МОДУЛЬ 1-3

10.Постійний струм. Сторонні сили. Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола та ділянки, що містить Е.Р.С. Розгалуджені кола. Правила Кірхгофа.

Струм, сила й напрямок якого не змінюються з часом, називається постійним.

Для того щоб через ділянку провідника проходив струм I, необхідно підтримувати постійну різницю потенціалів між розглянутими точками провідника.

Для того щоб підтримувати постійну різницю потенціалів на кінцях провідника його необхідно підключити до джерела струму. Джерело струму робить роботу з переміщення електричних зарядів уздовж усього кола. Ця робота виконується за рахунок СТОРОННІХ СИЛ – сил не електростатичного походження, що діють на заряди з сторони джерела

струму. Природа сторонніх сил може бути різної ( крім нерухомих зарядів) :

1) хімічні реакції, 2) електромагнітної 3) використання фотоефекта 4) п'єзоефект 5) контактна різниця потенціалів

Під дією поля сторонніх сил електричні заряди рухаються усередині джерела струму проти сил електростатичного поля, за рахунок чого на клемах джерела струму підтримується різниця потенціалів і в ланцюзі тече струм.

Джерело струму характеризується електрорушійною силою – ЕРС.

ЕРС визначається роботою виконуваною сторонніми силами по переміщенню одиничного позитивного заряду уздовж замкненого кола. Стороння сила рівна:

де - напруженість поля сторонніх сил. Робота сторонніх сил по

переміщенню заряду q на замкненій ділянці кола рівна:

Закон Ома для повного кола.

де - електрорушійна сила, R — опір провідника, приєднаного до полюсів джерела струму, -внутрішній опір джерела ЕРС.

Закон Ома для неоднорідної ділянки кола

Неоднорідною ділянкою кола або частиною кола називають таку ділянку, де діє ЕРС, тобто, де існують стрибки потенціалів.

Будь-яка точка розгалуженого кола, у якому сходиться не менш трьох провідників, зі струмом називається ВУЗЛОМ. При цьому струм, що входить у вузол, уважається позитивним, а вихідний – негативний.

ПЕРШЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА:

алгебраїчна сума струмів, що сходяться у вузлі, дорівнює нулю.

Перше правило Кирхгофа випливає із закону збереження заряду (заряд, що ввійшов у вузол, дорівнює заряду, що вийшов).

ДРУГЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: у будь-якому замкненому контурі довільно обраному в

розгалуженому електричному колі, алгебраїчна сума добутків сил струмів на опори відповідних ділянок цього контуру дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС. що зустрічаються в контурі

МОДУЛЬ 3.

1. Плоскі електромагнітні хвилі в вакуумі. Хвилеве рівняння. Швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль.

З теорії Максвела випливає існування електромагнітного поля яке може розповсюджуватись в просторі у вигляді електромагнітних хвиль. Електромагнітна хвиля є плоскою поперечною хвилею в якій є електрична та магнітна складова.

Запишемо рівняння Максвела для однорідного діелектричного середовища (σ =0, ρ=0) і продиференціюємо ще раз по часу

хвилю.

vz t

3.Квазістаціонарні струми. Отримання змінної Е.Р.С. Опір, ємність, індуктивність в колі змінного струму. Закон Ома для змінного струму.

Одним із найважливіших застосувань явища електромагнітної індукції є генератори, в яких механічна енергія перетворюється на електричну.

Нехай в деякий момент часу нормаль до

n

площини рамки складає з вектором індукці В деякий кут φ . Тоді магнітний потік через рамку:

Ф=BScos φ= Ф0cos φ, де Ф0=BS=max, при φ=0.

При ріномірному обертанні рамки з частотою ω кут φ буде змінюватись за законом φ= ωt+ φ0. При цьому магнітний потік буде змінюватись за гармонічним законом і у витках рамки буде виникати Е.Р.С. індукції і яка також

Змінний струм – це струм, що змінюється за величиною і напрямком. Будь-який складніший струм можна розкласти на гарморнічні складові.

Квазістаціонарні процеси – це процеси, які відбуваються в системі так швидко, що система не встигає відреагувати на ці зміни.

Опір в колі змінного струму

Індуктивність в колі змінного струму

В котушці буде виникати Е.Р.С. самоіндукції. Таким чином для такого контуру закон Ома може бути записаний

Ємність в колі змінного струму

1

RC C

Закон Ома для змінного струму

Розглянемо всі три елементи в колі змінного струму.

Виберемо за базову лінію коливання сили струму

4.Досліди Фарадея. Закон електромагнітної індукції Фарадея. Закон Ленг Електрорушійна сила індукції. Вихрові струми.

Майкл Фарадей в 1831 році показав, що в замкненому провіднику виникає електричний струм при будь-яких змінах магнітного потоку що перетинають площину охоплену цим провідником. Це явище було названо явищем електромагнітної індукції і спостерігалось воно при наближенні і віддаленні магнітного потоку до котушки чи котушки до магнітного потоку.

На основі великої к-сті дослідив Фарадей встановив, що зміна індукційного струму залежить від характеру зміни магнітного потоку.

В 1833 році Ленц встановив: індукційний струм в замкнутому провіднику завжди має такий напрям, щоб створене ним магнітне поле чинило опір тим змінам того зовнішнього магнітного потоку, які збудили цей індукційний струм.

Майкл Фарадей показав що Е.Р.С., яка виникає в замкнутому контурі, пропорційна до

Застосування закону Фарадея-Максвела до обертання рамки зі струмом в магнітному полі. Через час t рамка повернеться на кут φ=ωt і магнітний момент становитиме

за таким законом змінюється Е.Р.С. в генераторах.)

Вихрові струми.

У масивних провідниках зі зміною магнітного потоку, що їх пронизує, індукуються замкнені електричні струми, які називають вихровими або струмами Фуко.Фізична природа цих струмів така сама, як і довільних індукційних струмів. Вихрові струми виникають або під час руху масивних провідників у магнітному полі, або при розміщенні їх у змінних магнітних полях. Ці струми замикаються безпосередньо в об'ємі провідника у вигляді вихороподібних замкнених ліній. За правилом Ленца вихрові струми напрямлені так, що їхнє магнітне поле протидіє змінам потоку магнітної індукції, який спричинив виникнення вихрових струмів. Це можна спостерігати, наприклад, під час руху магніту над провідною поверхнею. При цьому вихрові струми створюють гальмівну силу, пропорційну швидкості руху, подібно до механічних в’язких сил.

Струми Фуко в одних випадках відіграють корисну роль, в інших — шкідливу. Відповідно в першому випадку їх намагаються збільшити, у другому — зменшити. Корисну роль відіграють вихрові струми в роторах асинхронних електричних двигунів, оскільки в основі їхнього принципу роботи лежить явище виникнення струмів Фуко. За допомогою змінних магнітних полів можна викликати появу значних вихрових стоумів і за допомогою їх нагрівати або й плавити метали. В окремих випадках цей спосіб значно зручніший порівняно з Іншими. Разом з тим в осердях електромагнітів, трансформаторів, інших електротехнічних пристроїв виникнення значних вихрових струмів є шкідливим, оскільки приводить до їхнього перегрівання, втрати електричної енергії. В цих випадках намагаються зменшити вихрові струми переважно способом набору осердь з окремих тонких пластинок магнітного матеріалу, ізольованих одна від одної діелектриком.

6.Магнетики. Магнітне поле в магнетиках. Намагніченість. Магнітна проникність ісприйнятливість. Діа-, пара-, феромагнетизм. Точка Кюрі. Магнітний гістерезис.

Магнетики – речовини і тіла, що намагнічуються у зовнішньому магнітному полі, тобто навколо них утворюється додаткове магнітне поле.\

Якщо магнітне поле, утворене струмами провідника внести в ту чи іншу речовину, то магнітне поле зміниться. Отже будь-яка речовина є магнетиком, тобто може під дією магнітного поля набувати магнітного моменту, тобто намагнічуватись.

Електрони в атомах рухаються по деяких замкнених орбітах. Електрон, що рухається по

сприйнятливість.

Намагнічена речовина створює магнітне поле індукцією , яке разом з первинним полем індукцією обумовлене струмами провідності. В сумі ці два поля створюють загальне магнітне поле (4.1) (значення і усереднені по фізично нескінченно малому об’єму V). Поле і струмів провідності не має джерел (магнітних зарядів) і тому для поля при наявності магнетика справедлива теорема Гауса. Це означає, що лінії магнітної індукції і при наявності речовини залишаються неперервними: . (4.2)

Таким чином , магнітне поле в магнетику буде залежати від зовнішнього магнітного поля; від його індивідуальних властивостей магнетика , , .

Досліди і теорія показують, що всі речовини, які поміщені в магнітне поле, набувають магнітних властивостей, тобто намагнічуються і тому деякою мірою змінюють зовнішнє поле.

При цьому виявляється, що одні речовини послаблюють зовнішнє поле, а інші – підсилюють його; перші називаються діамагнетиками, другі – парамагнетиками.

Діамагнетиками називають речовини, магнітні моменти атомів або молекул яких дорівнюють нулю, коли немає зовнішнього магнітного поля.

До діамагнетиків належать інертні гази He, Ne, Ar, Kr, Xe, а також такі речовини, як H2O , C, Cu, Zn, Ag, Sb, Hg, Pb, Bi, багато органічних сполук тощо.

Якщо векторна сума орбітальних магнітних моментів усіх електронів атома або

молекули не дорівнює нулю, то атом загалом має деякий магнітний момент Pma . Такі

атоми (молекули) називаються парамагнітними, а речовини, що складаються з них -

парамагнетиками.

До парамагнетиків належать речовини, атоми яких мають незабудовану до кінця зовнішню електронну підоболонку: Mg, Al, Ca, Cr, Mn, Pt, кисень атомарний і молекулярний, солі заліза, кобальту, нікелю, рідкісноземельних елементів тощо.