Магнітна індукція

Магнітна індукція — векторна фізична величина, яка характеризує величину і напрямок магнітного поля з урахуванням впливу середовища. Магнітна індукція пов'язана з напруженістю магнітного поля :

,

де μ— магнітна проникність.

У системі СГС магнітна індукція поля вимірюється в гаусах (Гс), в системі СІ — в теслах (Тл).

20. Напруженість магнітного поля. Закон Біо-Саварра-Лапласа

Напру́женість магні́тного поля — векторна характеристика, яка визначає величину й напрям магнітного поля в даній точці в даний час.

Позначається зазвичай латинською літерою , вимірюється в ерстедах у системі СГСМ і ампер-витках на метр (А·в/м) у системі СІ.

Біо-Савара-Лапласа закон — закон, який визначає напруженість магнітного поля електричного струму, що тече у прямолінійному дуже довгому провіднику.

Мал. 1.

За законом Біо-Савара

де H — напруженість магнітного поля в точці М на відстані r від прямолінійного провідника із струмом I (мал. 1); k — коефіцієнт пропорційності, величина і розмірність якого залежать від вибору системи одиниць, r — радіусвектор.

Закон Біо-Савара експериментально відкрили 1820 Жан-Батіст Біо і Фелікс Савар. Цей закон є частковим випадком більш загального закону Біо-Савара-Лапласа, сформульованого П. Лапласом 1820 на підставі матеріалів з численних дослідів Ж.-Б. Біо і Ф. Савара.

Мал. 2.

За цим законом величина напруженості магнітного поля в точці М на відстані r від елемента М провідника довільної форми визначається формулою:

де α — кут між напрямом струму I і напрямом радіуса-вектора r (мал. 2). Повна напруженість магнітного поля H, створюваного струмом у провіднику довільної форми і скінченної довжини, дорівнює геометричній сумі елементарних напруженостей.

Наприклад, інтегруванням (2) одержують формули напруженості магнітного поля навколо нескінченно довгого прямолінійного провідника зі струмом, тобто формулу Б. — С. з. (1), напруженість магн. поля в центрі колового струму

напруженість магнітного поля в середній частині дуже довгого соленоїда H = k4πIn та ін. Напрям напруженості магнітного поля в усіх випадках визначається за правилом ґвинта.

21. Взаємодія провідників зі струмом. Одиниця сили струму - Ампер

 

22. Сила Лоренца. Рух електрона у магнітному полі

Сила Лоренца - сила, що діє на електричний заряд, який перебуває у електромагнітному полі.

.

Тут - сила, q - величина заряду, - напруженість електричного поля, - швидкість руху заряду, - вектор магнітної індукції.^[1]

Електричне поле діє на заряд із силою, направленою вздовж силових ліній поля. Магнітне поле діє лише на рухомі заряди. Сила дії магнітного поля перпендикулярна до силових ліній поля й до швидкості руху заряду.

Названа на честь Гендрика Лоренца, який розробив це поняття 1895 року.

Движущийся электрон представляет собой элементарный электрический ток и испытывает со стороны магнитного поля такое же действие, как и проводник с током. Из электротехники известно, что на прямолинейный проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует механическая сила под прямым углом к магнитным силовым линиям и к проводнику. Ее направление изменяется на обратное, если изменить направление тока или направление магнитного поля. Эта сила пропорциональна напряженности поля, величине тока и длине проводника, а также зависит от угла между проводником и направлением поля. Она будет наибольшей, если проводник расположен перпендикулярно силовым линиям; если же проводник расположен вдоль линий поля, то сила равна нулю.

Рис.2 - Движение электрона в поперечном магнитном поле.

Если электрон в магнитном поле неподвижен или движется вдоль силовых линий, то на него магнитное поле вообще не действует. На рис.2 показано, что происходит с электроном, который влетает в равномерное магнитное поле, созданное между полюсами магнита, с начальной скоростью Vo перпендикулярно к направлению поля. При отсутствии поля электрон двигался бы по инерции прямолинейно .и равномерно (штриховая линия); при наличии поля на него будет действовать сила F, направленная под прямым углом к магнитному полю и к скорости v0. Под действием этой силы электрон искривляет свей путь и двигается по дуге окружности. Его линейная скорость Vo и энергия при этом остаются неизменными, так как сила F все время действует перпендикулярно к скорости Vo. Таким образом, магнитное поле в отличие от электрического поля не изменяет энергию электрона, а лишь закручивает его.

23. Дуалістична природа світла. Імпульс та енергія фотона

А взагалі природа світла дуалістична - двоїста. Одні явища пояснюються хвильовою теорією, а інші - квантовою. Зв'язок між квантовою і хвильовою теорією виражається за формулою Планка: Е = h • n Е = Е - енергія кванта; n - частота коливань l - довжина хвилі; h - стала Планка. h = 6,62 х 10-34 Дж • с Фотон (квант) існує до тих пір, поки рухається, він не має маси спокою. При зустрічі з речовиною, він зникає, а енергія переходить до речовини. Фотон є істинно-нейтральною частинкою, що означає, що його античастинка є тим самим фотоном.

Імпульс фотона визначають за формулою

Фотони не мають електричного заряду іх маса нульова. Їхні основні характеристики: енергія, зв'язана з частотою за допомогою формули і спін рівний одиниці

Фотони видимого світла мають енергії в діапазоні від 1,7 до 3 еВ; вони появляються при переходах атомів і молекул із збуджених станів в стани з меншою енергією. Гамма-фотони появляються в результаті аналогічних процесів, що відбуваються в середині атомних ядер. При гальмуванні електронів високих енергій можуть бути отримані фотони дуже великих енергій — до 1000 МеВ, що майже в 2 000 разів перевищує власну енергію нерухомого електрона. Фотони високих енергій можуть перетворитися в пару заряджених частинок — електрон й позитрон. При цьому енергія фотона, що зникає, повинна бути більшою за суму власних енергій частинок, що з'явилися.

24. Електромагнітна індукція. Основний закон електромагнітної індукції

Електромагнітна індукція — виникнення електрорушійної сили у провіднику, що перебуває у змінному магнітному полі.

Явище електромагнітої індукції відкрив у 1831 році Майкл Фарадей. До того було відомо, що електричний струм у провіднику створює магнітне поле. Однак оберненого явища не спостерігалося. Постійне магнітне поле не створює електричного струму. Фарадей встановив, що струм виникає при зміні магнітного поля. Якщо підносити й віддаляти до рамки з провідного матеріалу постійний магніт, то стрілка підключеного до рамки вольтметра відхилятиметься, детектуючи електричний струм. Ще краще це явище проявляється, якщо вставляти (виймати) магнітне осердя в котушку з намотаним провідником.

Фарадей становив кількісний закон електромагнітної індукції, описавши його рівнянням:

де

— електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає в котушці, що перебуває у змінному магнтіному полі, у вольтах

N — кількість витків у котушці

Φ — магнітний потік у веберах

Якщо в провіднику виникає електрорушійна сила, то відповідно, індукований в ньому струм буде визначатися за законом Ома формулою

,

де R - опір провідника. Такий струм називається індукційним струмом.