Электрическое пoлe

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрическое пoлe

1. Напряжение. Потенциал. Разность потенциалов

Электромагнитное поле состоит из электрического поля (Е) и магнитного поля (Н).

Заряженные частицы создают электрическое поле. Под действием электрического поля заряды движутся, образуя электрический ток. Электрический ток создает магнитное поле.

Напряженность электрического поля (Е) - векторная величина, характеризующая электрическое поле в каждой его точке (рис. 1.1).

Электрическое напряжение между двумя точками (U) равно работе сил поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки поля в другую. Напряжение измеряется в вольтах.

Потенциал () - это напряжение между какой-либо точкой электрического поля и землей, потенциал которой условно принят равным нулю. Потенциал измеряется в вольтах.

Напряжение между двумя точками электрического поля (например, точкой А и точкой В на рис. 1.2) равно разности потенциалов между этими точками:

U_АВ = _А - _В

При параллельном соединении все положительно заряженные пластины конденсаторов присоединяются к одной точке цепи, а отрицательно заряженные - к другой точке (рис. 1.6). Эквивалентная емкость при параллельном соединении конденсаторов определяется по формуле:

С = C₁ + C₂ + C₃ …

Смешанное соединение конденсаторов - это соединение, при котором часть конденсаторов соединены последовательно, а часть - параллельно (рис. 1.7). Эквивалентная емкость последовательно соединенных конденсаторов C₁ и C₂: . Эквивалентная емкость параллельно соединенных конденсаторов С₃ и С₄: С₃₄ = С₃ + С_4. Эквивалентная емкость смешанного соединения .

4. Магнитное поле

Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами, поэтому магнитное поле всегда есть вокруг проводников с током.

Напряженность магнитного поля - величина, характеризующая интенсивность магнитного поля вокруг проводника без учета магнитных свойств среды, в которой находятся проводники с током. Напряженность магнитного поля зависит только от силы тока в проводнике и расстояния до проводника. Чем дальше от проводника, тем меньше напряженность магнитного поля, созданного этим проводником.

Магнитная индукция (В) - характеризует величину и направление магнитного поля с учетом магнитных свойств среды. Вектор магнитной индукции в любой точке поля изображается по касательной к линии магнитного поля (рис. 2.1). Единица измерения магнитной индукции - Тесла (Т).

В = Н м₀ м,

где м₀ - магнитная постоянная,

м - магнитная проницаемость.

Магнитная проницаемость (м) - характеризует магнитные свойства различных материалов. Это безразмерная величина, показывающая во сколько раз в данной среде магнитное поле сильнее, чем в вакууме. Для воздуха м = 1. (большую магнитную проницаемость имеют только ферромагнитные материалы - железо, никель, кобальт и их сплавы).

Магнитная постоянная м₀ = 4р 10^-7 - магнитная проницаемость вакуума.

Направление линий магнитного поля определяется по правилу буравчика.

Правило буравчика - если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока, то направление вращения его рукоятки указывает направление магнитных линий (рис.).

Правило буравчика Правило левой руки Правило правой руки

На проводник с током, расположенный в магнитном поле, действует электромагнитная сила (F), направление которой определяется по правилу левой руки.

Правило левой руки: если ладонь левой руки расположена так, что вектор магнитной индукции входит в нее, вытянутые четыре пальца совпадают с направлением тока, то отогнутый под прямым углом большой палец левой руки указывает направление электромагнитной силы, которая стремится переместить проводник.

Электромагнитная сила определяется по формуле:

F = B Il

где В-магнитная индукция, Т;

I - сила тока, протекающего по проводнику, А;

l - длина проводника, м;

Проводник, движущийся в магнитном поле, можно рассматривать как простейший электродвигатель.

Электромагнитная индукция - явление возникновение электродвижущей силы (ЭДС) на концах проводника, движущегося в магнитном поле (то есть механическая энергия движения проводника превращается в электрическую энергию). Наведенная ЭДС называется индуктированной ЭДС. Направление индуктированной ЭДС определяется по правилу правой руки.

Правило правой руки: ладонь правой руки располагают так, чтобы магнитные линии входили в нее, отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением движения проводника, тогда вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной ЭДС.

Движущийся под действием механической силы в магнитном поле провод можно рассматривать как простейший электрический генератор.

5. Намагничивание ферромагнетиков

Ферромагнетики (железо, никель, кобальт и их сплавы с алюминием, медью, хромом, серебром) - это сильномагнитные материалы, у которых магнитная проницаемость (м) намного больше единицы.

Электроны в ферромагнетиках, двигаясь по орбитам вокруг ядра атома, образуют элементарные токи, которые создают отдельные самопроизвольно намагниченные области (домены), имеющие разные направления микроскопических внутренних магнитных полей (рис. 2.6, а). Если ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, то все домены разворачиваются вдоль внешнего поля, то есть ферромагнетик намагничивается.

Поместим ферромагнитный сердечник в катушку с током I. (рис. 2.7). Ток, протекающий по катушке, создает вокруг витков катушки магнитное поле с напряженностью Н. Ферромагнитный сердечник под действием этого поля будет намагничиваться, т.е. в нем создается магнитная индукция В. Если по катушке протекает переменный ток частотой 50 Гц, (изменяющийся по величине и направлению 50 раз в секунду), то ферромагнитный сердечник в такой катушке будет перемагничиваться с такой же частотой.

Петля гистерезиса

ферромагнетик конденсатор поле намагничивание

Петля гистерезиса (кривая намагничивания) - это график зависимости магнитной индукции ферромагнетика - В от напряженности магнитного поля - Н при намагничивании ферромагнетика (рис. 2.8).

Последовательность намагничивания ферромагнетика (рис. 2.8)

1) Кривая намагничивания начинается из нуля (точка 0), то есть, при Н = 0, В = 0.

2) При увеличении напряженности поля (Н), магнитная индукция (В) быстро растет (участок 0А) и достигает предельного значения +В_м (горизонтальный участок после точки А).

3) При уменьшении Н, магнитная индукция В тоже уменьшается, но медленнее (участок АВ).

При Н = 0 магнитная индукция имеет значение В_r - остаточная индукция.

4) При изменении направления намагничивающего тока меняется и направление напряженности поля (участок БГ). При Н = Н_с (точка Г), получим индукцию В = 0. Значение Н_с называется коэрцитивной силой.

5) При дальнейшем увеличении Н обратного направления (участок ГД) магнитная индукция достигнет значения - В_м - максимальная намагниченность обратного направления.

6) При уменьшении Н до нуля (участок ДЕ), получим уменьшение В до значения остаточной индукции (отрезок ОЕ).

7) Изменив еще раз направление Н и увеличивая ее (участок ЕЖА), снова получим остаточную индукцию +В_r

Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, затрачиваемой на намагничивание, поэтому ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса легко перемагничиваются и наоборот.

Размещено на Allbest.ru