92. Напруженість та магнітна індукція. Сила Лоренца.

Напруженість магнітного поля - векторна фізична величина (Е), яка є кількісною характеристикою магнітного поля, виражає силу, з якою поле діє на одиницю довжини прямолінійного провідника, із силою струму в одну одиницю, розміщеного перпендикулярно до напряму магнітних силових ліній, вимірюється в амперах на метр (А/м).

Індукція магнітного поля - це кофіцієнт пропорційності, що є силовою характеристикою магнітного поля. Магнітна індукція – сила, з якою магнітне поле діє на одиницю довжини провідника, по якому проходить одиничний струм І: В=dF/I*dl. Магнітна індукція пов'язана з напруженістю магнітного поля H : ,де μ— магнітна проникність. Магнітна індукція поля вимірюється в теслах(Тл).

Сила Лоренца.

Сила Лоренца - сила, що діє на електричний заряд, який рухається в магнітному полі: .

F_Л=F_A/N; F_А = IBΔl sin α; I = q n υ S; F = q n S Δl υB sin α → F_Л = q υ B sin α. Тут F- сила, q - величина заряду, v - швидкість руху заряду, В - вектор магнітної індукції.

Цю силу називають силою Лоренца. Кут α в цьому виразі дорівнює куту між швидкістю і вектором магнітної індукції Напрямок сили Лоренца, що діє на позитивно заряджену частинку, так само, як і напрям сили Ампера, може бути знайдено за правилом лівої руки або за правилом свердлика: ліву руку необхідно розмістити так, щоб 4 пальці вказували напрямок електричного струму, вектор магнітної індукції входив в долоню, тоді відхилений на 90˚ великий палець вкаже напрямок дії сили.

94. Сила Ампера . Якщо в магнытне поле внести провідник зі струмом, то а нього діятиме сила. Наприклад, візьмемо дві рейки і помістимо на них трубчастий металевий провідник. Нехай лінії магнітної індукції напрямлені зверху овниз. Коли замкнути електричне коло, то на провідник зі струмом діятиме сила Ампера і він почне переміщуватись вздовж рейок. Із зміною напряму сили струму змінюється і напрямок сили Ампера. Експериментально Ампер встановив, що сила F, яка діє на прямолінійний провідник зі струмом, що перебуває в однорідному магнітному полі, прямо пропорційна силі струму І, довжині провідника l, магнітній індукції В і синусові кута α між напрямом струму і вектором В:

F=kIBl sinα, де k – коефіцієнт пропорційності, що залежить від вибору одиниць пов’язаних величин (в СІ k=1).

Щоб визначити напрямок сили Ампера користуються правилом лівої руки: якщо долоню лівої руки розмістити так, щоб лінії індукції В входили в долоню, а витягнуті пальці показували напрям струму І, то відхилений великий палець покаже напрям сили Ампера.

Магнітна індукція вимірюється силою, з якою магнітне поле діє на одиинцю довжини провідника, по якому проходить одиничний струм І: В=dF/Idl. Вектор В є силовою характеристикою магнітного поля. [B]=Тл (Вб/м²).

94. Закон циркуляції магнітного поля

Магнітні поля створюються рухомими електричними зарядами або струмами. Лінії індукції магнітноо поля мають форму концентричних кіл, центри яких лежать на лінії струму. Обчислимо циркуляцію вектора В по довільному замкненому контуру L навколо провідника, по якому проходить струм силою І. оскільки dI приймаємо таким, що дорівнює 1, то циркуляція вектора дорівнює

це закон повного струму або теорема про циркуляцію вектора індукції магнітного поля: циркуляція вектора магнітного поля постійних струмів по довільному замкненому контуру дорівнює алгебраїчній сумі сил струмів, які охоплюються цим контуром, помноженій на магнітну сталу. Отже, робота при перенесені пробного одиничного елемента струму в магнітному полі в загальному випадку не дорівнює нулеві. Таке поле називають вихровим (непотенціальним). Тут В - вектор магнітної індукції. Дана форма носить назву інтегральної, оскільки в явному вигляді містить інтегрування. Теорема може бути також представлена ​​в диференціальної формі  .

94. Соленоїд. Енергія та індуктивність довгого соленоїда.

Соленоїд – сукупність спірально намотаних на циліндричну поверхню витків ізольованого провідника, по якому проходить електричний струм. Вважають, що провідник намотаний в один шар щільно, рівномірно і кількість витків обмотки на одиницю довжиин циліндричної поверхні є величиною сталою і дорівнює n=N/L, де N- загальна кількість витків соленоїда, L- його довжина. Якщо довжина соленоїда Lбільше ніж у 10 разів перевищує діаметр його витків, то такий соленоїд називають нормальним.

Магнітна індукція всередині довгого соленоїда в СГС дорівнює

де B - магнітна індукція, c - швидкість світла, N - кількість витків, l - довжина котушки. Тому магнітний потік

,

отже,

.

Ця фомула справедлива для ідеального соленоїда.

Енергія магнітного поля в котушці дорівнює

.

94. Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея.

Вивчення магнетизму показадо, що магнітне поле є невідємною частиною електричноо струму. М.Фарадей помітив, що коли замкнути струм в одній котушці, то в другій, сусідній з нею, котушці, замкнутій на гальванометр, виникає короткочасний струм. На різних дослідах Фарадей показав, що при всяких змінах магнітного поля в області, обмеженій контуром провідника, в останньому виникає ЕРС. Це явище Фарадей назвав електромагнітною індукцією, а наведений струм – індуктивним. Досліди Фарадея проводять так: беруть котушку зі струмом і котушку без струму, кінці якої приєднують до гальванометра. Індукційний струм виникає в котушці без струму в тих випадках, коли: 1) котушки деформують або переміщують одну відносно одної; 2) коло замикають або розмикають; 3) змінюють реостатом струм. В явищі електромагнітної індукції істотне значення має не зміна сили струму, а зміна його магнітного поля. Індукційний струм виникає і у випадках відносного переміщення постійного магніту й котушки. ЕРС електромагнітної індукції виникає завжди тоді, коли змінюється потік ліній магнітної індукції Ф через площу, обмежену контуром, незалежно від того чим зумовлена ця зміна потоку магнітної індукції.

Закон електромагнітної індукції Фарадея: ЕРС електромагнітної індукції в замкнутому контурі чисельно дорівнює і протилежне за знаком швидкості зміни магнітного потоку крізь поверхню, обмежену цим контуром:

. Наприклад, обертання рамки в магнітному полі.

Самоіндукція— явище виникненняв котушці ЕРС індукції внаслідок зміни власного магнітного потоку. Наприклад, в результаті внесення в котушку залізного осердя, зміни величини струму в колі або розмикання і замикання електричного кола. Для кількісної оцінки самоіндукції провідника введено фізичну величину, яка називається індуктивністю L – це фізична величина, яка вимірюється магнітним потоком через площу, обмежену контуром, якщо в цьому контурі проходить одиничний струм і немає інших джерел магнітного поля: L=Ф/І. Величина електрорушійної сили самоіндукції визначається за формулою

,

де— е.р.с.,— сила струму, L—індуктивність. Одиниця індуктивності – генрі Гн.

94. Принцип дії електричного генератора змінного струму

Генератором змінного струму є система з нерухомого статора (складається із сталевого осердя та обмотки) і ротора (електромагніт із сталевим осердям), який обертається всередині нього. Через два контактних кільця, до яких притиснуті ковзні контакти щітки, проводиться електричний струм. Електромагніт створює магнітне поле, яке обертається з кутовою швидкістю обертання ротора та збуджує в обмотці статора ЕРС індукції. Щоб ротор обертався і створював магнітне поле, яке викликає у статорі ЕРС індукції, йому необхідно надавати енергію. Ротор обертається у електростанціях за допомогою парових (ТЕС та АЕС) або гідротурбін (ГЕС). Електричний генератор складається з двох частин: рухомої - ротора й нерухомої - статора. Одна з цих частин, індуктор, використовується для створення магнітного поля, на іншій, якорі, змонтовані обмотки, з яких знімається електричний струм. Для створення магнітного поля використовуються постійні магніти, або електромагніти. Згенерований великий струм зручніше знімати з нерухомої обмотки, тому в генераторах змінного струму магніти змонтовані здебільшого на роторах.