На головну

І магнітними полями

  1.  Аналогія між магнітними і електричними ланцюгами постійного струму.
  2.  Контрольна робота повинна бути виконана студентом в окремій учнівського зошита в клітинку з полями не менше 3 см для зауважень викладача.
  3.  Відмінності між електричним і магнітним полями:
   гравітаційне поле  Електричне поле  Магнітне поле
 Носій поля  маса m  Електричний заряд q  елемент струму Idl
 Сілавзаімодействія  сила гравітації  сила Кулона  сила АмпераdF ~
 Характерістікаполя  напруженість  напруженість  індукція
   На поверхні Землі  Для точечногозаряда q1  Для елемента струму dB=
 Коеффіціентпропорціональ-ноcті  ГравітаціоннаяпостояннаяG = 6,67 10-11 ( Н . м2/ кг2)  Електріческаяпостоянная  = 8,85.10-12 (кл2/ (Н .м2))  Магнітнаяпостоянная  = 1,26.10-6 Н / А2 (Н / А2)
 Характерістікасреди  Сила взаємодії не залежить від властивостей середовища  Діелектрична проникність  Магнітнаяпроніцаемость
 Направленіесіливзаімодействія  Спрямовані уздовж лінії, що з'єднують матеріальні точки, і завжди є силами тяжіння    Спрямовані уздовж лінії, що з'єднують точкові заряди, але можуть бути силами і тяжіння, і відштовхування  Перпендикулярні площині, де знаходяться елемент струму  і вектор індукції магнітного поля

Наприклад, для гравітаційного поля з закону всесвітнього тяжіннявипливає, що на тіло з масою m, Що знаходиться на поверхні Землі, діє сила гравітації, або сила тяжіння (P): P =  , де M-маса, а Rрадіус Землі. Тоді силовий характеристикою гравітаційного поля в даному випадку може служить вираз .

З іншого боку, ми знаємо, що під впливом сил гравітації тіла набувають прискорення вільного падіння g. Просте порівняння закону гравітації з другим законом динаміки (P = mg) показує, що прискорення вільного падіння g і є напруженість поля тяжіння, або гравітації: .

Для електричного поля напруженість  електричного поля в даній точці - це векторна величина, що дорівнює відношенню сили, що діє з боку поля на поміщений у дану точку пробний (тобто позитивний і малий, щоб своїм полем не внести спотворення) заряд  , До значення цього заряду.

Тоді модуль сили Кулона можна уявити як F = E.q, де q - Вже заряд, на який впливає електричне поле з напруженістю Е.

Аналогічно для магнітного поля сила dF, з якої магнітне поле діє на елемент струму I.dl, можна уявити як dF ~ B. I.dl (Див. Табл. 6.1).

Як ми вже відзначали, аналогія між вищевказаними взаємодіями не означає їх ідентичність. Зовнішнім проявом їх відмінності є напрям дії сил цих взаємодій.

Сили гравітаційної взаємодії спрямовані уздовж лінії, що з'єднує матеріальні точки(Або центри мас фізичних тіл) і завжди є силами тяжіння.Напрямки сили впливу (  ) І напруженості (  ) Поля в даному випадку завжди збігаються.

Сили електричного взаємодії теж спрямовані уздовж лінії, що з'єднує точкові заряди, але вони можуть бути і силами тяжіння і силами відштовхування.(Різнойменні заряди притягають, а однойменні заряди відштовхують одна одну). І в цьому випадку напрямок вектора напруженості (  ) Збігається з напрямком вектора кулоновской сили, тому зв'язок між ними в векторному вигляді має вигляд: = . .

Сили магнітного взаємодії спрямовані по-іншому. Хоча різнойменні полюси магнітів (як електричні заряди) взаємно притягуються, а однойменні - відштовхуються, на елемент струму магнітне поле діє силою, напрям якої перпендикулярно і елементу струму, і індукції магнітного поля. Цей напрямок визначається за формулою: (законАмпера), Де сила магнітного впливу прямо пропорційна векторному добутку векторів елемента струму (  ) І індукції (  ). Нагадаємо, що при векторному множенні векторів  утворюється новий вектор, модуль якого дорівнює АВ sin ?, де ? - кут між векторами и  , А напрямок визначається правилом правого гвинта, або правилом правої руки: якщо поворот від  до  збігається з обертанням головки правого гвинта, то напрямок поступального руху вістря гвинта показує напрямок нового вектора. Зазвичай для визначення напрямку сили впливу магнітного поля застосовують правило лівої руки[1]. Якщо долоню лівої руки розташувати так, щоб вектор індукції магнітного поля входив в долоню, а чотири витягнутих пальці прямували вздовж струму, то відігнутий на 900 великий палець покаже напрям сили, що діє на цей елемент струму (рис. 6.1).

 Одиниця виміру індукції магнітного поля (тесла)визначається з спрощеного виразу , Коли прямолінійний провідник знаходиться в однорідному магнітному полі (B = const), Т. Е. 1 тесла є магнітна індукція такого однорідного магнітного поля, яке діє з силою в 1 Н на прямолінійний провідник довжиною 1 м з струмом 1 А, Розташований перпендикулярно полю.

§ 6.4. потенційні поля

за своїм енергетичним властивостями, за властивостями здійснювати роботу, поля поділяються на два типи: потенційні і вихрові.

Якщо робота, що здійснюються силами поля при переміщенні тіла (або заряду) з одного положення в інше, не залежить від траєкторії, а залежить тільки від початкового і кінцевого положення переміщеного тіла (або заряду), то таке поле називається потенційним,а сили - консервативними (наприклад, гравітаційні, електричні поля нерухомих зарядів і ін.).

Елементарна робота в полі тяжіння (наприклад, Землі, використовуючи закон всесвітнього тяжіння)

.

А кінцева робота, що здійснюються полем при переміщенні тіла масою m від точки R1 до точки R2 :

 і залежить тільки від R1 и R2.

Елементарна робота в електростатичному полі як скалярний добуток векторів сили Кулона і переміщення (рис. 2.1):

dA =  = F.cos?.ds,

маючи на увазі, що cos?.ds = dr, а (Рис.6.2), для dA отримаємо:

.

 Тоді кінцева робота, що здійснюються

електричним полем заряду q при переміщенні заряду q0 з точки 1 в точку 2:

 Як ми бачимо, ці роботи визначаються тільки початковим і кінцевим положенням тіла або пробного заряду q0 , Т. Е. гравітаційніабо електричні поля є потенційними. Так як ці роботи здійснюються за рахунок енергії поля (потенційної енергії), то робота A1 > 2 з точки 1 до точки 2 дорівнює зменшенням потенційної енергії Wp:

 . (6.2)

порівнюючи з А12 для вираження потенційної енергії електричного поля, отримуємо: .

Аналогічно для потенційної енергії гравітаційного поля маємо: Wp = GMm / R + C.

Таким чином, робота потенційного поля дорівнює зменшенням потенційної енергії поля  , А це означає, що, якщо відомо W(  ), можна знайти  і, навпаки, при відомій  можна визначити W(  ):

W(  ) = .

Як бачимо, потенційна енергія визначається з точністю до деякої довільної сталої С, Але це не страшно, т. К. В фізичних закономірностях W(  ) Зазвичай присутній у вигляді диференціала або як різниця потенційної енергії (просто вибирають доцільний і виправданий нульовий рівень). Наприклад, постійну інтегрування С можна визначити з умови, що з відстанню вплив поля слабшає і в безкінечності Wp (R > ?) = 0, тоді С = 0 (Іноді в деяких завданнях за нульовий рівень потенційної енергії гравітаційного поля приймають поверхню Землі).

Потенціалом електричного поля (?)називається фізична величина, що дорівнює відношенню потенційної енергії пробного точкового заряду, поміщеного в розглянуту точку поля, до цього заряду:

 . (6.3)

Як видно з (6.3), ? не залежить від значення пробного заряду q0 і служить енергетичної характеристикою електричного поля заряду q.

Порівнюючи формули (6.2) і (6.3), для роботи потенційного поля отримуємо: =?1-?2 або А = q0(?1-?2). (6.4)

Таку роботу здійснюють сили поля, якщо заряд q0 переміщається з точки з потенціалом ?1 в точку з потенціалом ?2, Або, іншими словами, різниця потенціалів двох точок поля дорівнює роботі сил поля по переміщенню одиничного позитивного заряду з однієї точки в іншу.

З огляду на умови нормування потенційної енергії поля (Wp (R > ?) = 0), можна сказати, що потенціал поля дорівнює роботі, яку здійснюють полем при переміщенні одиничного позитивного заряду з цієї точки поля до нескінченності. Таке уявлення використовується для визначення одиниці виміру потенціалу електричного поля - Вольта. 1 Вольт є потенціалом такої точки електричного поля, при переміщенні з якої заряду +1 Кл на нескінченність відбувається 1 Дж робота.

1 Вольт (В) = 1Дж / 1Кл або 1 Вольт=

Тепер уже можна по-іншому визначити одиницю виміру напруженості електричного поля як .

В атомній фізиці, астрофізиці і хімії за одиницю енергії зазвичай приймається електрон-вольт (еВ).за 1еВ приймається така кількість енергії, яке набуває електрон, пройшовши різниця потенціалів ?? = 1в.

З огляду на, що заряд електрона дорівнює 1,6 · 10-19кл, отримаємо:

1еВ = 1,6.10-19 кл. 1 в = 1,6.10-19Дж

Для порівняння: енергія теплового руху молекул при кімнатній температурі (Т?300К0) .

Якщо ж робота поля залежить від траєкторії, то сили впливу таких полів називаються диссипативними або Неконсервативні, а поля - вихровими (непотенційного). У вихрових полів не дотримується важлива властивість потенційних полів: робота поля по замкнутій траєкторії Не рівняється нулю, як у потенційних полів.



 Гравітаційне (або електричне, ілімагнітное) поле - це особливий вид матерії, за допомогою якого здійснюється гравітаційне (або електричне, або магнітне) взаємодія. |  Магнітні поля і електричні поля, які вони створюють, непотенційного.

 Поверхня, у всіх точках якої потенціал поля однаковий, називається еквіпотенційної поверхнею. |  Електричним струмом називається впорядкована (спрямований) рух електричних зарядів. |  Електрорушійна сила (ЕРС) джерела |  Сила струму I в провіднику пропорційна прикладеній напрузі або різниці потенціалів на кінці провідника U і обернено пропорційна опору R провідника. |  Змінне електромагнітне поле, що розповсюджується в просторі, і є електромагнітна хвиля. |  Закон незалежності світлових пучків: пучки світлових променів, перетинаючись, не взаємодіють і поширюються після перетину незалежно один від одного. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати