Магнітне поле

 Взаємодія струмів: два паралельних провідника притягаються один до одного, якщо по ним проходять струми в однакових напрямках, і навпаки, відштовхуються, якщо струми спрямовані в різні сторони.

Магнітне поле - матеріально. Існує незалежно від нашої свідомості. Створюється електричним струмом або рухомими зарядами, магнітами. Виявляється по дії на електричний струм, постійні магніти.

Магнітна індукція - векторна фізична величина, напрямок якої збігається з напрямком північного полюса магнітної стрілки, а модуль дорівнює відношенню модуля магнітної сили, що діє на рухому перпендикулярно цьому напрямку заряджену частинку, до модуля її заряду і швидкості. Позначається В, вимірюється - тесла (1 Тл).

НАПРЯМОК ВЕКТОРА МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

(правило правої руки №1)

1. Якщо обхопити правою рукою провідник таким чином, щоб відхилений великий палець вказував напрям струму в ньому, то решта пальців вказуватиме напрямок вектора магнітної індукції.

2. Якщо обхопити правою рукою котушку таким чином, щоб чотири пальці співпали з напрямком струму у вітках, то відхилений

великий палець вказуватиме напрям вектора магнітної індукції.

 Закон Ампера – сила F_А, з якою магнітне поле діє на поміщений в нього провідник зі струмом, дорівнює добутку модуля магнітної індукції B, сили струму I, довжини відрізка провідника Δ 𝓵 і синуса кута α між напрямками струму і магнітної індукції. Напрям сили Ампера визначається правилом лівої руки.

Правило лівої руки. Якщо розташувати ліву долоню так, щоб витягнуті пальці збігалися з напрямом струму, а силові лінії магнітного поля входили в долоню, то відставлений великий палець вкаже напрям сили, що діє на провідник.

 Сила Лоренца F_л - сила, з якою магнітне поле діє на заряджену частинку, яка рухається в ньому. Сила Лоренца завжди перпендикулярна напрямку руху частинки і вектору магнітної індукції. Модуль сили Лоренца F_л дорівнює добутку модулів заряду q, швидкості частинки υ, індукції магнітного поля В і синуса кута α між вектором магнітної індукції і швидкості. Характер руху частки в постійному однорідному магнітному полі визначається кутом α, під яким вона влітає в це поле.

Правило лівої руки. Якщо ліву руку розмістити так, щоб складова магнітної індукції , перпендикулярна до швидкості заряду, входила у долоню, а чотири пальці були напрямлені за рухом позитивного заряду (проти руху негативного), то відігнутий на 90⁰ великий палець покаже напрям сили Лоренца Fл, що діє на заряд.

МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИНИ

Магнітна проникність - фізична величина, яка характеризує магнітні властивості речовини і залежить від роду цієї речовини та її стану. Вона дорівнює відношенню індукції магнітного поля В, що виникає в середовищі з цього матеріалу, до індукції цього ж поля у вакуумі В₀. Позначається μ, вимірюється - 1.

 Феромагнетики - речовини, у яких магнітна проникність μ »1. Це - залізо, нікель, кобальт, безліч їх сплавів, а також рідкоземельні елементи. При зануренні феромагнетиків в зовнішнє магнітне поле вони намагнічуються і починають створювати своє власне магнітне поле, яке може в сотні і тисячі разів перевищувати зовнішнє поле. При виключенні магнітного поля феромагнетик залишається намагніченим, тобто продовжує створювати своє власне магнітне поле. Завдяки цій властивості можливе створення постійних магнітів. Магнітні властивості феромагнетиків виявляються тільки при температурах, менших за деяку температуру, названою температурою (або точкою) Кюрі.

Парамагнетики - слабомагнітні речовини, магнітна проникність яких трохи більше одиниці. Намагнічуються в напрямку прикладеного магнітного поля. До парамагнетиків відносяться: азот, кисень, алюміній, ебоніт, платина, олово, титан та інші. Парамагнетики в зовнішньому магнітному полі створюють магнітний момент, що співпадає з напрямком зовнішнього поля, і тому втягуються в них майже повністю. Вони використовуються як осердя котушок індуктивності: парамагнетики збільшують індуктивність.

 Діамагнетики - слабомагнітні речовини, магнітна проникності яких трохи менше одиниці. Діамагнетик в зовнішньому магнітному полі створюють магнітний момент протилежний напрямку зовнішнього поля і тому виштовхуються з нього. До діамагнетиках відносяться: інертні гази гелій аргон криптон, метал перша побічної групи мідь срібло золото.

ЕЛЕКТРОМАГНІТНО ІНДУКЦІЯ

Магнітний потік - скалярна фізична величина, що дорівнює в разі однорідного поля добутку модуля індукції В цього поля, площі S плоскої поверхні, через яку проходить цей потік, і косинуса кута α між напрямками індукції і нормалі до цієї поверхні. Позначається Ф, вимірюється - Вебер (Вб).

Електромагнітна індукція - явище виникнення ЕРС в контурі при зміні магнітного потоку, що пронизує контур. Явище електромагнітної індукції виявлено в 1831 р. Фарадеєм.

Спостереження електромагнітної індукції:

• постійний магніт вставляють в котушку, замкнуту на гальванометр, або виймають з неї. При русі магніту в контурі виникає електричний струм.

• Рамку 1, замкнуту на гальванометр, поміщають поруч з рамкою 2, приєднаної до джерела струму. При замиканні (розмиканні) ланцюга в рамці 2 виникає електричний струм, а в рамці 1- індукційний. Якщо ж в рамці тече постійний струм, то індукційний струм не виникає.

• рамку, замкнуту на гальванометр, поміщають в однорідне магнітне поле і обертають. У рамці виникає електричний струм. Якщо ж рамка рухається поступально, не перетинаючи силових ліній, то струм в ній не виникає.

• рамка рухається в неоднорідному магнітному полі. Число ліній індукції, що перетинають рамку, змінюється. У рамці виникає електричний струм.

Закон електромагнітної індукції - ЕРС індукції (ℇ) у замкнутому контурі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку , який пронизує контур.

Змінити магнітний потік через контур можна трьома способами:

• змінити площа контуру;

• змінити інтенсивність магнітного поля;

• змінити взаємну орієнтацію магнітного поля і площини, в якій лежить контур.

Правило Ленца - індукційний струм спрямований так, щоб своїм магнітним полем протидіяти зміні магнітного потоку, яку він викликав. Напрямок індукційного струму визначається наступним чином:

• встановити напрям зовнішнього магнітного поля В.

• визначити збільшується або зменшується потік вектора магнітної індукції зовнішнього поля ΔФ.

• вказати напрямок вектора магнітної індукції індукційного струму В_i:

якщо ΔФ збільшується, то Вi ⇈ В;

якщо ΔФ зменшується, то Вi ⇵ В.

• за правилом правої руки визначити напрям індукційного струму в контурі.

ЕРС індукції (ℇ) в рухомих провідниках дорівнює добутку швидкості руху провідника 𝛖, індукції магнітного поля В, довжині провідника 𝓵 і синусу кута α між вектором магнітної індукції і швидкістю руху провідника.

Правило правої руки №2 (напрямок індукційного струму в рухомих провідниках). Якщо праву руку розмістити в полі так, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню, відставлений великий палець відповідав би напрямку руху провідника, то витягнуті пальці руки вкажуть напрям індукційного струму в провіднику.

Самоіндукція - виникнення вихрового електричного поля в провідному контурі при зміні сили струму в ньому самому; окремий випадок електромагнітної індукції.

Індуктивність - скалярна фізична величина, є коефіцієнтом пропорційності між магнітним потоком (Ф), що пронизує деякий провідний контур, і силою струму в цьому контурі (I). (Здатність провідника створювати магнітне поле). Позначається L, вимірюється - Генрі (Гн).

Енергія магнітного поля - фізична величина, що дорівнює половині добутку індуктивності провідника (L), що створює магнітне поле, на квадрат сили струму (I²) в цьому провіднику. Позначається Wm, вимірюється - Джоулях (Дж).

МЕХАНІЧНІ КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ

  Коливання - рухи, які точно або приблизно повторюються через однакові проміжки часу.

Вільні механічні коливання - коливання, що виникають під дією внутрішніх сили.

Затуханням коливань називається поступове ослаблення коливань з часом, обумовлене втратою енергії коливальної системою. Вільні коливання реальних систем завжди загасають. Загасання вільних механічних коливань викликається головним чином тертям.

Гармонічні коливання - коливання , які відбуваються за законом синуса (починаються від поштовху вантажу) або за законом косинуса (починаються відведенням вантажу в сторону).

Зміщення - відхилення вантажу від положення рівноваги в будь-який момент часу. Позначається х, вимірюється в метрах (м).

Амплітуда - найбільше відхилення системи від положення рівноваги. Позначається х_max або А, вимірюється в метрах (м).

Період - час між двома послідовними проходженнями системи через одне і те ж положення в одному і тому ж напрямку. (Час одного повного коливання). Позначається Т, вимірюється в секундах (с).

Частота - число коливань системи за одиницю часу. Позначається ν, вимірюється в Герцах ( Гц = с¯¹).

 Фаза - це величина, яка характеризує стан коливної системи в деякий момент часу - його положення і напрям руху. (Величина, що стоїть під знаком синуса або косинуса в рівнянні гармонічних коливань.) Позначається 𝜑, вимірюється в радіан в секунду (рад).

Пружинний маятник - вантаж, що коливається на пружині. Він здійснює зворотно – поступальні рухи.

Період коливань пружинного маятника (Т) прямо пропорційний кореню квадратному з маси (m) вантажу і обернено пропорційний кореню квадратному з жорсткості пружини (k).

  Період коливань пружинного маятника не залежить від місця його розташування і амплітуди коливань, а залежить від маси вантажу і жорсткості пружини. Зі збільшенням жорсткості пружини період коливання зменшується, а зі збільшенням маси вантажу - збільшується.

Математичний маятник - точкове тіло, підвішене до нерозтяжної й невагомої нитки.

Період коливань математичного маятника (Т) прямо пропорційний кореню квадратному з довжини маятника (l) і обернено пропорційний кореню квадратному з прискорення вільного падіння (g).

Період коливань математичного маятника залежить від прискорення вільного падіння: чим воно більше, тим менше період коливань і довжини маятника, чим вона більша, тим більше період коливань. Період коливань математичного маятника не залежить від маси вантажу і амплітуди коливань.

Перетворення енергії при гармонічних коливаннях.

Фізичні процеси, що відбуваються в коливальній системі, супроводжуються безперервними перетвореннями одного виду енергії в інший, а саме: кінетична енергія перетворюється на енергію потенційну і навпаки. При цьому, в повній відповідності з законом збереження і перетворення енергії, повна енергія в коливальній системі залишається величиною сталою.

Повна механічна енергія дорівнює максимальній потенційній (W_р._mах) або максимальної кінетичної енергії (W_к.mах) або сумі потенційної (Wр) і кінетичної енергії (Wк) в будь-який момент часу.

Вимушені механічні коливання - коливання, що виникають під дією зовнішньої сили, яка періодично змінюється.

Явище резонансу - явище різкого зростання амплітуди вимушених коливань при наближенні частоти змушуючої сили до частоти, рівної або близької власній частоті коливальної системи.

Розділ фізики, в якому вивчаються звукові явища, називають акустикою.

  Поперечні хвилі - частинки середовища коливаються в площинах, перпендикулярних напрямку поширення хвиль.

Поздовжні хвилі - частинки середовища коливаються в напрямку розповсюдження хвиль.

Довжина хвилі - відстань, на яку поширюється хвиля за час, який дорівнює періоду коливань у ній; (відстань між двома найближчими точками, які коливаються в однакових фазах.) Позначається λ, вимірюється в метрах (м).

 Довжина хвилі (λ) дорівнює добутку швидкості її розповсюдження (υ) на період (Т).

 Звукові хвилі пружні хвилі з частотою від 16 до 20 000 Гц. Для поширення звукових хвиль необхідне будь-яке пружне середовище. У вакуумі звук поширюватися не може. Звукові хвилі в газах і рідинах є поздовжніми і складаються із згущень і розріджень середовища, що чергуються в часі і поширюються в просторі з деякою швидкістю. Досягаючи нашого вуха, вони змушують барабанну перетинку здійснювати вимушені коливання, що призводить до виникнення у людини суб'єктивного відчуття чутного звуку.

Швидкість звуку - швидкість поширення пружних хвиль у середовищі. Як правило, в газах швидкість звуку менше, ніж в рідинах, а в рідинах швидкість звуку менше, ніж у твердих тілах.

Швидкість звуку в повітрі - 330 м / с, рідинах - 1500 м / с, твердих тілах - 5 000 м / с.

Гучність звуку суб'єктивна величина, що характеризує слухове відчуття для даного звуку, визначається амплітудою: чим більше амплітуда коливань у звуковій хвилі, тим більше гучність.

 Висота тону - суб'єктивна величина, яка визначається частотою коливань. Коливання високої частоти сприймаються як звуки високого тону, звуки низької частоти як звуки низького тону.

Інфразвук - пружні хвилі з частотами нижче області частот, які сприймає людина, тобто з частотою нижче 16 Гц. Джерела таких хвиль досить великої інтенсивності - грозові розряди, землетруси, двигуни літаків що працюють і т.д. Дія інфразвуку може викликати головні болі, зниження уваги і працездатності і навіть іноді порушення функції вестибулярного апарату.

Ультразвук - пружні хвилі з частотами від 20 кГц до 1 ГГц. Людське вухо такі частоти не сприймає. Однак деякі тварини, наприклад кажани і дельфіни, здатні випромінювати і вловлювати ультразвук. Завдяки цьому дельфіни впевнено орієнтуються в каламутній воді, а кажани здатні літати в повній темряві, не натикаючись на перешкоди.