1. Покрытие металлов слоем другого металла при помощи электролиза (гальваностегия).

Для предохранения металлов от окисления, а также для придания изделиям прочности и лучшего внешнего вида их покрывают тонким   слоем   благородных   металлов

(золото, серебро)   или малоокисляющимися металлами (хром, никель).

Предмет, подлежащий гальваническому покрытию, тщательно очищают, полируют и обезжиривают, после чего погружают в качестве катода в гальваническую ванну. Электролитом является раствор соли металла, которым осуществляется покрытие. Анодом служит пластина из того же металла. На рис. 45 изображена ванна для никелирования. Электролитом служит водный раствор вещества, содержащего никель (например, сернокислый никель NiS04), катодом является предмет, подвергающийся покрытию. Величина тока, пропускаемого через ванну, должна соответствовать величине t покрываемой поверхности.   Для равномерного покрытия предмета его помещают между двумя анодными пластинами. После покрытия предмет вынимают из ванны, сушат и полируют.

2. Получение копий с предметов при помощи электролиза (гальвано­пластика).

Для получения копий с металлических предметов (монет, медалей, барельефов и т. п.) делают слепки из какого-нибудь пластичного материала (например, воска). Для придания слепку электропроводимости его покрывают графитовой пылью, погружают в ванну в качестве катода и получают на нем слой металла нужной толщины. Затем путем нагревания удаляют воск.

Производство патефонных пластинок основано    на    применении     гальванопластики  (рис.   40).   Восковая  пластина   с   нанесенной   на   ней записью,   опыленная  для  электропроводимости   золотом,   погружается в раствор медного купороса в качестве катода. Медный анод поддерживает концентрацию раствора постоянной. Полученный металлический рельефный негативный отпечаток служит для штампования из нагретой пластмассы большого числа патефонных пластинок.

Гальванопластика применяется во многих отраслях промышленности, в том числе в полиграфии. Процесс гальванопластики был разработан в 5836 г. русским академиком Борисом Семеновичем Якоби (1801—1874). Б. С. Якоби известен своими многочисленными работами в области электротехники. Он является изобретателем первого электродвигателя с непосредственным вращением вала, коллектора для выпрямления тока, пишущих телеграфных аппаратов, а также первого в мире буквопечатающего телеграфного аппарата; им впервые (в 1838 г.) осуществлено движение лодки при помощи электрической энергии.

Якоби созданы приборы для измерения электрического сопротивления, изготовлен эталон сопротивления, сконструирован вольтметр.

3. Рафинирование (очистка) металлов.

В электротехнике благодаря хорошей электропроводимости наиболее широкое применение как проводниковый материал имеет

медь. Медные руды, кроме меди, содержат много примесей, таких, как, например, железо, сера, сурьма, мышьяк, висмут, свинец, фосфор и т. п. Процесс получения меди из руды заключается в следующем. Руду измельчают и обжигают в особых печах, где некоторые примеси выгорают, а медь переходит в окись меди, которую снова плавят в печах вместе с углем. Происходит восстановительный процесс, и получают продукт,

называемый черной медью, с содержанием меди 98—99%. Медь, идущая на нужды электротехники, должна быть наиболее чистой, так как всякие примеси уменьшают электропроводимость меди. Такая медь получается из черной меди путем рафинирования ее электрическим способом.

Неочищенная медь подвешивается в качестве анода в ванну с раствором медного купороса (рис. 47). Катодом служит лист чистой меди. При пропускании через ванну электрического тока медь с анода переходит в раствор, а оттуда осаждается на катод. Электролитическая медь содержит до 99,95% меди.

Медь в электротехнике применяется для изготовлений голых к изолированных проводов, кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов, медных полос, лент, коллекторных пластин, деталей машин и аппаратов.

Второе место после меди в электротехнике занимает алюминий. Сырьем для получения алюминия служат бокситы, состоящие из окиси алюминия (до 70%), окиси кремния и окиси железа. В результате обработки бокситов щелочью получается продукт, называемый глиноземом (Аl₂O₃).

Глинозем с некоторыми добавлениями (для снижения температуры плавления) загружается в огнеупорную печь, стенки и дно которой выложены угольными пластинами, соединенными с отрицательным полюсом источника напряжения. Через крышку печи проходит угольный стержень, который служит анодом. Сначала опускают угольный анод, в результате чего возникает электрическая дуга, которая расплавляет глинозем. В дальнейшем происходит электролиз расплавленной массы. Чистый алюминий скапливается на дне сосуда, откуда его выливают в формы. Процентное содержание алюминия в металле достигает 99,5%. Для получения алюминия требуется большое количество электроэнергии. Поэтому алюминиевые заводы строятся около больших гидроэлектростанций с дешевой электроэнергией.

Алюминий в электротехнике употребляется для изготовления проводов, кабелей, получения некоторых сплавов.

34. Согласно современным представлениям, при протекании через прямолинейный проводник электрического тока в пространстве вокруг него возникает магнитное поле, силовые линии которого представляют собой окружности с центром на оси проводника. При этом величина магнитного поля пропорциональна силе тока, текущего в проводнике, и обратно пропорциональна расстоянию до проводника^[3]:

где B — модуль вектора индукции магнитного поля, i — сила тока, r — расстояние от точки наблюдения до проводника, c — скорость света (здесь использована запись в гауссовой системе единиц).

При помещении в магнитное поле вещества, имеющего ненулевой магнитный момент (магнита), на него начинает действовать момент силы Лоренца, пропорциональный индукции магнитного поля и величине магнитного момента, а также синусу угла между их векторами^[4]:

где M — модуль вектора момента сил, действующих на магнитный момент,  — величина магнитного момента,  — угол между векторами и .

Момент сил стремится выстроить магнитную стрелку параллельно направлению вектора магнитной индукции, то есть перпендикулярно проводнику с током. Этот эффект тем сильнее, чем выше сила тока в проводнике и чем больше сила магнита. На практике действию магнитной силы противостоят силы трения в точке крепления магнитной стрелке, поэтому эффект может быть слабо выражен.

Сила Лоренца — сила, с которой, в рамках классической физики, электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. Иногда силой Лоренца называют силу, действующую на движущийся со скоростью заряд лишь со стороны магнитного поля, нередко же полную силу — со стороны электромагнитного поля вообще^[1], иначе говоря, со стороны электрического имагнитного полей. Выражается в СИ как:

Магни́тная инду́кция  — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Более конкретно,  — это такой вектор, что сила Лоренца , действующая со стороны магнитного поля^[1] на заряд , движущийся со скоростью , равна

где косым крестом обозначено векторное произведение, α — угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора перпендикулярно им обоим и направлено по правилу буравчика).

Силовые линии магнитного поля.

Как уже было отмечено выше, математически магнитное поле описывается с помощью такой математической конструкции как векторное поле – каждой точке в пространстве ставится в соответствие вектор (в данном случае – магнитной индукции)

 B⃗ (r⃗ )=B⃗ (x,y,z)

. Или, что равносильно, для полного описания магнитного поля необходимо задать три функции (компоненты вектора индукции B_x, B_y, B_z), каждая из которых зависит от трех аргументов (координат точки x,y,z).

Для наглядного представления этого поля (как и любого векторного поля) удобно использовать силовые линии (Рис.14).

Силовыми линиями магнитного поля называются линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

Со свойствами силовых линий, присущих магнитному полю, мы познакомимся позднее, сейчас только напомним свойства таких линий, общие для любых векторных полей:

1. Силовые линии магнитного поля не пересекаются.

2. Силовые линии магнитного поля не имеют изломов.

Докажите эти свойства самостоятельно.

По определению направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением магнитной стрелки, поэтому силовые линии можно «увидеть». Для этого надо взять много стрелок и расположить их в исследуемой области. Их ориентация покажет структуру магнитного поля в данной области. В качестве таких стрелочек можно использовать железные опилки, которые выстраиваются вдоль силовых линий. Таким способом можно получить картины силовых линий магнитного поля, создаваемого различными источниками. Эти «картинки» часто (не слишком удачно) называют магнитными спектрами.

38. Теорема Гаусса для поля В: поток вектора магнитной индукции сквозь любую замкнутую поверхность равен нулю:   (3)  Эта теорема является отражением факта, что магнитные заряды отсутствуют, вследствие чего линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца и являются замкнутыми.  Следовательно, для потоков векторов В и Е сквозь замкнутую поверхность в вихревом и потенциальном полях получаются различные формулы.  В качестве примера найдем поток вектора В сквозь соленоид. Магнитная индукция однородного поля внутри соленоида с сердечником с магнитной проницаемостью μ, равна    Магнитный поток сквозь один виток соленоида площадью S равен    а полный магнитный поток, который сцеплен со всеми витками соленоида и называемый потокосцеплением, 

42.Граничные условия для вект. Магн. инд.

43. Гиромагни́тное отноше́ние (магнитомехани́ческое отноше́ние) — отношение дипольного магнитного момента элементарной частицы (или системы элементарных частиц) к её механическому моменту.

В системе СИ единицей измерения гиромагнитного отношения является с·А·кг⁻¹ = с⁻¹·Тл⁻¹. Часто подразумевается, что гиромагнитное отношение измеряется в единицах q/2mc, где с — скорость света, q и m — заряд и масса частицы, соответственно. В этом случае оно выражается безразмерной величиной.

Для различных состояний атомной системы гиромагнитное отношение определяется формулой:

где g — множитель Ланде, γ₀ — единица гиромагнитного отношения:

где e — элементарный заряд, m_e — масса электрона, с — скорость света.

В случае ядер, за единицу гиромагнитного отношения принимают величину:

где m_p — масса протона.

Согласно классической теории, гиромагнитное отношение является коэффициентом пропорциональности между угловой скоростью прецессии магнитного момента, помещённого во внешнее магнитное поле, и вектором магнитной индукции.

Магнето́н Бо́ра — единица элементарного магнитного момента.

Впервые обнаружена и рассчитана в 1911 году румынским физиком Штефан Прокопиу,^[1][2] величина названа в честь Нильса Бора, который самостоятельно рассчитал её в 1913 году.

В Гауссовой системе единиц магнетон Бора определяется как^[3]

и в системе СИ как

где ħ — постоянная Планка, е — элементарный электрический заряд, m_e — масса электрона, c - скорость света.

В физике ларморовская прецессия — это прецессия магнитного момента электронов, атомного ядра и атомов вокруг вектора внешнего магнитного поля

Магнитное поле приложенное к магнитному диполю с магнитным дипольным моментом создаёт момент силы, равный

где × обозначает векторное произведение,  — момент импульса и γ — гиромагнитное отношение, являющееся коэффициентом пропорциональности между магнитным моментом и моментом импульса.

В случае статического магнитного поля направленного вдоль оси z, вектор момента импульса прецессирует вокруг оси z с угловой частотой, которая называется ларморовской частотой:

Прецессия является движением вектора момента импульса вокруг выделенной оси, похожим на вращение волчка.

Надо отметить, что всё сказанное справедливо не только для общего вектора момента импульса но также и для спинового момента импульса электрона орбитального момента импульса электрона спинового момента импульса ядра и общего момента импульса атома 

Гиромагнитное отношение — это главное различие между всеми типами моментов импульсов, которые были рассмотрены выше, но следующая формула позволяет объединить все типы,

где g — g-фактор,  — магнетон Бора,  — постоянная Планка

ШТЕРНА -ГЕРЛАХА ОПЫТ -экспериментальное доказательство квантования проекции магн. момента атома на направление магн. поля. Ш.- Г. о. подтвердил справедливость квантовой теории. Поставлен О. Штерном (О. Stern) и В. Гёрлахом (W. Gerlach) в 1922. Схема Ш.- Г. о. приведена на рисунке. В вакуумной печи создавался поток атомов серебра, к-рый затем коллимировался двумя диафрагмами D, проходил между полюсами магнита спец. конфигурации, формировавшими неоднородное магн. поле H, и попадал на фотопластинку P.

Согласно классич. представлениям, на атом с магн. моментом M в неоднородном магн. поле действует сила направленная вдоль магн. поля и перпендикулярно направлению движения атомов пучка:

Магн. момент атома прецессирует вокруг оси z с ларморовской частотой

где е - заряд, m - масса электрона. В Ш.- Г. о. период ларморовской прецессии атома был пренебрежимо мал по сравнению с временем пролёта атома в магн. поле. Поэтому усреднение по времени первых двух членов в (*) обращает их в нуль (т. к. усреднённые по времени проекции магн. момента ина оси c и у равны нулю) и ср. значение Eсли справедливо классич. рассмотрение, то проекция M_z будет принимать любые значения оти действие магн. поля приведёт к равномерному уширению пучка атомов - на фотопластинке P появилась бы широкая полоса с равномерным распределением интенсивности.

В соответствии с квантовой теорией проекция на направление магн. поля квантована, т. е. принимает лишь определённые (дискретные) значения, причём число возможных значений равногде-внутреннее квантовое число полного момента атома. Соответственно в неоднородном магн. поле пучок атомов должен расщепляться накомпоненту. В Ш.- Г. о. зафиксировано расщепление пучка атомов серебра на две узкие компоненты при отсутствии неотклонённого пучка. Результаты, полученные в опыте, позволили сделать выводы, подтверждающие квантовые представления: 1) атом серебра обладает магн. моментом; 2) величина этого магн. момента равна магнетону Бора; 3) проекции магн. момента атома на направление магн. поля могут принимать только дискретные значения. В дальнейшем было установлено, что измеренный в Ш.- Г. о. магн. момент атома серебра возникает благодаря нескомпенсированному спиновому магн. моменту электрона внеш. электронной оболочки.