17.3. Энергия и плотность энергии магнитного поля

Рассмотрим соленоид, по виткам которого идет ток. Тогда в объеме соленоида и вокруг него возникает магнитное поле (Рис. 159).

Рис. 159.

По закону сохранения и превращения энергии совершенная работа равна энергии магнитного поля соленоида, т.е. :

,

Используя формулу для индуктивности соленоида для энергии магнитного поля, имеем:

, (125)

где V=lS- объем соленоида.

Тогда плотность энергии магнитного поля:

.

В изотропной среде вектора B и H коллинеарны.

Для анизотропной среды плотность энергии магнитного поля:

. (126)

Контрольные вопросы к § 17.

1. Появление чего в замкнутом контуре вызывает изменяющееся магнитное поле?

2. Что возникает под влиянием ЭДС индукции в замкнутом проводнике?

3. Перечислите оборудование в опыте 17.1 «Явление электромагнитной индукции».

4. В каком случае в замкнутом контуре появляется индукционный ток?

5. Чему равна ЭДС электромагнитной индукции?

6. Запишите формулу для вычисления магнитного потока?

7. Какие две компоненты имеет магнитный поток?

8. Дайте определение потокосцеплению?

9. Дайте определение потоку рассеяния?

10. Сформулируйте правило, по которому можно определить направление индукционного тока?

11. Перечислите оборудование в опыте 17.2 «Правило Ленца».

12. Дайте определение индуктивности проводника?

13. В чем измеряется индуктивность проводника?

14. Чему равна индуктивность проводника?

15. Чему равна индуктивность очень длинного соленоида?

16. Дайте определение самоиндукции?

17. В чем состоит явление взаимоиндукции?

18. Запишите формулы для вычисления энергия магнитного поля?

19. Запишите формулу для вычисления плотности энергии магнитного поля?

20. Чему равна плотность энергии магнитного поля для изотропной и анизотропной сред?

§ 18. Получение переменной ЭДС. Сопротивление, индуктивность и емкость в цепи переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока. Резонанс в последовательной и параллельной цепи. Проблема передачи электроэнергии на расстояние, трансформатор

1. Получение переменной ЭДС.

2. Сопротивление, индуктивность и емкость в цепи переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока.

3. Резонанс в последовательной и параллельной цепи.

4. Проблема передачи электроэнергии на расстояние, трансформатор.

18.1. Получение переменной эдс

Рассмотрим контур АВСD, вращающийся с частотой  в постоянном магнитном поле, причем АВ(СD) всегда перпендикулярна направлению поля (Рис. 160).

Рис. 160.

При этом на электроны в контуре действует сила Лоренца, направление которой указано на рисунке 161.

Рис. 161.

Под действием этой силы электроны в контуре приходят в движение, т.е. возникает электрический ток: при t=0 , а спустя .

Таким образом, каждые полпериода направление тока в рамке изменяется на противоположное. Угол поворота рамки определится как:

=t. (127)

По закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС в рамке определяется соотношением:

(128)

где  = BS cos  – магнитный поток, пронизывающий рамку.

Получим:

(129)

где

(130)

Вывод: ЭДС индукции в рамке изменяется по гармоническому закону.

Рис. 162.