Головна

Магнітне поле тороїда, соленоїда.

  1. А також при зміні сили струму в другій котушці, магнітне поле якої пронизує першу котушку
  2. Квиток 15. Магнітне поле, умови його існування. Дія магнітного поля на електричний заряд і досліди, що підтверджують цю дію. Магнітна індукція.
  3. Квиток 18. Явище самоіндукції. Індуктивність. Електромагнітне поле.
  4. Взаємодія струмів. Магнітне поле струму. Магнітна індукція. Сила Ампера. Сила Лоренца.
  5. Питання 32. Магнітне взаємодія струмів у вакуумі. Закон Ампера.
  6. Питання 32. Магнітне взаємодія струмів. Закон Ампера.
  7. Питання 39. Електромагнітне поле. Рівняння Максвелла.

величини Е и В є основними силовими характеристиками відповідних полів. Зіставлення виразів для циркуляції Е и В дозволяє зробити висновок, що між цими полями є принципова відмінність. Циркуляція напруженості електростатичного поля завжди дорівнює нулю, отже, електростатичне поле потенційно і може бути охарактеризоване потенціалом j. Циркуляція магнітної індукції відмінна від нуля, якщо контур, по якому береться циркуляція, охоплює струм. Поля, що володіють такою властивістю, називаються вихровими (або соленоідальной). Магнітного поля не можна приписати потенціал.

Далі, лінії напруженості електростатичного поля починаються і закінчуються на зарядах. Як показує досвід, лінії магнітної індукції, навпаки, завжди замкнені (див. Рис. 21.1, 21.4 і 21.7). Це вказує на те, що магнітних зарядів в природі не існує.

Застосуємо формулу (21.15) для обчислення магнітної індукції поля нескінченно довгого соленоїда.

 Ріс.21.10. До розрахунку магнітного поля соленоїда.

Соленоїд (ріс.21.10) являє собою тонкий дріт, навитий щільно, виток до витка, на циліндричний каркас. Відносно створюваного ним поля соленоїд еквівалентний системі однакових кругових струмів із загальною прямий віссю. Нескінченно довгий соленоїд симетричний щодо будь-якої перпендикулярної до його осі площині. Отже, в будь-якій точці всередині і поза соленоїдом вектор В може мати лише напрямок, паралельне осі.

38 питання. дифракційна решітка - Оптичний прилад, що працює за принципом дифракції світла, являє собою сукупність великого числа регулярно розташованих штрихів (щілин, виступів), нанесених на деяку поверхню. Перший опис явища зробив Джеймс Грегорі, який використовував як грати пташине пір'я.

види решіток

§ відбивні: Штрихи нанесені на дзеркальну (металеву) поверхню, і спостереження ведеться у відбитому світлі

§ прозорі: Штрихи нанесені на прозору поверхню (або вирізаються у вигляді щілин на непрозорому екрані), спостереження ведеться в прохідному світлі.\

§ Опис явища

Фронт світлової хвилі розбивається штрихами решітки на окремі пучки когерентного світла. Ці пучки зазнають дифракцію на штрихах і интерферируют один з одним. Так як для різних довжин хвиль максимуми інтерференції виявляються під різними кутами (обумовленими різницею ходу інтерферуючих променів), то білий світ розкладається в спектр

формули

Відстань, через яке повторюються штрихи на решітці, називають періодом дифракційної решітки. позначають буквою d.

Якщо відомо число штрихів (  ), Що припадають на 1 мм решітки, то період решітки знаходять за формулою:  мм.

Умови інтерференційних максимумів дифракційної решітки, які спостерігаються під певними кутами, мають вигляд:

де

 - Період решітки,

 - Кут максимуму даного кольору,

 - Порядок максимуму, тобто порядковий номер максимуму, відрахований від центру картинки,

 - довжина хвилі.

Якщо ж світло падає на решітку під кутом  , То:

Характеристики

Однією з характеристик дифракційної решітки є кутова дисперсія. Припустимо, що максимум будь-якого порядку спостерігається під кутом ? для довжини хвилі ? і під кутом ? + ?? - для довжини хвилі ? + ??. Кутовою дисперсією решітки називається відношення D = ?? / ??. Вираз для D можна отримати якщо продифференцировать формулу дифракційної решітки

Таким чином, кутова дисперсія збільшується зі зменшенням періоду решітки d і зростанням порядку спектра k.

37 питання енергія магнітного поля.

Провідник, c протікає по ньому електричним ток, завжди оточений магнітним полем, причому магнітне поле зникає і з'являється разом зі зникненням і появою струму. Магнітне поле, подібно до електричного, є носієм енергії. Логічно припустити, що енергія магнітного поля збігається з роботою, що витрачається струмом на створення цього поля.

Розглянемо контур індуктивністю L, по якому протікає струм I. З цим контуром зчеплений магнітний потік Ф = LI, оскільки індуктивність контуру незмінна, то при зміні струму на dI магнітний потік змінюється на dФ = LdI. Але для зміни магнітного потоку на величину dФ слід зробити роботу dА = IdФ = LIdI. Тоді робота по створенню магнітного потоку Ф дорівнює


 Значить, енергія магнітного поля, яке пов'язане з контуром,

 (1)
 Енергію магнітного поля можна розглядати як функцію величин, які характеризують це поле в навколишньому просторі. Для цього розглянемо окремий випадок - однорідне магнітне поле всередині довгого соленоїда. Підставивши в формулу (1) формулу індуктивності соленоїда, знайдемо


 Так як I = Bl/ (?0?N) і В = ?0?H, то

 (2)
 де Sl = V - об'єм соленоїда.
 Магнітне поле всередині соленоїда однорідне і зосереджено всередині нього, тому енергія (2) укладена в обсязі соленоїда і має з нього однорідний розподіл з постійною об'ємною щільністю

 (3)

Формула (3) для об'ємної щільності енергії магнітного поля має вигляд, аналогічний висловом для об'ємної щільності енергії електростатичного поля, з тією відмінністю, що електричні величини замінені в ньому магнітними. Формула (3) виводилася для однорідного поля, але вона вірна і для неоднорідних полів. Формула (3) справедлива тільки для середовищ, для яких лінійна залежність У від Н, тобто воно відноситься тільки до пара- і діамагнетиків.

Візьмемо прямокутний контур 1-2-3-4. циркуляцію В по цьому контуру можна представити таким чином:

З чотирьох інтегралів, що стоять в правій частині, другий і четвертий рівні нулю, так як вектор Вперпендикулярний до ділянок контура, за якими вони беруться.

взявши ділянку 3-4 на великій відстані від соленоїда (де поле свідомо має бути дуже слабким), третім доданком можна знехтувати. Отже, можна стверджувати, що

тут В-магнітна індукція поля в тих точках, де розташовується відрізок 1 - 2, l-довжина цього відрізка.

якщо відрізок 1-2 проходить всередині соленоїда на будь-якій відстані від його осі, контур охоплює сумарний струм n ? I ? l, де пчисло витків соленоїда, що припадає на одиницю його довжини, I - сила струму в соленоїді. Тому згідно (21.15)

 I,

звідки

B = mmonI. (21.16)

Таким чином, поза нескінченно довгого соленоїда магнітна індукція дорівнює нулю, всередині - всюди однакова і має величину, яка визначається формулою (21.16). З цієї причини в навчанні про магнетизм нескінченно довгий соленоїд грає таку ж роль, як плоский конденсатор в навчанні про електриці. В обох випадках поле однорідно і повністю укладено всередині конденсатора (електричне) і всередині соленоїда (магнітне).

Твір nI називається числом ампер-витків на метр, А NI - числом ампер-витків.

Оскільки обидві половини нескінченно довгого соленоїда беруть рівну участь у створенні поля, то, якщо половину соленоїда прибрати, то у решти частини «напівнескінченного» соленоїда магнітна індукція буде дорівнює половині значення, одержуваного з (21.16)

 nI. (21.17)

 Практично, якщо довжина соленоїда значно більше, ніж його діаметр, формула (21.16) буде справедлива для точок в середній частині соленоїда, а формула (21.17) для точок поблизу його кінців.

Мал. 21.11. Тороїдальна котушка.

Тороїд являє собою тонкий дріт, щільно навитий на каркас, який має форму тора (ріс.21.11). Він еквівалентний системі однакових кругових струмів, центри яких розташовані по колу.

Для тороида, радіус сердечника якого R значно перевершує радіус витка, виходить така ж формула, як для нескінченно довгого соленоїда:

B = mmonI. (21.18)

У цьому випадку поле можна вважати однорідним в кожному з перетинів тороида. У різних перетинах поле має різне спрямування, тому говорити про однорідність поля в межах всього тороида можна тільки умовно, маючи на увазі модуль вектора В. Якщо радіус витка не набагато менше радіуса каркаса, то доводиться враховувати неоднорідність поля всередині сердечника, його збільшення в міру зменшення відстані до центру котушки.

Дифракція Фраунгофера.

 Дифракція плоских світлових хвиль, або, як часто говорять, дифракція в паралельних променях, вперше була розглянута І. Фраунгофера в 1821-1822 рр. Для отримання пучка паралельних променів світла, що падають на перешкоду (отвір або непрозорий екран), зазвичай користуються невеликим джерелом світла, який поміщається у фокусі збиральної лінзи.

Ріс.33.7. Дифракція світла на одиночній щілини.

Розподіл за різними напрямками інтенсивності світла за перешкодою досліджується за допомогою другої збирає лінзи і екрану, розташованого в фокальній площині лінзи. При візуальному спостереженні замість лінзи і екрану користуються зорової трубою, налаштованої на нескінченність. Найбільший практичний інтерес представляють випадки дифракції, що спостерігаються при проходженні плоскої хвилі крізь вузьку щілину або круглий отвір в непрозорому екрані і дифракційну решітку.

Нехай паралельний пучок монохроматичного світла падає нормально на непрозорий екран Е (рис. 33.7), в якому прорізана вузька щілина MN, що має постійну ширину b = MN і довжину l >> b. Відповідно до принципу Гюйгенса - Френеля точки щілини є вторинними джерелами хвиль, що коливаються в одній фазі, так як площину щілини збігається з фронтом падаючої хвилі. Якби при проходженні світла через щілину дотримувався закон прямолінійного поширення світла, то на екрані Е, встановленому в фокальній площині збиральної лінзи Л, вийшло б зображення

36 питання поляризація світла -

процес упорядкування коливань вектора напруженості електричного поля світлової хвилі при проходженні світла крізь деякі речовини (при ламанні) або при відображенні світлового потоку.

Поляризатор - речовина (або пристрій) служить для перетворення природного світла в плоскополярізованний.

Площина поляризації - площина, що проходить через напрямок коливань світлового вектора плоскополярізованний хвилі і напрям поширення цієї хвилі.

Квант світла, ізлучённий атомом, поляризований завжди. Однак випромінювання макроскопічного джерела світла (електричної лампочки, Сонця, свічки) є сумою випромінювань величезного числа атомів. Кожен з них випромінює квант приблизно за 10-8секунди, і якщо все атоми будуть випромінювати світло з різною поляризацією, то поляризація всього пучка буде змінюватися протягом таких же проміжків часу. Тому, в природному світлі всі ефекти, пов'язані з поляризацією усереднюються, і його називають неполяризованим. Для виділення з неполяризованого світла частини, яка має бажаної поляризацією, використовують поляризатори (наприклад, ісландський шпат або турмалін, а також штучні поляризатори).

Розберемо принцип дії поляризатора на простому механічному прикладі. Ми створюємо хвилю за допомогою мотузки, а в якості перешкоди маємо грати.
 Якщо хвиля поляризована паралельно, то вона безперешкодно проходить крізь перешкоду. Навпаки, поляризована в перпендикулярному напрямку хвиля, що біжить крізь перешкоду вже не пройде, а розпадеться на дві окремі стоячі хвилі, що відбиваються в обидві сторони від перепони. Таким чином, перешкода у вигляді решітки злучити поляризатором для біжать по мотузці поперечних хвиль, пропускаючи лише хвилі, поляризовані у вузькому діапазоні кутів у вертикальній площині.



ПЕРШЕ РІВНЯННЯ МАКВСВЕЛЛА. | Поляризація при відбитті, і в ламанні

Графічне зображення полів. | Методи спостереження інтерференції світла. | Характеристики теплового випромінювання | Закон Біо-Савара-Лапласа | Рух заряджених частинок в постійному магнітному полі. | Формулювання: циркуляція вектора напруженості магнітного поля по замкнутому контуру, дорівнює повному струму, що пронизує поверхню, обмежену цим контуром. | III і IV Рівняння МАКСВЕЛЛА | ДРУГЕ РІВНЯННЯ MAKCBЕЛЛA | Фізичний сенс Ф - кількість силових ліній магнітного поля, що перетинають одиничну площадку, орієнтовану перпендикулярно силовим лініям магнітного поля. | Самоіндукція і стрибок струму |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати