10. Ток смещения

Термин «ток смещения» не очень удачен. Так, для диэлектриков он имеет смысл, потому что происходит смещение зарядов в атомах и молекулах. Но в вакууме тоже используется этот термин, никаких зарядов нет – никаких смещений тоже нет. И термин остался в силу исторических традиций. 

Рис. 8. Закон Кулона

11. Вихревое электрическое поле

Чтобы лучше понимать появление электрического поля в изменяющемся магнитном поле, проведём эксперимент. Предположим, имеется заряд, который движется в пространстве прямолинейно с постоянной скоростью. На пути движения заряда есть соленоид с однородным магнитным полем. Что увидит наблюдатель, который движется в том же направлении с той же скоростью вместе с этим зарядом? Пока заряд не приблизился к соленоиду, для наблюдателя заряд будет оставаться неподвижным. Как только заряд и наблюдатель приблизились к соленоиду, заряд относительно наблюдателя начинает двигаться. И далее движется по какой-то кривой траектории. Но на неподвижный заряд для наблюдателя может действовать только электрическая сила. Только сила со стороны электрического поля. Поэтому наблюдатель скажет, что появилось электрическое поле, которое стало действовать на заряд. Откуда появилось это электрическое поле? По мере приближения к соленоиду индукция магнитного поля для наблюдателя изменялась от нуля до конечного значения. Значит, наблюдатель скажет, что электрическая сила появилась только потому, что изменилось магнитное поле. Этот пример наглядно объясняет то, как в изменяющемся магнитном поле появляется вихревое электрическое.

Итоги

- Изменяющееся магнитное поле порождает вокруг себя вихревое электрическое поле, которое действует на заряды токопроводящего контура.

- Изменяющееся электрическое поле порождает вокруг себя магнитное.

- Исследование явлений электромагнитной индукции приводит к выводу о том, что переменное магнитное поле порождает вокруг себя вихревое электрическое.

- Анализируя прохождение переменного тока через цепи, содержащие диэлектрики, Максвелл пришёл к выводу, что переменное электрическое поле может порождать магнитное поле за счёт тока смещения.

- Электрическое и магнитное поле – компоненты единого электромагнитного поля, которое распространяется в пространстве в виде поперечных волн с конечной скоростью. 

Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля

Явление самоиндукции
Явление самоиндукции - частный случай электромагнитной индукции и, следовательно, для него справедливы все закономерности явления электромагнитной индукции. При этом Изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДСиндукции в том же са­мом проводнике, по которому течет ток, создающий это поле. Вихревое магнитное поле препятствует нараста­нию тока в проводнике. При уменьшении то­ка вихревое поле поддерживает его.
В момент замыкания клю­ча ЭДС самоиндукции   в катушке препятствует нарастанию тока I: Л2 загорается позжеЛ1 (рис). (Резистор R уравновешивает сопротивление катушки L, чтобы лампочки горели с одинаковой яркостью).
Опыт иллюстрирует, что для изменения тока требуется время, т.е. явление самоиндукции аналогично явлению инерции в механике. При размыкании этой цепи лампочки гаснут одновременно, т.к. две верхних ветви соединены последовательно (токи одинаковы в любой момент времени).
Цепь разомкнули. В момент размыкания через гальванометр течет ток против начального тока:    может быть больше ЭДС источника  (рис). Следова­тельно, ток после размыкания уве­личивается.
Учёт ЭДС самоиндукции в технике. Масляные выключатели; при размыкании цепи с большой индуктивностью параллельно включают конденсатор с большой электроемкостью и высоким напряжением. При замыкании и размыкании цепи возникают экстратокизамыкания (размыкания) тем большие по величине, чем быстрее происходит процесс.
Индуктивность Если через катушку пропускать ток, то Ф ~ I. Следовательно, Ф=LI, где L — индуктивность катушки (коэффициент самоиндукции), характеризую­щая ее магнитные свойства.
Индуктивность показывает, какой магнитный поток пронизывает данный проводник при прохождении по нему тока силой 1 А (в СИ).
Согласно закону электромагнитной индукции  Но ΔФ=LΔI, следовательно:
Индуктивность численно равна эдс самоиндукции, возникающей в проводнике при изменении силы тока на единицу силы тока (1 А) за единицу времени (1с). В СИ единица индуктивности – Генри.
Индуктивность – характеристика проводника, зависящая только от: Формы Размеров Магнитной проницаемости среды.
Например, индуктивность катушки зависит от числа витков, диаметра катушки, ее длины и материала сердечника.
Энергия магнитного поля.
По аналогии с кинетической энергией:
При замыкании цепи энергия равна работе по созданию тока (вихревого электрического поля). При размыкании энергия магнитного поля превращается в тепловую (искра., дуга).

Домашнее задание

1. Т.Н.Засекина, Д.А.Засекин Е.В. Физика. 11класс, «Сиция», 2011.Читать §31(с.132-136).

2. Ответить на вопросы:

1. Какое электрическое поле образуется при изменении магнитного поля?

2. Почему при размыкании цепи питания трансформатора или электродвигателя может возникнуть сильная искра?

3. Решить задачи:

1. Какова индуктивность контура, если при равномерном изменении силы тока на 5 А за 50 мс в этом контуре создаётся ЭДС 10 В?

2. Катушку с индуктивностью 50 мГн, по которой шёл ток 2 А, с помощью переключателя замкнули накоротко. Какое количество теплоты выделилось в катушке к тому моменту, когда сила тока уменьшилась до 1 А?