Электрический ток и магнитное поле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации (Минобрнауки РФ)

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Государственный Университет Управления»

Институт отраслевого менеджмента

Кафедра управления инновациями

Реферат

По дисциплине: «Электромагнетизм»

На тему: «Электрический ток и магнитное поле»

Выполнила студентка 2 курса 1 группы

Прусакова Ю.А.

Руководитель работы: Смирнова Н.В.

Москва 2015



План

Введение

1. Электрический ток и магнитное поле

2. Применение электрического тока и магнитного поля в технике и технологиях

2.1 Сепараторы с постоянным магнитным полем

2.2 Устройства для омагничивания воды

2.3 Особенности магнитной обработки воды

3. Напряженность магнитного поля

3.1 Закон полного тока

3.2 Энергия магнитного поля

Заключение

Список литературы



Введение

Электромагнитное поле, особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Электромагнитное поле в вакууме характеризуется вектором напряжённости электрического поля Е и магнитной индукцией В, которые определяют силы, действующие со стороны поля на неподвижные и движущиеся заряженные частицы. Наряду с векторами Е и В, измеряемыми непосредственно, электромагнитное поле может характеризоваться скалярным и векторным потенциалами, которые определяются неоднозначно, с точностью до градиентного преобразования.

В среде электромагнитное поле характеризуется дополнительно двумя вспомогательными величинами: напряжённостью магнитного поля и электрической индукцией.

Мы привыкли к магниту и относимся к нему чуточку снисходительно как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в электробритвах, динамиках, магнитофонах, в часах, в банках с гвоздями, наконец. Сами мы - тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг нас причудливый узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живём, - гигантский голубой магнит. Солнце - жёлтый плазменный шар - магнит ещё более грандиозный. Галактик и туманности, едва различимые телескопами, - непостижимые по размерам магниты. Термоядерный синтез, магнитодинамическое генерирование электроэнергии, ускорение заряженных частиц в синхротронах, подъём затонувших судов - всё это области, где требуются грандиозные, невиданные раньше по размерам магниты. Проблема создания сильных, сверхсильных, ультрасильных и ещё более сильных магнитных полей стала одной из основных в современной физике и технике.

1. Электрический ток и магнитное поле

Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. Различают два вида электрических токов - токи проводимости и токи смещения.

Током проводимости называют упорядоченное движение в веществе или вакууме свободных заряженных частиц - электронов проводимости (в металлах), положительных и отрицательных ионов (в электролитах), электронов и положительных ионов (в газах), электронов проводимости и дырок (в полупроводниках), пучков электронов (в вакууме). Этот ток обусловлен тем, что в проводнике под действием приложенного электрического поля напряженностью происходит перемещение свободных электрических зарядов.

Ток смещения - это ток, который обусловлен смещением электрических зарядов на границе «проводник - диэлектрик» (например, ток через конденсатор). Ток смещения связан с изменением во времени электрического поля на границе проводник - диэлектрик и имеет особенности: · Амплитуда тока смещения и его направления совпадают по фазе с таковыми тока проводимости. · По значению он всегда равен току проводимости.

Для возникновения и поддержания электрического тока проводимости необходимы следующие условия:

1) наличие свободных носителей тока (свободных зарядов);

2) наличие электрического поля, создающего упорядоченное движение свободных зарядов;

3) на свободные заряды, помимо кулоновских сил, должны действовать сторонние силы неэлектрической природы; эти силы создаются различными источниками тока (гальваническими элементами, аккумуляторами, электрическими генераторами и др.);

4) цепь электрического тока должна быть замкнутой.

За направление электрического тока условно принимают направление движения положительных зарядов, образующих этот ток.

Количественной мерой электрического тока является сила тока I - скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение S проводника в единицу времени:

Ток, сила и направление которого не изменяются с течением времени, называется постоянным. Для постоянного тока:

Электрический ток, изменяющийся с течением времени, называется переменным. Примером такого тока является синусоидальный электрический ток, применяемый в электротехнике и электроэнергетике.

Единица силы тока - ампер (А). В СИ определение единицы силы тока формулируется следующим образом: 1 А - это сила такого постоянного тока, который при протекании по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, создает между этими проводниками силу, равную на каждый метр длины.

Для характеристики направления электрического тока проводимости в разных точках поверхности проводника и распределения силы тока по этой поверхности вводится плотность тока.

Плотностью тока называют векторную физическую величину, совпадающую с направлением тока в рассматриваемой точке и численно равную отношению силы тока dI, проходящего через элементарную поверхность, перпендикулярной направлению тока, к площади этой поверхности:

j=.

Единица плотности тока - ампер на квадратный метр (А/м2).

Под действием сторонних сил носители тока движутся внутри источника электрической энергии против сил электростатического поля (против кулоновских сил, вызывающих соединение разноименных зарядов, а, следовательно, выравнивание потенциалов и исчезновение тока), так что на концах внешней цепи поддерживается постоянная разность потенциалов и в цепи протекает постоянный электрический ток.

Магнитное поле. Если два параллельно расположенных проводника подсоединить к источнику тока так, чтобы по ним прошел электрический ток, то в зависимости от направления тока в них проводники либо отталкиваются, либо притягиваются.

Объяснение этого явления возможно с позиции возникновения вокруг проводников особого вида материи - магнитного поля.

Силы, с которыми взаимодействуют проводники с током, называются магнитными.

Магнитное поле - это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

История магнетизма уходит корнями в глубокую древность, к античным цивилизациям Малой Азии. Именно на территории Малой Азии, в Магнезии, находили горную породу, образцы которой притягивались друг к другу. По названию местности такие образцы и стали называть "магнетиками". Любой магнит в форме стержня или подковы имеет два торца, которые называются полюсами; именно в этом месте сильнее всего и проявляются его магнитные свойства. Если подвесить магнит на нитке, один полюс всегда будет указывать на север. На этом принципе основан компас. Обращенный на север полюс свободно висящего магнита называется северным полюсом магнита (N). Противоположный полюс называется южным полюсом (S).

Магнитные полюсы взаимодействуют друг с другом: одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Аналогично концепции электрического поля, окружающего электрический заряд, вводят представление о магнитном поле вокруг магнита.

В 1820 г. Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле. Если взять рамку с током, то внешнее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и оказывает на нее ориентирующее действие, т. е. существует такое положение рамки, при котором внешнее магнитное поле оказывает на нее максимальное вращающее действие, и существует положение, когда вращающий момент сил равен нулю.

Магнитное поле в любой точке можно охарактеризовать вектором В, который называется вектором магнитной индукции или магнитной индукцией в точке.

Магнитная индукция В - это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. Она равна отношению максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на ее площадь:

За направление вектора магнитной индукции В принимается направление положительной нормали к рамке, которое связано с током в рамке правилом правого винта, при механическом моменте, равном нулю.

Точно так же, как изображали линии напряженности электрического поля, изображают линии индукции магнитного поля. Линия индукции магнитного поля - воображаемая линия, касательная к которой совпадает с направлением В в точке.

Направления магнитного поля в данной точке можно определить еще как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенный в эту точку. Считают, что линии индукции магнитного поля направлены от северного полюса к южному.

Направление линий магнитной индукции магнитного поля, созданного электрическим током, который течет по прямолинейному проводнику, определяется правилом буравчика или правого винта. За направление линий магнитной индукции принимается направление вращения головки винта, которое обеспечивало бы поступательное его движение по направлению электрического тока.

В отличие от линий напряженности электростатического поля, которые начинаются на положительном заряде и оканчиваются на отрицательном, линии индукции магнитного поля всегда замкнуты. Магнитного заряда аналогично электрическому заряду не обнаружено.

Индукцию магнитного поля можно определить и по силе, действующей на проводник с током в магнитном поле:

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера, величина которой определяется следующим выражением:



где I - сила тока в проводнике, l -длина проводника, В - модуль вектора магнитной индукции, а - угол между вектором и направлением тока.

Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца располагаем по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец показывает направление силы Ампера.

Cила, действующая со стороны магнитного поля на отдельную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле:

Эту силу называют силой Лоренца (1853-1928). Направление силы Лоренца можно определить по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца показывали направление движения положительного заряда, большой отогнутый палец покажет направление силы Лоренца.

Магнитные свойства вещества характеризует скалярная физическая величина - магнитная проницаемость, показывающая во сколько раз индукция В магнитного поля в веществе, полностью заполняющем поле, отличается по модулю от индукции В0 магнитного поля в вакууме:

По своим магнитным свойствам все вещества делятся на диамагнитные, парамагнитные и ферримагнитные.

Электроны в оболочке атомов вещества движутся по различным орбитам. Для упрощения считаем эти орбиты круговыми, и каждый электрон, обращающийся вокруг атомного ядра, можно рассматривать как круговой электрический ток. Каждый электрон, как круговой ток, создает магнитное поле, которое назовем орбитальным. Кроме того, у электрона в атоме есть собственное магнитное поле, называемое спиновым.

Если при внесении во внешнее магнитное поле с индукцией В0 внутри вещества создается индукция В < В0, то такие вещества называются диамагнитными (n < 1).

В диамагнитных материалах при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные поля электронов скомпенсированы, и при внесении их в магнитное поле индукция магнитного поля атома становится направленной против внешнего поля. Диамагнетик выталкивается из внешнего магнитного поля.

У парамагнитных материалов магнитная индукция электронов в атомах полностью не скомпенсирована, и атом в целом оказывается подобен маленькому постоянному магниту. Обычно в веществе все эти маленькие магниты ориентированы произвольно, и суммарная магнитная индукция всех их полей равна нулю. Если поместить парамагнетик во внешнее магнитное поле, то все маленькие магниты - атомы повернутся во внешнем магнитном поле подобно стрелкам компаса и магнитное поле в веществе усиливается (n >= 1).

Ферримагнитными называются такие материалы, в которых n " 1. В ферримагнитных материалах создаются так называемые домены, макроскопические области самопроизвольного намагничивания.

В разных доменах индукции магнитных полей имеют различные направления и в большом кристалле взаимно компенсируют друг друга. При внесении ферримагнитного образца во внешнее магнитное поле происходит смещение границ отдельных доменов так, что объем доменов, ориентированных по внешнему полю, увеличивается.

С увеличением индукции внешнего поля В0 возрастает магнитная индукция намагниченного вещества. При некоторых значениях В0 индукция прекращает резкий рост. Это явление называется магнитным насыщением.

Характерная особенность ферримагнитных материалов - явление гистерезиса, которое заключается в неоднозначной зависимости индукции в материале от индукции внешнего магнитного поля при его изменении.

Для каждого ферримагнетика существует такая температура (точка Кюри (Ж. Кюри, 1859-1906), выше которой ферромагнетик утрачивает свои ферримагнитные свойства.

Существует два способа приведения намагниченного ферромагнетика в размагниченное состояние: а) нагреть выше точки Кюри и охладить; б) намагничивать материал переменным магнитным полем с медленно убывающей амплитудой.

Ферромагнетики, обладающие малой остаточной индукцией и коэрцитивной силой, называются магнитомягкими. Они находят применение в устройствах, где ферромагнетику приходится часто перемагничиваться (сердечники трансформаторов, генераторов и др.).

Магнитожесткие ферромагнетики, обладающие большой коэрцитивной силой, применяются для изготовления постоянных магнитов.



2. Применение электрического тока и магнитного поля в технике и технологиях

Применение электрического тока в процессе нанесения гальванических покрытий создает опасность поражения электрическим током. Согласно Правилам устройства электроустановок помещения гальванических участков и цехов относятся к особо опасным помещениям, поэтому в гальванических цехах обычно используют постоянный ток напряжением до 12 В, но в отдельных случаях, например при оксидировании алюминия, необходим ток напряжением до 120 В.

Применение электрического тока при диализе ускоряет процесс и создает ряд других преимуществ.

Применение электрического тока для нагрева или охлаждения как путем непосредственного пропускания тока, так и с помощью вспомогательных устройств удобно тем, что тепловой поток может легко регулироваться, а сам процесс нагрева или охлаждения может быть автоматизирован.

Однако применение электрического тока для нагрева пока относительно дорого. Это связано с многоступенчатостью преобразования химической энергии топлива в электроэнергию. Строительство мощных электростанций открывает большие возможности для удешевления этого способа нагрева.

Технология применения электрического тока для увеличения Нефтеотдачи пластов пока не разработана.

Идея применения электрического тока для ускорения процесса удаления электролитов из различных растворов была осуществлена впервые в практике.

Идея применения электрического тока для ускорения процесса удаления электролитов из различных растворов была осуществлена впервые в практике.

При осаждении без применения электрического тока одновременное восстановление и окисление осаждаемого металла используется для образования свободных атомов и молекул металлов. Поскольку для этого метода не требуется электрическая проводимость во время осаждения, он может использоваться с подложками изолирующего типа. Никель, медь и золото - это металлы, которые наиболее часто осаждаются таким способом.

Химическое никелирование осуществляется без применения электрического тока, что упрощает и удешевляет процесс. Другое преимущество этого способа - возможность никелировать изделия самого сложного профиля; при этом покрытия, даже толстые, получаются блестящими и равномерными. Сущность данного метода заключается в нанесении покрытия путем восстановления никелевых солей с помощью гипофосфита.

Химическое полирование не требует применения электрического тока, что упрощает использование его в производстве.

Порядок проведения работ с применением электрического тока строго регламентирован соответствующими инструкциями по технике безопасности. К работам может быть допущен только подготовленный персонал. Все работы ведутся под обязательным наблюдением ответственных лиц, хорошо знающих особенности производства.

При проведении опытов с применением электрического тока почти всегда приходится пользоваться реостатами во избежание возможности короткого замыкания и порчи приборов. Реостат служит для введения дополнительного сопротивления в цепь и понижения этим самым величины силы тока.

Следует подчеркнуть, что многообразие применения электрического тока обусловливает сложность правил безопасности, требует знания и понимания законов электротехники. Статистика показывает, что на долю рабочих не электротехнических специальностей приходится свыше 50 % электротравм, хотя они имеют дело с электрооборудованием во много раз реже, чем электромонтеры. Это объясняется тем, что лица, связанные с эксплуатацией электроустройств, проходят специальное обучение. По окончании обучения им присваивается определенная квалификация. Во многих случаях они действуют только при наличии нарядов или конкретных поручений, обеспечивающих безопасность как самих исполнителей, так и других работающих. Поэтому все работники предприятия, не имеющие квалификации или наряда на выполнение работ, не должны производить какие-либо, даже незначительные, электротехнические работы - это дело только специально обученных электромонтеров. И все же есть некоторые общие правила электробезопасности, знать которые необходимо каждому рабочему. магнитный электрический сепаратор синхротрон

Порядок проведения всех работ с применением электрического тока строго регламентирован соответствующими инструкциями по технике безопасности. Работы должен проводить подготовленный персонал под наблюдением ответственных лиц, хорошо знающих особенности производства.

В технологических целях магнитные поля применяют в основном для:

* воздействия на металлические и заряженные частицы,

* омагничивания воды и водных растворов,

* воздействия на биологические объекты.

В первом случае магнитное поле применяют в сепараторах в целях очистки различных пищевых сред от металлических ферримагнитных примесей и в устройствах для разделения заряженных частиц.

Во втором -- в целях изменения физико-химических свойств воды.

В третьем -- для управления процессами биологической природы.

В магнитных сепараторах с помощью магнитных систем выделяют из сыпучей массы ферримагнитные примеси (стальные, чугунные и т. п.). Различают сепараторы с постоянными магнитами и электромагнитами. Для расчета подъемной силы магнитов используют приближенную формулу, известную из общего курса электротехники.

где Fм -- подъемная сила, Н; S -- поперечное сечение постоянного магнита или магнитопровода электромагнита, м2; В -- магнитная индукция, Т.

По требуемой величине подъемной силы определяют необходимую величину магнитной индукции, при использовании электромагнита намагничивающую силу (Iw):

где I -- ток электромагнита, A; w -- число витков катушки электромагнита; Rм -- магнитное сопротивление, равное

где lк -- длина отдельных участков магнитопровода с постоянным сечением и материалом, м; мк -- магнитная проницаемость соответствующих участков, Гн/м; Sк -- поперечное сечение соответствующих участков, м2; S -- сечение магнитопровода, м2; В -- индукция, Т.

Магнитное сопротивление постоянно только для немагнитных участков цепи. Для магнитных участков величина RM находится с помощью кривых намагничивания, так как здесь м величина переменная.



2.1 Сепараторы с постоянным магнитным полем

Наиболее просты в устройстве и экономичны сепараторы с постоянными магнитами, так как они не требуют дополнительной энергии для питания обмоток. Их используют, например, на хлебозаводах для очистки муки от ферропримесей. Суммарная подъемная сила магнитол в этих сепараторах, как правило, должна быть не менее 120 Н. В магнитном поле мука должна передвигаться тонким слоем, толщиной порядка 6--8 мм, со скоростью не более 0,5 м/с.

Сепараторы с постоянными магнитами имеют и существенные недостатки: подъемная сила их невелика и ослабевает со временем из-за «старения» магнитов. Сепараторы с электромагнитами не имеют этих недостатков, так как электромагниты, устанавливаемые в них, питаются постоянным током. Подъемная сила их значительно выше и может регулироваться током обмоток.

Магнитные поля можно использовать для разделения заряженных частиц в дисперсных системах. В основе этого разделения лежат силы Лоренца

где Fл -- сила, воздействующая на заряженную частицу, Н, k коэффициент пропорциональности, q -- заряд частицы, Кл, v -- скорость частицы, м/с, Н -- напряженность магнитного поля, А/м, а -- угол между векторами поля и скорости.

Положительно и отрицательно заряженные частицы, ионы под действием сил Лоренца отклоняются в противоположные стороны, кроме этого частицы с разными скоростями также сортируются в магнитном поле в соответствии с величинами их скоростей.



2.2 Устройства для омагничивания воды

Многочисленные исследования, проведенные в последние годы, показали возможность эффективного применения магнитной обработки водных систем -- технической и природной вод, растворов и суспензий.

При магнитной обработке водных систем происходит:

* ускорение коагуляции -- слипание взвешенных в воде твердых частиц,

* образование и усиление адсорбции,

* образование кристаллов солей при выпаривании не на стенках сосуда, а в объеме,

* ускорение растворения твердых тел,

* изменение смачиваемости твердых поверхностей,

* изменение концентрации растворенных газов.

Так как вода является активным участником всех биологических и подавляющего большинства технологических процессов, изменение ее свойств под действием магнитного поля с успехом используют в пищевой технологии, в медицине, химии, биохимии, а также в сельском хозяйстве.

С помощью локальной концентрации веществ в жидкости можно добиться:

* опреснения и улучшения качества природной и технологических вод,

* очистки жидкостей от взвешенных примесей,

* управления активностью питательных физиологических и фармакологических растворов,

* управления процессами селективного роста микроорганизмов (ускорение или угнетение скоростей роста и деления бактерий, дрожжей),

* управления процессами бактериального выщелачивания сточных вод,

* магнитной анастезиологии.

Управление свойствами коллоидных систем, процессов растворения и кристаллизации служит для:

* повышения эффективности процессов сгущения и фильтрации,

* уменьшения отложений солей, накипи и других инкрустаций,

* улучшение роста растений, повышение их урожайности, всхожести.

2.3 Особенности магнитной обработки воды

1. Магнитная обработка требует обязательного протекания воды с некоторой скоростью сквозь одно или несколько магнитных полей.

2. Эффект омагничивания не сохраняется вечно, а исчезает через некоторое время после окончания действия магнитного поля, измеряемое часами или сутками.

3. Эффект обработки зависит от индукции магнитного поля и ее градиента, скорости потока, состава водной системы и времени ее нахождения в поле. Отмечено, что между эффектом обработки и величиной напряженности магнитного поля прямой пропорциональности нет. Важную роль играет градиент магнитного поля. Это понятно, если учесть, что сила F, действующая на вещество со стороны неоднородного магнитного поля, определяется выражением

где x - магнитная восприимчивость единицы объема вещества; Н -- напряженность магнитного поля, А/м; dH/dx - градиент напряженности

Как правило, значения индукции магнитного поля лежат в пределах 0,2--1,0 Тл, а градиента -- 50,00--200,00 Тл/м.

Наилучшие результаты магнитной обработки достигаются при скорости течения воды в поле, равной 1--3 м/с.

О влиянии природы и концентрации веществ, растворенных в воде, известно пока мало.

Установлено, что эффект омагничивания зависит от типа и количества солевых примесей в воде.

Большое распространение получили аппараты, оснащенные электромагнитами. Аппарат такого типа состоит из нескольких электромагнитов с катушками, вставленных в диамагнитный чехол. Все это располагается в железной трубе. В зазоре между трубой и корпусом, защищенным диамагнитным чехлом, протекает вода. Напряженность магнитного поля в этом зазоре 45 000--160 000 А/м. В других вариантах аппаратов этого типа электромагниты надеваются на трубу снаружи.

Во всех рассмотренных аппаратах вода проходит через сравнительно узкие зазоры, поэтому предварительно ее очищают от твердых взвесей. Аппарат трансформаторного типа состоит из ярма с электромагнитными катушками, между полюсами которых проложена труба из диамагнитного материала. В аппарате осуществляется обработка воды или пульпы переменным или пульсирующим током разной частоты.

Здесь описаны только наиболее характерные конструкции аппаратов, которые с успехом применяются в различных сферах производства.

Магнитные поля оказывают влияние также на развитие жизнедеятельности микроорганизмов. Магнитобиология -- развивающаяся область науки, находит все большее практическое применение, в том числе и в биотехнологических процессах пищевых производств. Выявлено влияние постоянных, переменных и пульсирующих магнитных полей на размножение, морфолого-культуральные свойства, метаболизм, ферментативную активность и другие стороны жизнедеятельности микроорганизмов.

Воздействие на микроорганизмы магнитных полей независимо от их физических параметров приводит к фенотипической изменчивости морфолого-культуральных и биохимических свойств. У некоторых видов в результате обработки может изменяться химический состав, антигенная структура, вирулентность, резистентность к антибиотикам, фагам, УФ-облучению. Иногда магнитные поля вызывают прямые мутации, но чаще всего они влияют на экстрахромосомные генетические структуры.

Общепризнанной теории, объясняющей механизм магнитного поля на клетку, пока не существует. Вероятно, в основе биологического действия магнитных полей на микроорганизмы лежит общий механизм опосредственного влияния через экологический фактор.



3. Напряженность магнитного поля

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток, магнитная проницаемость и напряженность магнитного поля.

Магнитная индукция и магнитный поток. Интенсивность магнитного поля, т. е. способность его производить работу, определяется величиной, называемой магнитной индукцией. Чем сильнее магнитное поле, созданное постоянным магнитом или электромагнитом, тем большую индукцию оно имеет. Магнитную индукцию можно характеризовать плотностью силовых магнитных линий, т. е. числом силовых линий, проходящих через площадь 1 м2 или 1 см2, расположенную перпендикулярно магнитному полю. Различают однородные и неоднородные магнитные поля. В однородном магнитном поле магнитная индукция в каждой точке поля имеет одинаковое значение и направление. Однородным может считаться поле в воздушном зазоре между разноименными полюсами магнита или электромагнита при некотором удалении от его краев.

Напряженность магнитного поля представляет собой одну из векторных величин, изучаемых в физике, которая складывается из разности вектора электромагнитной индукции, а также вектора намагниченности. Так как магнитная напряженность есть величина векторная, то ее единицей измерений в общепринятой и самой распространенной системе СИ принято считать ампер на метр. Чтобы получить напряженность электромагнитного поля величиной в 1 а/м, необходимо, чтобы в прямолинейном протяженном проводе с максимально малым диаметром сечения протекал электрический ток силой 2р ампера. В этом случае во всех пунктах образованного этим током магнитного поля на расстоянии 1 метр напряженность электромагнитного поля и будет равна 1 а/м.



3.1 Закон полного тока

Закон полного тока - линейный интеграл вектора напряженности магнитного поля, взятый по замкнутому контуру, равен полному (суммарному) электрическому току, проходящему через поверхность, ограниченную этим контуром или МДС вдоль замкнутого контура, равна полному току, охватываемому этим током.

Закон полного тока является одним из важнейших законов, устанавливающим неразрывную связь между электрическим током и магнитным полем. Из него следует, что любая магнитная линия обязательно охватывает электрический ток и, наоборот, электрический ток всегда окружен магнитным полем. Причем, не являются исключением из этого закона и постоянные магниты, т.к. в них магнитные линии создаются элементарными микроскопическими токами, также входящими в правую часть выражения.

Формула:

где: Н - напряженность магнитного поля в данной точке пространства;

dL - элемент длины замкнутого контура L;

a - угол между направлениями векторов и ;

S I - алгебраическая сумма токов, пронизывающих контур L.

3.2 Энергия магнитного поля

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.



Заключение

Итак, электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами.

Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны. Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуются частотой.

Магнитное поле, одна из форм электромагнитного поля. Создается движущимися электрическими зарядами и спиновыми магнитными моментами, а также переменным электрическим полем. Действует на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом. Характеризуется магнитной индукцией (или напряженностью). Индукция магнитного поля Земли (в единицах СИ) около 0,00005 Тл, наиболее сильными крупномасштабными магнитными полями обладают нейтронные звезды (около 100 млн. Тл).

В лабораторных условиях и технике для получения постоянного магнитного поля (0,05 - 25 Тл) используют постоянные магниты, электромагниты, сверхпроводящие соленоиды. Импульсные сверхсильные магнитные поля (160 - 1000 Тл) получают при помощи импульсных соленоидов и методом направленного взрыва. Технические применения магнитного поля (наряду с электрическим полем) лежат в основе всей электротехники, радиотехники и электроники. Магнитные поля используются в дефектоскопии, для удержания горячей плазмы в условиях управляемого термоядерного синтеза, в ускорителях заряженных частиц и т.д.



Список литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. Пособие: для вузов. В 5 кн. Кн.2. Электричество и магнетизм - 4-е изд., перераб.- М.: Наука, Физматлит,, 1998, сс. 116-146, 171-180.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. Пособие: для вузов.- 5-е изд., стер.- М.: Высш. шк., 1998, сс. 180-187, 204-207, 217-218.

3. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.- 2-е изд., испр. и доп.- М.: Высш. шк., 1999, сс. 234-236, 246-250,270-272, 280-291.

4. Иродов И. Е. Электромагнетизм. Основные законы.- 3-е изд., испр.-М.: Лаборатория базовых знаний, 2000, сс. 126-143, 154-164.

Размещено на Allbest.ru

...