- •Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
- •Лекция 1 электростатика
- •1.1. Электромагнитное взаимодействие. Электрический заряд. Закон Кулона.
- •Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.
- •Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.
- •Работа сил электростатического поля, потенциал. Консервативность электростатических сил, связь между е и . Потенциал точечного и распределенного заряда.
- •Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля. Градиент потенциала. Теорема о циркуляции электрического поля.
- •Потенциалы простейших электрических полей.
- •Потенциал поля точечного заряда.
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 2 электростатика
- •2.1. Понятие о потоке вектора и его дивергенции. Теорема Остроградского-Гаусса. Теорема Гаусса для вектора е в дифференциальной и интегральной форме.
- •2.2. Электрическое поле в диэлектриках.
- •Основные теоремы электростатики в интегральной и дифференциальной форме.
- •Электроемкость проводников. Конденсаторы.
- •Вычисление емкости простых конденсаторов.
- •Энергия заряженного проводника и заряженного конденсатора.
- •Энергия электростатического поля.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Лекция 3 постоянный электрический ток
- •Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление проводников.
- •Дифференциальная форма закона Ома.
- •Кпд источника тока.
- •3.2. Сторонние силы. Эдс источника тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи.
- •Напряжение на зажимах источника тока.
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 4 магнитное поле
- •4.1. Магнитное поле. Законы Ампера и Био – Савара – Лапласа.
- •Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера.
- •Взаимодействие двух прямолинейных проводников с током.
- •. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей.
- •4.2. Теорема о циркуляции. Магнитное поле движущихся зарядов. Сила Лоренца. Дифференциальная форма теоремы о циркуляции.
- •Силы, действующие на заряженную частицу в электромагнитном поле. Сила Лоренца.
- •4.3. Движение заряженной частицы в однородном постоянном магнитном поле.
- •4.4. Работа перемещения контура с током в магнитном поле. Магнитный момент.
- •Момент сил, действующих на контур с током в магнитном поле.
- •Энергия контура с током в магнитном поле.
- •Контур с током в неоднородном магнитном поле.
- •Работа, совершаемая при перемещении контура с током в магнитном поле.
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 5 электромагнитная индукция
- •5.1. Закон электромагнитной индукции Фарадея и правило Ленца. Явление самоиндукции, взаимная индукция. Индуктивность длинного соленоида. Энергия магнитного поля.
- •Явление самоиндукции. Индуктивность проводников.
- •Пример вычисления индуктивности. Индуктивность соленоида.
- •Переходные процессы в электрических цепях, содержащих индуктивность. Экстратоки замыкания и размыкания.
- •Энергия магнитного поля. Плотность энергии.
- •5.2. Электромагнитные колебания. Явление резонанса. Колебательный контур.
- •Аналогия между электрическими и механическими колебаниями.
- •5.3. Переменный ток. Получение переменного тока. Индуктивность и емкость в цепи переменного тока.
- •5.4. Магнитное поле в веществе. Классификация магнетиков. Ферромагнетизм.
- •Виды магнетиков.
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 6 основы теории максвелла для электромагнитного поля
- •6.1. Система уравнений Максвелла в дифференциальной и интегральной
- •Форме. Ток смещения.
- •Теорема о циркуляции магнитного поля.
- •Закон Фарадея:
- •Система уравнений Максвелла.
- •Энергия и поток энергии. Теорема Пойнтинга.
- •Вопросы для самоконтроля
- •Содержание
Лекция 5 электромагнитная индукция
5.1. Закон электромагнитной индукции Фарадея и правило Ленца. Явление самоиндукции, взаимная индукция. Индуктивность длинного соленоида. Энергия магнитного поля.
Явление электромагнитной индукции было открыто в 1831г. Майклом Фарадеем (Faraday M., 1791-1867), установившим, что в любом замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток, названный им индукционным. Величина индукционного тока не зависит от способа, которым вызывается изменение потока магнитной индукции , но определяетсяскоростью ее изменения, то есть значением . При изменениизнака меняется такженаправление индукционного тока.
Э.Х.Ленц (1804-1865) установил правило, согласно которому индукционный ток в контуре всегда направлен так, что создаваемый им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению магнитного потока, которое вызвало появление этого тока.
Для создания тока в замкнутой цепи необходимо наличие электродвижущей силы. Явление электромагнитной индукции свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока в контуре возникает ЭДС индукции εi , величина и направление которой зависят от скорости изменения этого потока. Проанализировав результаты опытов Фарадея, Максвелл (Maxwell J., 1831-1879) придал основному закону электромагнитной индукции следующий современный вид:
Знак «-» в этой формуле соответствует правилу Ленца и означает, что направление ЭДС εi и направление скорости изменения потока магнитной индукции связаны между собой правиломлевого винта. Подчеркнем, что говоря о «направлении» скалярных величин εi и , нужно понимать этот термин в том же смысле, какой вкладывается, например, в понятие направления тока.
Поток индукции магнитного поля через поверхность S, ограниченную контуром проводника определяется выражением:
.
Единицей измерения потока магнитной индукции в СИ является вебер: 1Вб = Т∙м2. При скорости изменения потока индукции, равной 1Вб/с, в контуре индуцируется ЭДС, равная 1В.
Подставляя выражение для в закон Фарадея, будем иметь:
.
Отсюда видно, что появление ЭДС индукции и соответственно индукционного тока в проводящем контуре может быть вызвано каждой из двух причин: 1) в неподвижном контуре – за счет изменения во времени индукции магнитного поля (рис.5.1); 2) в движущемся проводнике – за счет пересечения силовых линий магнитного поля (рис.5.2).
Рисунок 5.1 Рисунок 5.2
В первом случае изменяющееся со временем магнитное поле порождает вихревое электрическое поле , силовые линии которого замкнуты и сцеплены с силовыми линиями магнитного поля (Рис.1.1). Под действием поля носители заряда в проводнике приходят в движение – возникает индукционный ток.
Во втором случае находящиеся в проводнике носители заряда движутся вместе с проводником в магнитном поле, при этом на каждый из зарядов действует сила Лоренца , направление которой перпендикулярно векторам и(рис.1.2). Под действием этой силы заряды приходят в движение, что и вызывает появлениеиндукционного тока.
В металлах носителями тока являются отрицательно заряженные электроны. Создаваемый ими ток в проводнике направлен в сторону, противоположную движению электронов. Легко видеть), что магнитное поле индукционного тока внутри замкнутого контура направлено против внешнего поля, что находится в полном соответствии с правилом Ленца. Очевидно, что мы получим тот же результат, если носителями тока будут положительные заряды (например, «дырки» в полупроводниках р - типа).