные токи, связанные с движением заряженных макроскопических т ел. Микротоками (молекулярными токами) называют токи, обусловленные движением электронов в атомах, молекулах и ионах. Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками и внутреннего, или собственного, магнитного поля, создаваемого микротоками. Характеризует магнитное поле в веществе вектор , равный геометрической сумме и магнитных полей:

,

Количественной характеристикой намагниченного состояния вещества служит векторная величина – намагниченность , равная отношению магнитного момента малого объема вещества к величине этого объема:

,

где – магнитный момент i-го атома из числа n атомов, в объеме ΔV.

Для того чтобы связать вектор намагниченности среды с током , рассмотрим равномерно намагниченный параллельно оси цилиндрический стержень длиной h и поперечным сечением S. Равномерная намагниченность означает, что плотность атомных

циркулирующих токов внутри материала повсюду постоянна.

К парамагнетикам относятся вещества, атомы которых имеют отличные от нуля магнитные моменты. В отсутствие внешнего поля магнитные моменты атомов ориентированы беспорядочно вследствие хаотического теплового движения, и поэтому результирующая намагниченность парамагнетика равна нулю. При появлении внешнего поля магнитные моменты атомов ориентируются преимущественно по полю, поэтому появляется результирующая намагниченность, направление которой совпадает с направлением поля. Следует отметить, что сами атомы в магнитном поле намагничиваются как и у диамагнетиков, но этот эффект всегда слабее эффекта, связанного с ориентацией моментов.

Читайте также:  Если задать ширину таблицы атрибутом

К диамагнетикам относятся вещества, атомы или молекулы которых в отсутствие поля не имеют магнитного момента. Они устроены так, что орбитальные и спиновые моменты входящих в атомы электронов в точности компенсируют друг друга. Примером диамагнетиков являются инертные газы, атомы которых имеют только замкнутые электронные оболочки. При появлении внешнего магнитного поля атомы диамагнетиков намагничиваются в результате явления электромагнитной индукции, и у них появляется магнитный момент, направленный, согласно правила Ленца, против поля.

Вопрос № Намагничивание ферромагнетиков. Явление магнитного гистерезиса. Точка Кюри. Применение ферромагнетиков.

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомовили ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированныхэлектронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

Среди химических элементов ферромагнитными свойствами обладают переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er . Js0 — величина намагниченности единицы объёма при абсолютном нуле температуры, называемая спонтанной намагниченностью. Tc — критическая температура, выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком, называемая точкой Кюри.

Для 3d-металлов и Gd характерна коллинеарная ферромагнитная атомная структура, а для остальных редкоземельных ферромагнетиков — неколлинеарная

МАГНИТНЫЙ ГИСТЕРЕЗИС
Явление запаздывания изменения магнитной индукции в ферромагнетике относительно изменения напряженности внешнего магнитного поля, приводящее к неоднозначной зависимости В от Н, называют магнитным гистерезисом.
Вследствие гистерезиса при убывании Н до нуля образец полностью не размагничивается. Значение Вос называют остаточной индукцией.
Чтобы полностью размагнитить образец, изменяют направление внешнего магнитного поля на противоположное. Тогда при определенной напряженности (точка — Нк) индукция В становится равной нулю.
Значение напряженности Нк внешнего магнитного поля, которое необходимо приложить к образцу для полного его размагничивания, называют коэрцитивной силой.
При дальнейшем увеличении Н образец вновь начинает намагничиваться (в противоположном направлении) до насыщения (точка С2).
При уменьшении внешнего магнитного поля до нуля опять обнаруживается существование в образце остаточной индукции (точка — Вос), а при последующем изменении направления внешнего поля на противоположное и увеличении его напряженности можно вновь полностью размагнитить образец (точка Нк). Применение ферромагнетиков в технике: роторы генераторов и электродвигателей; сердечники трансформаторов, электромагнитных реле; в электронно-вычислитель­ных машинах (ЭВМ), телефонах, магнитофонах, на магнитных лентах. На практике их применяют для катушек индуктивности, трансформаторов высокой частоты. Феррит обладает очень хорошей электромагнитной проводимостью, лучше, чем трансформаторная сталь! На подобных катушках с ферритом можно построить генераторы, и возбудители электромагнитных волн.

Вопрос №17 Энергетические и световые фотометрические величины и их единицы измерения.

Энергети́ческая фотометри́ческая величина́ — фотометрическая величина, количественно выражаемая в единицах энергии или мощности и производных от них. Энергетические фотометрические величины обозначаются индексом «e», например, Xe.

Дата добавления: 2015-01-29 ; просмотров: 42 ; Нарушение авторских прав

Читайте также:  Ноут не грузится с флешки

Индукти́вность— коэффициент пропорциональности междумагнитным потоком(создаваемымтокомкакого-либо витка при отсутствиинамагничивающих сред, например, в воздухе) ивеличинойэтого тока [1][2] [3] .

Если в проводящем контуре течёт ток, то ток создаёт магнитное поле [3] . Величинамагнитного потока, пронизывающего одновитковый контур, связана с величиной тока следующим образом [3] :

где L— индуктивность витка. В случаекатушки, состоящей из N витков предыдущее выражение модифицируется к виду:

где — сумма магнитных потоков через все витки, аL— уже индуктивность многовитковой катушки. Ψ называютпотокосцеплениемили полным магнитным потоком [4] . Коэффициент пропорциональностиLиначе называетсякоэффициентом самоиндукцииконтура или просто индуктивностью [3] .

Если поток, пронизывающий каждый из витков одинаков, то Ψ = NΦ. Соответственно,LN=L1N 2 (суммарный магнитный поток увеличивается в N раз и потокосцепление еще в N раз). Но в реальных катушках магнитные поля в центре и на краях отличаются, поэтому используются более сложные формулы.

В системе единиц СИиндуктивность измеряется вгенри [5] , сокращенно Гн, в системеСГС— в сантиметрах (1 Гн = 10 9 см) [3] . Контур обладает индуктивностью в один генри, если при изменении тока на одинамперв секунду на выводах контура будет возникать напряжение в одинвольт. Реальный, не сверхпроводящий, контур обладает омическим сопротивлением R, поэтому на нём будет дополнительно возникать напряжение U=I*R, где I —сила тока, протекающего по контуру в данное мгновение времени.

Символ L, используемый для обозначения индуктивности, был взят в честьЛенца Эмилия Христиановича(Heinrich Friedrich Emil Lenz) [ источник не указан 447 дней ] . Единица измерения индуктивности названа в честьДжозефа Генри(Joseph Henry) [6] . Сам термин индуктивность был предложенОливером Хевисайдом(Oliver Heaviside) в феврале1886 года [ источник не указан 447 дней ] .

Через индуктивность выражается ЭДС самоиндукциив контуре, возникающая при изменении в нём тока [3] :

.

При заданной силе тока индуктивность определяет энергиюмагнитного поля тока [3] :

.

Практически участки цепи со значительной индуктивностью выполняют в виде катушек индуктивности [3] .

38. Энергия магнитного поля проводника с током

Магни́тное по́ле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозон-фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля) [1] . В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл), в системе СГС в гауссах.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Можно также рассматривать магнитное поле, как релятивистскую составляющую электрического поля. Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей испециальной теории относительности. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются свет и прочие электромагнитные волны.

Энергия магнитного поля

Приращение плотности энергии магнитного поля равно:

напряжённость магнитного поля,

магнитная индукция

μii— диагональные компоненты этого тензора,

В изотропном линейном магнетике:

μ — относительная магнитная проницаемость

В вакууме μ = 1 и:

Энергию магнитного поля в катушке индуктивности можно найти по формуле:

Φ — магнитный поток,

Lиндуктивностькатушки или витка с током.

Читайте также:  Лучшие программы для контроля за детьми

Индукти́вность— коэффициент пропорциональности междумагнитным потоком(создаваемымтокомкакого-либо витка при отсутствиинамагничивающих сред, например, в воздухе) ивеличинойэтого тока [1][2] [3] .

Если в проводящем контуре течёт ток, то ток создаёт магнитное поле [3] . Величинамагнитного потока, пронизывающего одновитковый контур, связана с величиной тока следующим образом [3] :

где L— индуктивность витка. В случаекатушки, состоящей из N витков предыдущее выражение модифицируется к виду:

где — сумма магнитных потоков через все витки, аL— уже индуктивность многовитковой катушки. Ψ называютпотокосцеплениемили полным магнитным потоком [4] . Коэффициент пропорциональностиLиначе называетсякоэффициентом самоиндукцииконтура или просто индуктивностью [3] .

Если поток, пронизывающий каждый из витков одинаков, то Ψ = NΦ. Соответственно,LN=L1N 2 (суммарный магнитный поток увеличивается в N раз и потокосцепление еще в N раз). Но в реальных катушках магнитные поля в центре и на краях отличаются, поэтому используются более сложные формулы.

В системе единиц СИиндуктивность измеряется вгенри [5] , сокращенно Гн, в системеСГС— в сантиметрах (1 Гн = 10 9 см) [3] . Контур обладает индуктивностью в один генри, если при изменении тока на одинамперв секунду на выводах контура будет возникать напряжение в одинвольт. Реальный, не сверхпроводящий, контур обладает омическим сопротивлением R, поэтому на нём будет дополнительно возникать напряжение U=I*R, где I —сила тока, протекающего по контуру в данное мгновение времени.

Символ L, используемый для обозначения индуктивности, был взят в честьЛенца Эмилия Христиановича(Heinrich Friedrich Emil Lenz) [ источник не указан 447 дней ] . Единица измерения индуктивности названа в честьДжозефа Генри(Joseph Henry) [6] . Сам термин индуктивность был предложенОливером Хевисайдом(Oliver Heaviside) в феврале1886 года [ источник не указан 447 дней ] .

Через индуктивность выражается ЭДС самоиндукциив контуре, возникающая при изменении в нём тока [3] :

.

При заданной силе тока индуктивность определяет энергиюмагнитного поля тока [3] :

.

Практически участки цепи со значительной индуктивностью выполняют в виде катушек индуктивности [3] .

38. Энергия магнитного поля проводника с током

Магни́тное по́ле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозон-фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля) [1] . В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл), в системе СГС в гауссах.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Можно также рассматривать магнитное поле, как релятивистскую составляющую электрического поля. Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей испециальной теории относительности. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются свет и прочие электромагнитные волны.

Энергия магнитного поля

Приращение плотности энергии магнитного поля равно:

напряжённость магнитного поля,

магнитная индукция

μii— диагональные компоненты этого тензора,

В изотропном линейном магнетике:

μ — относительная магнитная проницаемость

В вакууме μ = 1 и:

Энергию магнитного поля в катушке индуктивности можно найти по формуле:

Φ — магнитный поток,

Lиндуктивностькатушки или витка с током.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector