- •Федеральное агентство по образованию
- •Предмет курса «Электромагнетизм».
- •Основные понятия и законы. Электрический заряд и его свойства.
- •Взаимодействие заряженных частиц. Закон Кулона (1785г).
- •Электрическое поле неподвижного точечного заряда.
- •Принцип суперпозиции для напряжённости.
- •Электрическое поле точечного диполя.
- •Особенности расчёта напряжённости электрического поля при непрерывном пространственном распределении заряда.
- •Электрическое поле на оси равномерно заряженного тонкого кольца.
- •Электрическое поле на оси равномерно заряженного круга.
- •Электрическое поле равномерно заряженной нити ().
- •Частные случаи.
- •Теорема Гаусса.
- •Применение теоремы Гаусса.
- •Теорема о циркуляции вектора электростатического поля. Понятие потенциала.
- •Понятие потенциала.
- •Потенциал поля точечного заряда.
- •Потенциал поля системы зарядов.
- •Связь между потенциалом и вектором.
- •Эквипотенциальные поверхности.
- •Проводник в электрическом поле.
- •Поле внутри и снаружи проводника.
- •Поле у поверхности проводника.
- •Силы, действующие на поверхность проводника.
- •Свойства замкнутой проводящей оболочки.
- •Общая задача электростатики.
- •Понятие электроемкости. Конденсаторы.
- •Конденсаторы.
- •Ёмкость плоского конденсатора.
- •Ёмкость сферического конденсатора.
- •Вектор поляризации (поляризованность).
- •Поле в диэлектрике.
- •Диэлектрическая восприимчивость и её связь с диэлектрической проницаемостью.
- •Вектор электрической индукции .
- •Физические условия на границе раздела диэлектриков.
- •Энергия электрического поля.
- •Работа поля при поляризации диэлектрика.
- •Электрическая энергия системы зарядов.
- •Примеры.
- •Постоянный ток. Электрический ток.
- •Сила тока.
- •Плотность тока.
- •Закон Ома для однородного проводника.
- •Закон Ома в дифференциальной форме.
- •Закон Ома для участка, содержащего сторонние силы.
- •Закон Ома в интегральной форме для участка, содержащего источник тока.
- •Закон Ома для замкнутой цепи.
- •Соединение проводников.
- •Закон Джоуля - Ленца.
- •Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
- •Примеры и задачи для самостоятельного решения.
- •Магнетизм. Магнитное поле.
- •Графическое изображение постоянного магнитного поля.
- •Примеры движения заряженных частиц в электромагнитном поле.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Закон Био-Савара-Лапласа и принцип суперпозиции.
- •Принцип суперпозиции для вектора .
- •Магнитное поле в веществе (предварительные сведения).
- •Примеры расчета магнитных полей постоянных токов.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Основные законы магнитного поля. Теорема Гаусса для вектора .
- •Теорема о циркуляции вектора .
- •Применение теоремы о циркуляции вектора .
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Сила Ампера. Закон Ампера.
- •Момент сил, действующий на контур с током.
- •Работа по перемещению контура с током в постоянном магнитном поле.
- •Взаимодействие токов.
- •Примеры
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Вещество в магнитном поле.
- •Вектор напряженности магнитного поля . Теорема о циркуляции вектора .
- •Связь между и,и.
- •Применение теоремы о циркуляции .
- •Электромагнетизм. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.
- •Природа сторонних сил в явлении электромагнитной индукции.
- •Явление самоиндукции.
- •Энергия магнитного поля.
- •Примеры проявления самоиндукции.
- •Явление взаимной индукции. Взаимная индуктивность. Эдс взаимной индукции.
- •Явление магнитоэлектрической индукции. Токи смещения.
- •Теорема полного тока.
- •Уравнения Максвелла в интегральной форме.
Задачи для самостоятельного решения.
Плоский квадратный контур с постоянным током находится в однородном магнитном поле (см. рисунок) контур развернули вокруг одной из сторон на . Определить работу амперовых сил.
В примере 3. Определить: а) направление движения контура; б) работу перемещения контура на расстояние а в плоскости прямого тока и контура.
Какие движения совершает груз массой , подвешенный на пружине, при замыкании ключа?
Лекция 15.
Вещество в магнитном поле.
В магнитном поле вещество намагничивается.В парамагнетиках механизм намагничивания связан с ориентацией магнитных моментов молекул в направлении магнитного поля, а в диамагнетиках молекулы приобретают магнитный момент, направленный против магнитного поля. Природа ферромагнетизма связана с квантовыми свойствами вещества. В магнитном поле вещество приобретает магнитный момент. Количественно намагниченность характеризуется магнитным моментом единицы объема вещества:
,
где - малый объём в окрестности точки,- магнитные моменты молекул.
Вектор называетсявекторомнамагничиванияили простонамагниченностью.
Измеряется в.
В отсутствии внешнего магнитного поля у пара и диамагнетиков намагниченность отсутствует . В состоянии намагниченности внутри неоднородного вещества и на его поверхности возникаютсвязанныетоки. Рассмотрим механизм возникновения макроскопического связанного тока. Мы отмечали, что контурный ток обладает магнитным моментом. В связи с этим магнитному моменту молекулы можно приписать контурный ток, который будем называтьмолекулярнымтоком. В частном случае однородной намагниченностисвязанный ток возникает только на поверхности вещества. Рассмотрим однородно намагниченный цилиндр (см. рисунок). Внутри вещества молекулярные токи направлены в противоположные стороны и взаимно компенсируют. У молекул, находящихся у поверхности, молекулярные токи, примыкающие к поверхности, создают поверхностныйсвязанныйток. Намагниченность вещества связана с током.
Магнитный момент однородно намагниченного цилиндра можно представить как произведение или. Из равенства этих выражений получаем:
,
где - линейная плотность связанного тока.
Вектор напряженности магнитного поля . Теорема о циркуляции вектора .
Связанные токи создают в веществе макроскопическое магнитное поле . Магнитное поле в веществе равно сумме:
,
где - индукция внешнего магнитного поля.
Опыт показывает, что для линейных сред наблюдается пропорциональная зависимость между и:
,
где коэффициент пропорциональности называетсямагнитной восприимчивостью среды(вещества), величина безразмерная, зависящая от природы вещества и его термического состояния. У парамагнетиков, а у диамагнетиков.
Таким образом, магнитное поле в веществе связано с магнитным полем в вакууме соотношением:
Откуда следует, что:
.
У парамагнетиков магнитная проницаемость , у диамагнетиков.
Определение связанного тока и создаваемого им магнитного поляв общем случае задача сложная. Но оказывается существует возможность ввести вспомогательный вектор, который однозначно связан только с токами проводимости.
Циркуляцию вектора при наличии среды (магнетика) можно представить в виде:
,
где – ток проводимости, а- связанный ток, охваченный контуромl.
Применим теорему о циркуляции для длинного соленоида, заполненного однородным магнетиком, например, диамагнетиком (см. рисунок).
Сплошные линии изображают ток в витках соленоида, штрихованные – связанный поверхностный ток с линейной плотностью.
Кривую циркуляции выберем в форме прямоугольника, обходить который будем по часовой стрелке. Циркуляция по этому контуру равна:
.
Здесь учтено, что магнитное поле внутри соленоида однородно, а вне соленоида магнитного поля нет.
В правой части теоремы о циркуляции :
,
где – число витков соленоида, охваченных контуром.
Для магнитного поля в магнетике получаем:
,
где - магнитное поле токов проводимости,- магнитное поле связанных токов.
Соотношение является частным случаем общей интегральной теоремы:
.
Циркуляция вектора намагниченности равна связанному току, охваченному кривой циркуляции.
С учётом последнего соотношения преобразуем теорему о циркуляции к виду:
.
Подынтегральное выражение называют напряжённостью магнитного поля:
.
Циркуляция вектора равна току проводимости, охваченному кривой циркуляции:
.
Это утверждение составляет содержание теоремы о циркуляции вектора .
Отметим, что вектор представляет собой комбинацию различных физических величин, относящихся к полю и веществу, и поэтому не имеет какого-либо физического смысла. Однако, во многих случаях введение векторазначительно упрощает изучение магнитного поля в веществе. Измеряется напряженность, как и намагниченность в А/м.