1. Дія однорідного та неоднорідного магнітного поля на контур зі струмом.

Поле однорідне. =const. За законом Ампера Результуюча сила, що діє на контур .

Оскільки І = const, =const, то ,то = 0, тому F=0.

Поле неоднорідне. ≠const, тому F не дорівнює нулю. Сила dF ,яка діє на контур перпендикулярна , в результаті вертор сили напрямлен в сторону збільшення . Тому чим більше змінюється поле, тим більша результуюча сила.

2 Робота переміщення контуру зі струмом у магнітному полі

---- Робота, яку виконуює сила Ампера при переміщенні в магнітному полі замкненого контуру, по якому проходить постійний струм, дорівнює добутку сили струму на зміну магнітного потоку крізь поверхню, обмежену контуром.

роботу А, яку виконує сила Ампера при будь-якому переміщенні контуру в магнітному полі:

3 Рух заряджених частинок в електричному та магнітному полів

• Рух зарядженої частики в електричному полі рівноприскорений

• 1)Якщо заряджена частинка влітає в магнітне поле з швидкістю паралельною до вектора індукції магнітного поля то вона продовжуватиме рухатись рівномірно

• Якщо заряджена частинка влітає в магнітне поле з швидкість перпендикулярною до

• Якщо заряджена частинка влітає в магнітне поле з швидкістю, яка напрямлена під певним кутом до вектора напруженості магнітного поля то вона рухається по гвинтовій траєкторії

• 

Циклотрон

Циклотрон — резонансный циклический ускоритель нерелятивистских тяжёлых заряженных частиц (протонов, ионов), в котором частицы двигаются в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты .

Лекция 4

Гіпотеза Ампера

Для пояснення намагнічування тіл Ампер припустив, що в молекулах циркулюють молекулярні струми з магнітним моментом . Внаслідок хаотичної орієнтації магнітних моментів окремих молекул, магнітний момент тіла за відсутності зовнішнього магнітного поля дорівнює нулю ( а).

Під впливом зовнішнього магнітного поля з індукцією магнітні моменти молекул набувають впорядковану орієнтацію вздовж зовнішнього магнітного поля (б).

Речовина стає намагніченою, тобто її підсумковий магнітний момент молекул стає відмінним від нуля. Молекулярні струми намагніченої речовини утворюють власне магнітне поле з індукцією .

Намагнічення магнетиків

Будь-яка речовина є магнетиком, тобто здатна під дією магнітного поля набувати магнітний момент (намагнічуватися). Намагнічена речовина утворює власне магнітне поле з індукцією , яка накладається на утворене струмами зовнішнє магнітне поле з індукцією . У результаті індукція магнітного поля в речовині

.

Намагнічування магнетика характеризується намагніченістю – магнітним моментом одиниці об’єму

,

Види магнетиків. Залежно від відносної магнітної проникності  речовини розділяються на три групи:

1) – діамагнетики;

2) – парамагнетики;

3) – феромагнетики.

Діамагне́́тик — речовина з від'ємною магнітною сприйнятливістю. Ідеальний діамагнетик має магнітну сприйнятливість рівну −1, що призводить до виштовхування магнітного поля із речовини. Ідеальними діамагнетиками є надпровідники.

Парамагне́тики— речовини з невеликою позитивною магнітною сприйнятливістю, які у зовнішньому магнітному полі намагнічуються вздовж поля і дещо підсилюють його. Атоми парамагнетиків мають свій магнітний момент. Це Na, N, Al, Sc, V, О₂, NO.

Феромагне́тики — деякі метали (залізо, нікель, кобальт, гадоліній, манган, хром та їхні сплави) з великою магнітною проникністю, що проявляють явище гістерезису; розрізняють м'які феромагнетики з малою коерцитивною силою та тверді феромагнетики з великою коерцитивною силою. Феромагнетики використовуються для виробництва постійних магнітів, осердь електромагнітів та трансформаторів.

Антиферомагне́тики — магнітновпорядковані кристалічні речовини, які при низьких температурах мають дві повністю намагнічені спінові ґратки, які повністю компенсують одна одну.

До антиферомагнетиків належать FeO, NiO, CoO, CoF2, NiSO4 та інші.

Феримагне́тики або ферити — магнітновпорядковані речовини, які при низьких температурах, складаються із кількох спінових ґраток, що не повністю компенсують одна одну.

Ферити — це комплексні солі перехідних металів, наприклад, MnOFe2O3, FeOFe2O3, CoOFe2O3 тощо.

Переманічення ферромагнетиків

Крім нелінійної залежності J від H у феромагнетиках спостерігається явище гістерезису. При циклічних перемагнічуваннях феромагнетика, залежність В від Н має форму петлі За один цикл перемагнічування точка B=f(H) обходить один раз петлю проти годинникової стрілки.

При Н = 0 (феромагнетик вилучено з магнітного поля) феромагнетик має залишкову індукцію В_зал, що робить можливим утворення постійних магнітів.

Лекція 5

1. Електромагні́тна інду́кція — виникнення електрорушійної сили у провіднику, що перебуває у змінному магнітному полі.

Фарадей встановив кількісний закон електромагнітної індукції, описавши його рівнянням:

де — електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає в котушці, що перебуває у змінному магнтіному полі, у вольтах

N — кількість витків у котушці

Φ — магнітний потік у веберах

Закони Фарадея – основні закони електролізу. Встановлюють взаємозв’язок між кількістю електрики, яка проходить через електроліт, і кількістю речовини, яка виділяється на електродах.

Перший закон: маса m речовини, яка виділилась на електроді під час проходження електричного струму, прямо-пропорційна значенню q електричного заряду, пропущеного через електроліт,

де k – електрохімічний еквівалент речовини, m - маса речовини, q - заряд .

Другий закон: електрохімічні еквіваленти елементів прямо-пропорційні їх хімічним еквівалентам.

де A - атомна маса речовини, - заряд її йона, F - число Фарадея.

2. Вихрові струми, струми Фуко — вихрові індукційні струми, які виникають у масивних провідниках при зміні магнітного потоку, який їх пронизує. Фуко відкрив явище нагрівання металічних тіл, які обертаються у магнітному полі, вихровими струмами. Струми Фуко виникають під дією змінного електромагнітного поля і за своєю фізичною природою нічим не відрізняються від індукційних струмів, що виникають у лінійних проводах.

Механізм виникнення вихрових струмів у металевій шайбі.

Оскільки електричний опір провідників малий, то сила струмів Фуко може досягати великих значень. Згідно з правилом Ленца вони вибирають у провіднику такий напрямок, щоб протистояти причині, яка їх викликає. Тому у сильному магнітному полі провідники, які рухаються, витримують сильне гальмування, яке пояснюється взаємодією струмів Фуко з магнітним полем.

Скін-ефект— явище проникнення електромагнітного поля в провідник на певну глибину, яка називається скін-шаром. Водночас, скін-ефект призводить до протікання струму в провіднику в основному в області скін-шару, і, як наслідок, збільшення опору провідника.

Глибина скін-шару визначається формулою

де — глибина скін-шару, с — швидкість світла, — магнітна проникність речовини провідника, — електропровідність, — лінійна частота.

Густина струму в провіднику спадає від поверхні експоненційно:

, де j — густина струму, а x — віддаль від поверхні.

Глибина скін-шару зменшується зі збільшенням частоти.

3. Самоіндукція — явище виникнення електрорушійної сили в провіднику при зміні електричного струму в ньому. Знак електрорушійної сили завжди такий, що вона протидіє зміні сили струму. Самоіндукція призводить до скінченного часу наростання сили струму при вмиканні джерела живлення і спадання струму при розмиканні електричного кола.

Величина електрорушійної сили самоіндукції визначається за формулою

де — е.р.с., I — сила струму, L — індуктивність.

4. Енергія магнітного поля в просторі задається формулою: Відповідно, густина енергії магнітного поля дорівнює:

Енергія магнітного поля провідника зі струмом дорівнює:

де I - сила струму, а L - індуктивність, що залежить від форми провідника.