Магнитное поле и его характеристики

Магнитное поле - особая форма существования материи, посредствам которой передается магнитное взаимодействие (действует только по движению заряда). Создается только движущимися зарядами.

Силовой характеристикой магнитного поля служит вектор магнитной индукции.

Магнитная индукция- векторная физическая величина, равная максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока.

.

За направление магнитной индукции принимают направление от южного к северному полюсу магнитной стрелки. В замкнутом контуре с помощью правила первого винта: вектор магнитной индукции направлен туда, куда перемещался бы буравчик при вращении по направлению тока в контуре.

Силовые линии магнитного поля являются замкнутыми, т.е. магнитное поле носит вихревой характер, следует, что магнитное поле не создается магнитными зарядами.

Опыт Эрстеда по ориентированию магнитной стрелки относительно проводника с током позволил заключить, что природой магнитного поля явления движения электронного заряда.

Вокруг любого движения заряда возникает магнитное поле.

Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиций: поле ,порождаемое несколькими движущимися зарядами, равно векторной сумме полей, порождаемых каждым зарядом в отдельности.

Магнитные моменты электронов и атомов. Ларморова прецессия. Гиромагнитное отношение. Диа- и парамагнетизм.

Магнитный момент, основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. 

магнитный момент электрона :

де е и m_е - абс. значения заряда и массы электрона соотв., с - скорость света, _e - коэф. пропорциональности, наз. гиромагнитным отношением, вектор L - орбитальный момент кол-ва движения, квадрат к-рого равен   (l - орбитальное квантовое число,   - постоянная Планка). Знак минус обусловлен отрицат. зарядом электрона и означает, что направления магнитного момента _L и орбитального момента Lпротивоположны.

, 

ЛАРМОРА ПРЕЦЕССИЯ - дополнит. вращение системы одинаковых заряж. частиц, возникающее под действием пост. однородного магн. поля, направление к-рого и служит осью вращения.

Частота вращения (ларморова частота) WL=qH/(2mc), где q и т - заряд и масса прецессирующей частицы, H - напряжённость магн. поля, с - скорость света .

Гиромагни́тное отноше́ние (магнитомехани́ческое отноше́ние) — отношение дипольного магнитного момента элементарной частицы (или системы элементарных частиц) к её механическому моменту.

Гиромагнитное отношение определяется формулой:

где g — множитель Ланде, γ0 — единица гиромагнитного отношения:

где e — элементарный заряд, me — масса электрона, с — скорость света.

Диамагнетизм (от греч. dia… — расхождение (силовых линий), и магнетизм) — один из видов магнетизма, который проявляется в намагничивании вещества навстречу направлению действующего на него внешнего поля.

Примерами диамагнетиков в классе кристаллических металлов - Cu, диэлектриков -NaCl, а в классе аморфных твердых тел — SiO2.

ПАРАМАГНЕТИЗМ, вид МАГНЕТИЗМА, свойственный таким металлам, как платина и магний, которые, находясь в МАГНИТНОМ ПОЛЕ, намагничиваются параллельно полю, в размере, пропорциональном силе поля

Нелинейные элементы в электрических цепях и метод зеркальных отображений.

Метод зеркальных отображений ВАХ:

ВАХ – это зависимость I=I(U) между проходящими через элемент током и напряжением на нем.

Переменный ток. Активное и реактивное сопротивления цепи. Закон Ома для цепи переменного тока. Импеданс. Мощность в цепи переменного тока.

Переменный ток, в отличие от тока постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, причем изменения эти происходят периодически, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Активное сопротивление определяет действительную часть импеданса(полного сопротивления):

Z = R + jX, где Z — импеданс, R — величина активного сопротивления, X — величина реактивного сопротивления, j — мнимая единица.

Активное сопротивление — сопротивление электрической цепи или её участка, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в другие виды энергии (в тепловую энергию). Реактивное сопротивление - это сопротивление проводников переменного тока с учётом поверхностного эффекта.

Реакти́вное сопротивле́ние — электрическое сопротивление, обусловленное передачей энергии переменным током электрическому или магнитному полю (и обратно).

Реактивное сопротивление определяет мнимую часть импеданса:

, где   — импеданс,   — величина активного сопротивления,   — величина реактивного сопротивления,   — мнимая единица.

В зависимости от знака величины   какого-либо элемента электрической цепи говорят о трёх случаях:

 — элемент проявляет свойства индуктивности.

 — элемент имеет чисто активное сопротивление.

 — элемент проявляет ёмкостные свойства

Закон Ома для переменного тока

где:

U = U₀e^iωt — напряжение или разность потенциалов,

I — сила тока,

Z = Re^−iδ — комплексное сопротивление (импеданс),

R = (R_a² + R_r²)^1/2 — полное сопротивление,

R_r = ωL − 1/(ωC) — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),

R_а — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,

δ = − arctg (R_r/R_a) — сдвиг фаз между напряжением и силой тока.

Электри́ческий импеда́нс (комплексное сопротивление, полное сопротивление) — комплексное сопротивление двухполюсника для гармонического сигнала. Это понятие ввёл физик и математик О. Хевисайд в 1886 году.

Мощность в цепи переменного тока

Мгновенная мощность в цепи переменного тока равна:

P(t) = U · I = U₀ · I₀ · cos(w t) · cos(w t - j ) .

Средняя мощность в цепи переменного тока равна:

P = (1/2)U₀ · I₀ · cosj .

Если ввести действующие (эффективные) значения напряжения и тока:

U_эф = U₀ /v2 и I_эф = I₀ /v2,

То выражение для мощности примет вид:

P = U_эф · I_эф · cosj

Полупроводниковые диод и транзистор. Вольтамперные характеристики.

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). Принцип действия полупроводникового диода основывается на использовании свойств электронно-дырочного перехода  p-n-перехода.

Принцип:

Если к р—n-переходу диода приложить напряжение в прямом направлении (т. н. прямое смещение), т. е. подать на его р-область положительный потенциал, то потенциальный барьер, соответствующий переходу, понижается и начинается интенсивная инжекция дырок из р-области в n-область и электронов из n-области в р-область — течёт большой прямой ток (рис. 2). Если приложить напряжение в обратном направлении (обратное смещение), то потенциальный барьер повышается и через р—n-переход протекает лишь очень малый ток неосновных носителей заряда (обратный ток).

Транзи́стор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. На принципиальных схемах обозначается "VT" или "Q".

Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока.

Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).

ВАХ – это зависимость I=I(U) между проходящими через элемент током и напряжением на нем.