16. Енергія електростатичного поля.

Як будь-який заряджений провідник, конденсатор має енергію. Відомо, що для зарядження тіла від нульового потенціалу до необхідно виконати роботу:

Відповідно енергія зарядженого конденсатора дорівнює тій роботі, яку необхідно виконати, щоб його зарядити:

Перетворимо формулу скориставшись виразом для ємності плоского конденсатора та різниці потенціалів між його обкладинками . Тоді

Скориставшись першим матеріальним рівнянням, отримаємо

.

В конденсаторі поле однорідне, тому енергія розподілена в об’ємі рівномірно. Відповідно в одиниці об’єму поля міститься енергія:

.

Тоді:

.

Електрична енергія накопичується не тільки в конденсаторі, який можна використовувати при вирішенні різних інженерних задач .Будь –які провідники, розміщені близько один від одного, контакти мають ємність, тобто здатні накопичувати електричну енергію та впливати на процеси в електричних колах, на що треба звертати увагу при розрахунках та проектуванні електричних приладів.

17. Індукція та напруженість магнітного поля.

Силовою характеристикою магнітного поля є магнітна індукція .

Допоміжна характеристика магнітного поля, що не залежить від властивостей середовища, аналогічна величині електричного поля наз напруженістю.

Формула що повязує магнітну індукцію і напруженість поля (А/м):

- магнітна стала;

- відносна магнітна проникність середовища.. В діа- і парамагнетиках , у феромагнетиках, де сильне внутрішнє магнітне поле . Як і для електричного поля так і для магнітного справедливий принцип суперпозиції

Магнітна індукція поля , створеного кількома рухомими зарядами(струмами) дорівнює векторній сумі полів , що породжуються кожним із цих зарядів.

1 Тл – це індукція такого магнітного поля, в якому на провідник довжиною 1 м діє сила 1Н , якщо по провіднику протікає струм в 1 А і він є перпендикулярним до напрямку вектора магнітної індукції .

18. Основні величини, які характеризують магнітне поле.

Магнітне поле – це вид матерії, завдяки якій передається взаємодія між рухомим електричними зарядами, що знаходяться як правило, в провіднику і створюють струм .

Силовою характеристикою магнітного поля є магнітна індукція . Магнітна індукція — це векторна величина, яка характеризує магнітне поле і визначає силу, що діє на рухому заряджену частинку від магнітного поля.

.

Допоміжна характеристика магнітного поля, що не залежить від властивостей середовища, аналогічна величині електричного поля наз напруженістю.

.

Магнітне поле на відміну від електростатичного, є вихровим, а не потенційним

19. Механічні сили в магнітному полі.

У техніці широко застосовуються пристрої, в основу роботи яких покладено дію магнітного поля (електродвигуни, реле, тягові та піднімальні електромагніти, електровимірювальні прилади та ін.).

Електромагнітні сили враховують при розрахунку електричних апаратів, проектуванні розподільних: пристроїв електростанцій та в інших випадках.

Енергетичний баланс в електромагнітній системі

Визначення електромагнітної сили Fa розглянемо на прикладі взаємодії полюсів електромагніту (рис. 11.4), вважаючи магнітне поле в повітряному зазорі між полюсами рівномірним. .

Позначимо струм в обмотці електромагніту через і, опір обмотки — R, можливе мале переміщення одного з полюсів (якоря електромагніту) ,

Робота зовнішнього джерела енергії, до затискачів якого під'єднано обмотку електромагніту, в загальному випадку витрачається на виділення тепла в обмотці , на зміну енергії в магнітному полі та механічну роботу.

Згідно із законом збереження енергії, за малий відрізок часу енергетичний баланс у системі виражається рівнянням

Розглянемо їх більш докладно. При цьому врахуємо висновки про те, що зміна енергії магнітного поля й робота електромагнітних сил залежать від зміни потокозчеплення:

.

Узагальнений вираз електромагнітної сили (перший випадок).

Потокозчеплення в магнітній системі не змінюється; ця умова звичайно дотримується в електромагнітах змінного струму. Тоді

Остання рівність показує, що механічна робота, пов'язана з переміщенням якоря електромагніту, здійснюється .за рахунок енергії магнітного поля Зовнішнє джерело витрачає енергію тільки на виділення тепла.

Механічна робота електромагнітної сили додатна, отже, зміна енергії магнітного поля від'ємна, тобто вона зменшується.

Аналогічно можна дістати залежність між механічним моментом і кутом повороту якоря:

Механічну силу, яка намагається змінити положення якоря, можна подати відношенням.

Отже, механічна сила (або момент), яка намагається змінити положення якоря електромагніту, дорівнює збільшенню енергії магнітного поля в розрахунку на одиницю зміни шляху (або кута), якщо струм в обмотці не змінюється.

Механічна робота, пов'язана з переміщенням якоря, здійснюється зовнішніми механічними силами. Значення цієї роботи чисельно дорівнює зменшенню енергії магнітного поля. Отже, джерелу електричної енергії повертається енергія, яка чисельно дорівнює подвоєному значенню механічної роботи.