Заключение
В электростатическом поле работа по перемещению заряда по замкнутому пути равна нулю, следовательно, равна нулю и циркуляция вектора напряженности: . Электростатическое поле потенциально, поэтому каждую точку поля, кроме напряженности, можно характеризовать и потенциалом. Связь между этими величинами следующая: . Для электростатического поля справедлива теорема Остроградского-Гаусса:
.
В соответствии с законом Кулона
напряженность поля точечного заряда
убывает обратно пропорционально
квадрату расстояния. Электрическое
поле обладает энергией, объемная
плотность которой определяется
выражением:
.
Это выражение справедливо для любого
электрического поля, а не только для
электростатического.Электростатическое поле не может поддерживать ток в замкнутой цепи. Для этого необходимы сторонние силы, которые характеризуются ЭДС, определяемой как циркуляция напряженности поля сторонних сил:
.
Для металлических проводников справедлив
закон Ома:
.За счет энергии тока может совершаться механическая работа, могут протекать химические реакции. Если же проводник неподвижен и реакций не происходит, работа тока расходуется на нагрев проводника. В соответствии с законом Джоуля-Ленца выделяемая теплота пропорциональна квадрату силы тока:
.Магнитное поле создается движущимися зарядами. Силы, действующие в магнитном поле, не являются центральными – линии действия сил не проходят через центры взаимодействующих тел. Магнитное поле не потенциально – циркуляция вектора магнитной индукции не равна нулю:
.
Теорема Гаусса для магнитного поля
гласит, что магнитный поток через
замкнутую поверхность равен нулю:
.
Это является следствием отсутствия
магнитных зарядов и замкнутости линий
магнитной индукции.
Электрический ток в контуре возникает при изменении магнитного потока, пронизывающего контур. При этом возникает вихревое электрическое поле, циркуляция которого равна ЭДС индукции. Изменение магнитного потока может вызываться изменением силы тока в другой близко расположенной катушке (это явление называется взаимной индукцией) или изменением тока в самом контуре (самоиндукция). В обоих случаях в контуре наводится ЭДС, направленная так, чтобы противодействовать причине, ее порождающей.
Причиной изменения электрического поля в диэлектрике является поляризация диэлектрика и, как следствие, возникновение связанных зарядов на его границе. Чем больше диэлектрическая проницаемость вещества, тем больше поверхностная плотность связанных зарядов, тем меньше напряженность поля внутри диэлектрика.
Причиной изменения магнитного поля в магнетике является его намагничивание, которое можно трактовать как возникновение поверхностных токов, создающих собственное магнитное поле. В диамагнетиках индукция магнитного поля несколько меньше индукции поля в вакууме, а в парамагнетиках - несколько больше. Ферромагнетики обладают очень большой магнитной проницаемостью, поэтому магнитная индукция внутри во много раз больше, чем в вакууме. Однако это наблюдается лишь в сравнительно слабых полях. В очень сильных полях магнитная проницаемость близка к единице.
В металлах носителями зарядов являются электроны, потерявшие связь с атомами кристаллической решетки; в электролитах - положительные и отрицательные ионы, образовавшиеся при диссоциации молекул; в газах - ионы и электроны, образовавшиеся при ионизации; в вакууме - электроны, покинувшие поверхность металла вследствие термоэлектронной эмиссии, в полупроводниках - электроны и дырки, образовавшиеся при разрыве ковалентных связей при воздействии света, теплового движения или за счет примесей.
Закон Ома при всех возможных значениях напряженности поля и плотности тока выполняется только для металлов. В электролитах он выполняется вплоть до очень высоких значений напряженности поля E105 В/м, в газах до значений плотности тока, существенно меньших, чем плотность тока насыщения, в однородных полупроводниках только в слабых полях.
Колебания технического переменного тока, получаемые при вращении рамки (катушки) в магнитном поле, близки к синусоидальным. Амплитуда тока в цепи зависит от величины сопротивления. В активном сопротивлении колебания тока происходят в одинаковой фазе с колебаниями напряжения, поэтому в таком сопротивлении происходит выделение мощности тока – нагрев или совершение механической работы. В реактивных элементах (конденсатор, катушка индуктивности с пренебрежимо малым активным сопротивлением) ток сдвинут по фазе относительно напряжения на угол /2 (в конденсаторе ток опережает, а в катушке отстает на этот угол), поэтому выделение мощности в среднем за период равно нулю.
В последовательной RCL-цепи амплитуда колебаний зависит от соотношения частоты источника переменной ЭДС и собственной частоты контура
.
При равенстве частот амплитуда колебаний
тока становится максимальной,
сопротивление цепи чисто активным,
сдвиг фаз между колебаниями тока и
напряжения равным нулю.
Анализируя опытные факты, Максвелл «на кончике пера» открыл явление возникновения магнитного поля под действием переменного электрического. Он создал теорию, из которой следовало, что переменное электромагнитное поля может существовать в виде волн, распространяющихся со скоростью света. Открытие Максвелла и экспериментальное исследование электромагнитных волн Герцем привело к открытию радио Г. Маркони (1874-1937) и А.С. Поповым (1859-1905).
1 На практике считают равным нулю потенциал проводника, соединенного с землей.
1 Экспериментальное определение силы в рассматриваемом случае по ряду причин представляет собой непростую задачу
1 Имеются сведения, что Джозеф Генри (1797-1878) сделал открытие раньше Фарадея, но Фарадей первым опубликовал свои результаты и провел более детальные исследования.
1 Индуктивность катушки может зависеть от силы тока в ней, если имеется ферромагнитный сердечник.
2 Использовать в практических целях данную схему не рекомендуется, так как замыкание ключом К источника тока приводит к выводу его из строя.
3 В плотных диэлектриках напряженность поля в точке, где находится молекула, лишь приближенно равна средней напряженности поля в диэлектрике.
4 Магнетиками являются все вещества. Использование этого термина подчеркивает тот факт, что речь идет о магнитных свойствах.
5 По современным представлениям, в атоме электронных орбит нет, тем не менее, значительная часть электронов атома обладает орбитальным магнитным моментом.
6 Магнитные свойства вещества мы сейчас учитываем через магнитное поле молекулярных токов.
7 Ферромагнетики с большой остаточной индукцией применяются как постоянные магниты.