- •Раздел 4
- •Магнитные и электромагнитные свойства веществ
- •Магнитостатика Магнитное поле и его характеристики.
- •Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого тока и витка с током
- •Контрольные вопросы
- •Закон Ампера
- •Сила взаимодействия двух параллельных токов
- •Сила Лоренца
- •Циркуляция вектора для магнитного поля в вакууме
- •Магнитное поле в соленоиде и тороиде
- •Контрольные вопросы
- •Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для вектора .
- •Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле
- •Магнитные свойства вещества. Магнитные моменты электронов и атомов
- •Диамагнетики и парамагнетики
- •Ферромагнетики и их свойства
- •Контрольные вопросы
- •Выберите правильные ответы на поставленные вопросы
- •Электромагнитная индукция Закон Фарадея. Правило Ленца.
- •В замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает эдс и электрический ток.
- •Вращение рамки в магнитном поле
- •Вихревые токи (токи Фуко)
- •Понятие об электромагнитной теории Максвелла. Вихревое электрическое поле
- •Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
- •Контрольные вопросы
- •Магнитная запись информации
- •Запись цифровой информации
- •Контрольные вопросы
- •Индуктивность. Самоиндукция.
- •Токи при размыкании и замыкании цепи
- •Энергия магнитного поля
- •Контрольные вопросы
- •Выберите правильные ответы на поставленные вопросы
- •Превращение энергии в колебательном контуре
- •Гармонические колебания в контуре
- •Вынужденные электрические колебания. Переменный ток. Генератор переменного тока. Мгновенное, амплитудное и действующее значения э.Д.С., напряжения и силы тока
- •Резистор в цепи переменного тока
- •Катушка с индуктивностью в цепи переменного тока
- •Конденсатор с электроемкостью с в цепи переменного тока
- •Векторная диаграмма напряжений. Закон Ома для цепи переменного тока.
- •Мощность цепи переменного тока. Косинус .
- •Резонанс в электрической цепи. Добротность контура
- •Трансформатор.
- •Единая энергетическая система страны.
- •Электромагнитное поле и его распространение в пространстве в виде электромагнитных волн.
- •Свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Плотность потока излучения.
- •Физические основы радиосвязи.
- •Принцип построения радиолокации Радиолокация – обнаружение и определение местоположения тел в пространстве, отражающих электромагнитные волны
Вихревые токи (токи Фуко)
Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в переменное магнитное поле. Эти токи замыкаются в толще проводника и поэтому называются вихревыми. Токи Фуко подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле противодействует изменению магнитно потока, индуцирующему вихревые токи. Вихревые токи вызывают нагревание проводников и торможение движения массивных металлических тел. Для уменьшения потерь на нагревание массивные металлические предметы, находящиеся в переменном магнитном поле, выполняются в виде набора из тонких металлических пластин изолированных друг от друга. Эти пластины устанавливаются так, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин.
Токи Фуко применяют в индукционных печах для нагрева и плавления металлов.
Вихревые токи в проводниках направлены по правилу Ленца навстречу основному току , их вызывающему (рисунок 27).
П
Рисунок 27. Вихревые токи
в проводах
Поэтому для токов СВЧ проводники делают полыми.
Понятие об электромагнитной теории Максвелла. Вихревое электрическое поле
Из закона Фарадея следует, что любое изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции приводит к возникновению ЭДС индукции. ЭДС в любой цепи возникает только тогда, когда в этой цепи на носители заряда действуют сторонние силы – силы неэлектрического происхождения. Максвелл высказал гипотезу, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле , которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Контур лишь обнаруживает это поле.
Циркуляция электрического поля : . Циркуляция отлична от нуля. Следовательно, электрическое поле, возбуждаемое переменным магнитным полем – вихревое.
Максвелл показал, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле всегда связано с порождаемым им магнитным полем. Таким образом, электрическое и магнитные поля неразрывно связаны друг с другом и образуют единое электромагнитное поле.
Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
Максвелл ввел понятие: ток смещения см, который в отличие от тока проводимости ток протекает, например, по диэлектрику конденсатора. Плотность тока смещения
В конденсаторе см = ; Направление совпадает с направлением . Ток смещения создает в окружающем пространстве магнитное поле. В диэлектрике ток смещения состоит из двух слагаемых.
, где - поляризованность, - плотность тока смещения в вакууме, - плотность тока поляризации, т.е. тока обусловленного упорядоченным движением электрических зарядов в диэлектрике. Плотность полного тока
Максвелл обобщил теорему о циркуляции вектора :
В основе теории Максвелла лежат 4 уравнения:
-
Электрическое поле может быть как потенциальным () так и вихревым (). Напряженность суммарного поля: .
Циркуляция : - показывает, что источником электрического поля может быть переменное магнитное поле.
-
Обобщенная теорема о циркуляции вектора . Уравнение показывает, что магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися зарядами (), либо переменным электрическим полем.
-
Теорема Гаусса для поля : , или для распределенного по объему заряда , где r - объемная плотность заряда.
-
Теорема Гаусса для поля : . В этих уравнениях ; ; , где g - удельная проводимость вещества.
Из уравнения Максвелла вытекает, что источником электрического поля может быть либо электрические заряды, либо переменное магнитные поля, а источником магнитного поля могут быть движущиеся электрические заряды либо переменное электрическое поле.
Для стационарных полей уравнения Максвелла примут вид: ; ; ; .
Источником напряженности электрического поля Е может быть только заряд q, а источником напряженности магнитного поля Н – только ток I.
Система уравнений Максвелла в дифференциальной форме, характеризующей поле в каждой точке пространства:
Интегральная форма уравнений Максвелла является более общей (если имеются поверхности разрыва – свойства среды меняются скачкообразно). Уравнения Максвелла играют в электромагнетизме такую же роль, как законы Ньютона в механике. Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле всегда связано с порождаемым им магнитным полем. Таким образом, электрическое и магнитные поля неразрывно связаны друг с другом и образуют единое электромагнитное поле.
Уравнения Максвелла инвариантны относительно преобразований Лоренца. Их вид не меняется при переходе от одной ИСО к другой, хотя величина и в них преобразуются по определенным правилам.