Билет 1

1.1)Зак. Кулона.

Сила взаимодействия между точечными неподвиж зарядами

q₁ и q₂прямопропорцианальны величине этих зарядов и обратнопропорц. расст. между ними.

F=k((q₁q₂)/r²

k=1/4₀ ₀=8,8510^-12 Ф/Mk=9109 M/Ф

Зак. Кулона в векторной форме.

F=(1/4₀)q₁q₂r)r³ векторная форма

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл). В СГСЭ единица измерения заряда выбрана таким образом, что коэффициент k' равен единице.

Кулон – это заряд, проходящий за 1 счерез поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:

– электрическая

постоянная. 

Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции.

Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме

В Си - сист единица заряда 1Кл=1Ас

1Кулон - это заряд, протекаемый за 1 счерез все поперечное сечение проводника, по которому течетток 1А.

Кул. силы - центральные, т.е.они направлены по линии соед.центр зарядов.

Зак. Куллонасправедлив для очень больших расстояний до десятков километров. При уменьш. расст. до 10^-15 м справедлив, при меньших несправедлив

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел.Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними. Зак.Кулона может быть применен для тел значительных размеров если их разбить на точечные заряды.

Вывод из уравнения максвелла:

; ; ; ; ;

2) Типы магнетиков. Диамагнетики. Парамагнетики. Ферромагнетики

магнитная восприимчивость χ 

1. x<0, μ<1 – диамагнетики

2. x>0, μ>1 – парамагнетики

3. x>>0, μ>>1 – ферромагнетики

Диамагнетики. ( висмут, медь, ртуть, серебро, золото, хлор, инертные газы и др.)

Стержень из твердого диамагнетика или ампула с жидким (газообразным)

диамагнетиком, помещеные в однородное магнитное поле, устанавливаются перпендикулярно линиям индукции поля. В неоднородном магнитном поле на диамагнетик действует сила, которая стремится вытолкнуть его за пределы поля.В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I, пропорциональный магнитной индукции B и направленный навстречу полю. Поэтому  = I/B у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость χ мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры.Поэтому зависимость индукции магнитного поля в диамагнетике от внешнего магнитного поля является линейной.

Диамагнетизм свойственен всем без исключения веществам, но проявляется он только в тех веществах, суммарный магнитный момент атомов которых равен нулю.

Если такое вещество внести во внешнее магнитное поле, то на собственное движение электронов в атомах накладывается дополнительное движение, вызванное полем. В результате этого в каждом из атомов диамагнетика индуцируется дополнительный ток, магнитное поле которого в соответствии с правилом Ленца направлено против внешнего поля. Поэтому индукция результирующего магнитного поля в диамагнетике B равна разности индукциивнешнего поля B0 и внутреннего поля B′:

При выключении внешнего магнитного поля индукционные «атомные токи»

исчезают, т. е. диамагнетик размагничивается.

Парамагнетики.( натрий, калий, магний, кальций, марганец, платина, растворы некоторых солей и др.)Парамагнетики–вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы .Атомы (молекулы или ионы) парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле.

Относительная магнитная проницаемость парамагнетиков, как

и диамагнетиков, не зависит от внешнего магнитного поля. По-

этому зависимость индукции магнитного поля парамагнетика от

внешнего магнитного поля также является линейной

В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно

Под действием внешнего магнитного поля орбитальные магнитные моменты атомов парамагнетика ориентируются в направлении этого поля. Поэтому внутреннее магнитное поле парамагнетика, обусловленное «атомными токами», направлены в ту же сторону,

что и внешнее намагниченное поле. По этой причине индукция магнитного поля

в парамагнетике . Поскольку тепловое движение атомов мешает ориентации их магнитных моментов в направлении внешнего поля, то относительная магнитная проницаемость парамагнетиков уменьшается с увеличением температуры

Парамагнетиками становятся ферро при температурах,превышающих, температуру Кюри 

Ферромагнетики.( железо, кобальт, никель, некоторые редкоземельные эле-

менты, а также ряд сплавов.) Свойства ферромагнетиков определяются наличием в них при отсутствии внешнего поля областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности – доменов.

Если впара- и диамагнетиках намагниченность изменяется с увеличением напряженности поля линейно, то в ферромагнетиках эта зависимость более сложная

Уже при напряженности поля порядка 100 А/м намагничивание достигает насыщения. Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса.

Если не намагниченный ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, которое последовательно будем увеличивать от нуля до Hм, то зависимость B= f(H) выразится кривой ОА которая называется первоначальной или основной кривой намагничивания.

Если намагничивание довести до насыщения (точка А),

а после этого уменьшать напряженность магнитного поля, то изменение магнитной индукции B будет происходить по кривой АD, которая не совпадает с АО. При

0 H = магнитная индукция имеет значение ОD, которое называется остаточной индукцией .Для того чтобы индукция B стала равна нулю, необходимо приложить поле

противоположного направления напряженностью к H .

Это значение напряженности называется коэрцитивным полем. При дальнейшем увеличении напряженности поля до

м H − ферромагнетик намагнитится в противоположном направлении до насыщения ( м B − ). Если напряженность поля снова уменьшить до нуля, будем наблюдать остаточную индукцию ( ост B − ). При дальнейшем увеличении H индукция снова достигнет значения м B . Замкнутая кривая ( ) B f H = называется петлей гистерезиса. Если ферромагнетик поместить в переменное магнитное поле, то изменение магнитной

индукции будет происходить в соответствии с петлей гистерезиса. Размеры петли

гистерезиса зависят от того, в каких пределах изменяется H. Если значения H такие, что возникает насыщение, площадь петли гистерезиса будет максимальной.

Магнитная проницаемость ферромагнитика выражается формулой

Магнитные свойства ферромагнетиков обусловлены спиновыми магнитными моментами электронов, что приводит к возникновению в кристаллах микроскопических областей – доменов. Магнитные поля всех доменов в кристалле ориентированы хаотично, поэтому в отсутствие внешнего магнитного поля кристалл в целом не намагничен. Если образец ферромагнетика поместить во внешнее магнитное поле, то размеры доменов, магнитные моменты которых ориентированы вдоль поля, увеличиваются из-за смещения их границ. В результате этого в ферромагнетике возникает сильное внутренне поле индукция которого B′ совпадает по направлению с индукцией внешнего поля Bо.Так как , то образец остает-

сянамагниченным после снятия внешнего поля. Остаточная намагниченность

различных ферромагнетиков неодинакова. Магнитомягкие ферромагнетики, оста-

точная намагниченность которых невелика, используют в качестве сердечников

трансформаторов и электромагнитов, а также носителей для записи и хранения

информации (аудио, видео, Магнитожесткие ферромагнетики с большой

остаточной намагниченностью используют в качестве постоянных магнитов.