Физика

Произведение этих параметров определяет статический коэффициент усиления лампы

μ = Ri S .

Основное применение триода и многоэлектродных электронных ламп – усиление и генерирование электрических колебаний, а также в приемных и передающих устройствах телевидения и других устройствах визуализации быстропротекающих процессов.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие вещества называются электролитами?

2.Какие материалы относятся к полупроводникам?

3.Перечислить особенности полупроводников.

4.Устройство полупроводникового диода.

5.Для чего предназначен полупроводниковый триод?

6.В чем заключается явление термоэлектронной эмиссии?

7.Устройство электровакуумного диода.

8.Роль сетки в электровакуумном триоде?

9.Что называется электрическим током?

10.Назвать основные параметры электрического тока.

11.Какие частицы являются носителями заряда в проводниках первого рода?

12.Записать закон Ома для участка цепи.

13.Что называется ЭДС источника тока?

14.Записать закон Ома для замкнутой цепи.

15.В чем заключается закон Джоуля-Ленца?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1.Грабовский, Р.И. Курс физики. / Р.И. Грабовский. – 6-е изд – СПБ. : Издательство

«Лань», 2002.- 608 с

2.Пронин, В.П. Краткий курс физики / В.П. Пронин. – Саратов. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007 г. – 200 с

Дополнительная

1.Рогачев Н.М. Курс физики. Учебное пособие// С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 1000 экз.

2.Пронин В.П. Практикум по физике : уч. пособия / В.П. Пронин.- 2-е изд. Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

61

В связи с этим целесообразно изучать магнитные явления через взаимодействия электрических токов. Силу взаимодействия двух проводников с током определил Ампер.

Она зависит от: силы тока в проводниках, от длины проводника, от их взаимного расположения в пространстве, от расстояния между проводниками, от магнитных свойств среды, в которой они находятся.

Закон Ампера.

Рисунок 54.

K = μμ0 - коэффициент пропорциональности

4π

Закон Ампера в дифференциальной форме:

dF = μμ0 I1I2 Dl1Dl2 sin α sin β 4πr 2

Закон Био-Савара-Лапласса dH = I1dl1 sin α определяет напряженность магнитного

4πr 2

поля, образованного проводником с током.

α - угол между направляющей силой тока в этом проводнике и направлением на точку, в которой определяется напряженность.

r – расстояние между проводником и точкой, в которой определяется напряженность.

Напряженность магнитного поля, создаваемая проводником с током в любой точке пространства пропорциональна силе тока и длине проводника, и обратно пропорциональна квадрату расстояния от проводника до той точки, в которой определяется напряженность.

Соотношение Био-Савара-Лапласса позволяет рассчитать напряженность магнитного поля, создаваемая проводником любой формы. Для этого нужно геометрически просуммировать напряженности, создаваемые всеми элементарными участками проводника dH.

63

Рассмотрим простейшие виды проводников и определим напряженность магнитного поля, создаваемого этими проводниками:

соленоида

1.3. Действие магнитного поля на проводник с током.

Так как вокруг проводника с током существует магнитное поле, то внешнее магнитное поле вступает во взаимодействие с собственным магнитным полем проводника. Таким образом, на проводник с током, помещенный во внешнее магнитное поле, действует со стороны этого поля сила, называемая силой Ампера.

Проводник с силой тока I и длиной l помещен во внешнее магнитное поле с индукцией В (рис.55). На этот проводник действует сила Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки.

dF = μμ0 dHΙ 2 dl2 sin β B = μμ0 H

Получили формулу Ампера, которая определяет силу, с которой внешнее магнитное поле действует на проводник с током.

Рисунок 55.

F = IBl sin β - формула Ампера

Ðβ - угол между направлением силы тока в проводнике и вектором магнитной поле индукции.

1.4 Виды магнетиков. Гистерезис.

Все вещества по своим магнитным свойствам делятся на три класса:

64

a.диамагнетики ( μ <1, ослабляют внешнее магнитное поле, F, S, C, сурьма)

b.парамагнетики ( μ >1, усиливают внешнее магнитное поле, Al, W, Pt,

щелочно-земельные металлы)

c.ферромагнетики (незначителен, μ >>1(значительно больше 1), значительно

усиливают внешнее магнитное поле, Ni,Co).

Значимость μ от напряженности внешнего магнитного поля dH не линейная (имеет

экстремум) (рис. 56 а), в связи с этим у ферромагнетиков наблюдается явление гистерезиса.

Рисунок 56.

Явление гистерезиса заключается в отставании изменения вектора B от изменения напряженности магнитного поля Н (рис.56 б).

Если площадь петли гистерезиса для материала большая, то говорят о магнитожестких материалах, которые применяются для изготовления постоянных магнитов, а если маленькая – то о магнитомягких, применяемых, например, при изготовлении трансформаторов, статоров и роторов электрических машин.

1.5. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея.

Явление возникновения ЭДС в замкнутом контуре под действием переменного магнитного потока, пронизывающего этот контур называется электромагнитной индукцией. Это явление было открыто английским физиком Фарадеем.

Закон Фарадея.

ЭДС индукции, возникающая в замкнутом контуре, под действием внешнего магнитного поля, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающий это контур.

Правило Ленца.

Возникающая ЭДС в замкнутом контуре, создает в нем электрический ток такого направления, что его собственное магнитное поле препятствует изменению внешнего магнитного поля.

Согласно правилу Ленца, в законе Фарадея необходимо ставить знак “–“.

65

Ток, который возникает в замкнутом контуре, под действием изменения внешнего магнитного поля называется индукционным.

Закон Фарадея лежит в основе работы генератора переменного тока.

1.6.Получение переменного тока

Если относительно магнитного поля перемещать проводник, то вследствие электромагнитной индукции в нем возникает ЭДС.

Рисунок 57.

Пусть проводник выполнен в виде рамки, которая имеет площадь S и может вращаться вокруг оси перпендикулярной однородному магнитному полю (В=Const). Контур пронизывается магнитным потоком (рис.57)

Ф = ВSCos α = dSCos ωt ,

где α =ωt угол между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к плоскости расположения рамки.

При вращении рамки поток вектора магнитной индукции, пронизывающий контур, периодически изменяется и согласно закону Фарадея возникает ЭДС индукции

То есть в контуре проводника возникает переменная электродвижущая сила, изменяющаяся по закону синуса.

В замкнутой цепи возникает переменный ток

Сила тока и напряжение переменного тока изменяются синусоидальному и конусоидальному законам, а направление переменного тока в следствии правила Ленца изменяется на противоположное.

1.7.Явление взаимной индукции и самоиндукции.

Частным случаем явления электромагнитной индукции являются явления взаимной индукции и самоиндукции.

66

Рисунок 58.

Взаимная индукция – это явление возникновения ЭДС в замкнутом контуре при изменении тока в соседнем контуре. Пусть в замкнутом контуре I существует переменный ток (рис. 58). Возникающее вокруг этого контура магнитное поле пронизывает соседний замкнутый контур. Так как магнитный поток, пронизывающий этот контур изменяется, то в нем будет возникать ЭДС, определяемая по формуле:

ξ 2 = −M dΙ1 dt

M – коэффициент взаимной индукции.

Явление возникновения ЭДС в замкнутом контуре при изменении тока в этом же контуре называется самоиндукцией.

ξ = −L dΙ1 где, L – коэффициент самоиндукции. dt

Явление взаимной индукции лежит в основе работы трансформатора, устройства, предназначенного для повышения или понижения входящего напряжения.

Трансформатор состоит из двух или нескольких катушек с разным количеством витков. Катушки намотаны на ферромагнитный сердечник.

Рисунок 59.

На первичную катушку подается переменное напряжение. Образованное вокруг нее магнитное поле пронизывает витки вторичной катушки, в которой вследствие взаимной индукции возникает ЭДС, порождающая ток. Количество витков на вторичной катушке пропорционально силе индукционного тока.

k – Коэффициент трансформации.

67

k<1 – трансформатор понижающий

Ферромагнитный сердечник состоит из отдельных пластин, изолированных друг от друга, чтобы избежать вихревых токов.

1.8. RLC - цепь

Рассмотрим цепь переменного тока, состоящую из резистора, конденсатора и катушки индуктивности.

Пусть приложено переменное напряжение.

Резистор в цепи переменного тока:

R

U = U 0 sin wt

U 0 − амплитуда колебаний

w - круговая частота t − время

На резисторе колебания силы тока и напряжения совпадают по фазе:

U R = U 0 sin wt

I R = I 0 sin wt

Сопротивление резистора в цепи переменного тока называется активным. В других случаях этого не происходит.

Конденсатор в цепи переменного тока:

На конденсаторе и на катушке индуктивности колебаний I и U не совпадают по фазе, поэтому сопротивление конденсатора и катушки называется реактивным.

Конденсатор в цепи постоянного и переменного тока ведет себя по-разному. В цепи постоянного тока он обладает бесконечно большим сопротивлением. В цепи же переменного тока конденсатор обладает ёмкостным сопротивлением.

Сопротивление конденсатора в цепи переменного тока.

Пусть задано переменное напряжение:

U = U 0 sin wt

По определению силы тока:

68

Ι c = Ι 0 cos wt

Фазы колебаний силы тока и напряжения на емкости различны и отличаются на

Ðπ . (рис.60) 2

Рисунок 60.

Напряжение на конденсаторе отстает от силы тока.

I0 = СU 0 w

X c = 1 емкостное сопротивление wc

Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

Рассмотрим катушку индуктивности в цепи переменного тока. Получим сопротивление этой катушки.

Пусть по цепи протекает переменный ток:

I = I0 сoswt

по определению самоиндукции имеем:

69

Колебания силы тока и напряжения на катушке индуктивности не совпадают по

фазе, а отличаются на Ð π , катушка обладает реактивным сопротивлением, но в

2

отличие от конденсатора здесь напряжение опережает силу тока (рисунок 61).

Рисунок 61.

X L = wL - сопротивление на катушке индуктивности

Зависимость индуктивного и емкостного сопротивления от частоты тока.

Из формул для расчета емкостного и индуктивного сопротивлений видно, что емкостное сопротивление изменяется обратно пропорционально круговой частоте, а индуктивное сопротивление – прямо пропорционально, что отражено на графике зависимости индуктивного и емкостного сопротивлений от частоты переменного тока

( рис.62)

Рисунок 62.

Рассмотрим последовательную цепь переменного тока, содержащую резистор, конденсатор и катушку индуктивности(рис.63)

Рисунок 63.

U = U R + U c + U i равно сумме на отдельных ее участках, а ток один и тот же.

70