41 Самоіндукція і взаємоіндукція. Індуктивність.

П ри зміні сили струму у контурі буде змінюватися і потік магнітного поля, створений цим струмом. У результаті в самому контурі виникатиме деяка ЕРС. Це явище називають самоіндукцією. Самоіндукція — явище виникнення електрорушійної сили в контурі при зміні сили струму, який проходить у цьому контурі.

Індуктивність – це величина ЕРС самоіндукції, яка виникає в контурі при зміні струму на один ампер за одну секунду. Індуктивність позначається літерою L та вимірюється у генрі. Індуктивність залежить від форми, розмірів і магнітної проникності середовища, у якому перебуває провідник.

Індуктивність можна знайти, поділивши магнітний потік на силу струму. ЕРС самоіндукції прямо пропорційна індуктивності та зміні сили струму за деякий час і обернено пропорційна цьому часу.

Індуктивність — фізична величина, що характеризує здатність провідника нагромаджувати енергію магнітного поля, коли в ньому протікає електричний струм.

Позначається здебільшого латинською літерою L, у системі СІ вимірюється в Генрі.

Дорівнює відношенню магнітного потоку Φ через контур, визначений електричним колом, до величини струму І в колі , тобто

.

Взаємоіндукція - явище магнітного зв'язку електричних контурів, яке проявляється у виникненні електрорушійної сили індукції в одному з них при зміні струму в іншому. Явище В. і. широко використовується в електро- і радіотехніці, зокрема, воно лежить в основі дії трансформатора. Кількісною характеристикою магнітного зв'язку електр. контурів є взаємна індуктивність.

42 Енергія магнітного поля.

Магнітне поле нерозривно зв'язане з електричним струмом: воно виникає,

змінюється і зникає зі зміною сили струму. Отже, під час замикання кола

частина енергії джерела струму завжди витрачається на створення магнітного

поля. Тому воно повинно мати енергію, що дорівнює роботі, витраченій стру­

мом на його створення. Саме енергією магнітного поля пояснюється явище

електромагнітної індукції, зокрема самоіндукції.

Енергія магнітного поля котушки індуктивності дорівнює половині

д обутку її індуктивності на квадрат сили струму в ній:

43 Діа-, Пара-, феромагнетики

Діамагнети́зм — властивість речовини намагнічуватися у зовнішньому магнітному полі в напрямку протилежному напрямку цього поля. Тобто, це явище виникнення у речовині (діамагнетику) намагніченості, направленої назустріч зовнішньому (намагнічувальному) полю. Магнітна проникність діамагнетиків  .

Парамагнетики - речовини, які намагнічуються у зовнішньому магнітному полі в напрямку зовнішнього магнітного поля. Парамагнетики відносяться до слабомагнітних речовин, магнітна проникність незначно відрізняється від одиниці   .

Атоми ( молекули або іони) парамагнетика володіють власними магнітними моментами, які під дією зовнішніх полів орієнтуються по полю і тим самим створюють результуюче поле, що перевищує зовнішнє. Парамагнетики втягуються в магнітне поле. Під час відсутності зовнішнього магнітного поля парамагнетик НЕ намагнічений, так як з-за теплового руху власні магнітні моменти атомів орієнтовані абсолютно безладно.

Феромагнетики – речовини, у яких внутрішнє магнітне поле в сотні й тисячі раз перевищує магнітне поле, що викликало його зовнішнє. Феромагнетики мають намагніченість  у відсутності магнітного поля. Феромагнетизм спостерігається в кристалів перехідних металів Fe, Co, Ni  і в ряду сплавів.

45

Електромагнітні коливання – це періодичні зміни фізичних величин, які характеризують стан системи провідників. Вільні електромагнітні коливання модна отримати без споживання енергії від зовнішніх джерел, якщо коло буде складатися з пристроїв, які можуть накопичувати електричну і магнітну енергію.

 Періодичне взаємоперетворення електричного та магнітного полів називають електромагнітними коливаннями.

 ^ Для отримання електромагнітних коливань утворюють коливальний контур. У найпростішому випадку коливальний контур складається із паралельно з’єднаних котушки індуктивністю L і конденсатора ємністю C.

 Ко нденсатор заряджають від джерела електричної енергії і при замиканні його на котушку відбуваються електромагнітні коливання, суть яких виражається у перетворенні енергії електричного поля конденсатора в енергію магнітного поля котушки і навпаки

 Якщо активний опір у коливальному контурі достатньо малий то максимальне значення енергія електричного поля рівне максимальному значенню енергії магнітного поля, тобто

 У будь який момент часу енергію у коливальному контурі визначають:

 Коливання в ідеальному контурі(R=0) є гармонічними, тобто описуються за законом синуса або косинуса. Період таких коливань визначають умовою рівності реактивних опорів котушки і конденсатора: . Частоту ω, при якій виконується дана рівність називають власною частотою коливального контуру -

 Період власних коливань визначають формулою Томсона:

 Реальний контур завжди має активний опір, а отже існують втрати енергії і вільні коливання завжди є затухаючими . Щоб дістати незатухаючі електромагнітні коливання треба приєднати в коливальний контур джерело зовнішньої синусоїдальної ЕРС, під дією якої у контурі встановляться вимушені коливання з частотою джерела.

 Якщо частота вимушених коливань наблизиться до власної частоти контуру настає електричний резонанс тобто різко зростає сила струму і відповідно напруга на активному опорі. ( зростання можливе у сотні разів! )

Електромагнітною хвилею називають електромагнітні коливання, які поширюються у просторі із скінченою швидкістю. Випромінюють електромагнітні хвилі відкритим коливальним контуром, тобто контуром, в якому пластини конденсатора розсунуто на порівняно велику відстань. 12. Електромагнітні хвилі поширюються у вакуумі та у середовищі. 13 . Найбільшою є швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі. Вона складає приблизно 300000км/с. Цю швидкість називають швидкістю світла – 14. Швидкість поширення електромагнітних хвиль у середовищі завжди менша ніж у вакуумі і залежить від електричних та магнітних властивостей самого середовища : 15 . Величину, яка показує у скільки разів швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі більша ніж у середовищі, називають абсолютним показником заломлення даного середовища: 16. Для електромагнітних хвиль є справедливим співвідношення:

47

Інтерференцією світла називається явище накладання двох або кількох когерентних світлових хвиль, в результаті якого відбувається перерозподіл інтенсивності світла в просторі.

Переривчасте випромінювання світла атомами у вигляді окремих короткочасних імпульсів називається хвильовим цугом.

Довільне реальне немонохроматичне світло можна представити у вигляді сукупності незалежних гармонічних цугів, які змінюють один одного. Середня тривалість такого цугу називається часом когерентності.

Когерентність існує лише в межах одного цугу, і час когерентності не може перевищувати час випромінювання, тобто .

Якщо хвиля поширюється в однорідному середовищі, то фаза коливань в певній точці середовища зберігається лише протягом часу когерентності . За цей час хвиля поширюється на відстань , що називається довжиною когерентності (або довжиною цугу).

Швидкість світла в середовищі:

, (1.1)

де – швидкість світла у вакуумі; – показник заломлення середовища.

Оптична довжина шляху світлової хвилі:

, (1.2)

де – геометрична довжина шляху світлової хвилі в середовищі з показником заломлення .

Оптична різниця ходу двох світлових хвиль:

. (1.3)

Залежність різниці фаз від оптичної різниці ходу світлових хвиль:

, (1.4)

де – довжина світлової хвилі.

Для спостереження інтерференції потрібні когерентні джерела світла. У природі такі не існують, всі природні джерела світла не когерентні.

Дві когерентні хвилі можна отримати, розділивши хвилю на дві частини і наклавши їх одна на одну.

Умова максимуму при інтерференції:

(1.5)

Умова мінімуму при інтерференції:

(1.6)