4 Вопрос.

Электри́ческий ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в металлах — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля^[4].

Электрический ток имеет следующие проявления:

• нагревание проводников (не происходит в сверхпроводниках);

• изменение химического состава проводников (наблюдается преимущественно в электролитах);

• создание магнитного поля (проявляется у всех без исключения проводников)^[3].

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через элемент поверхности единичнойплощади^[1]. Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности её плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока:

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S.

Сторонние силы.

    Сторонняя электродвижущая сила совершает положительную работу по перемещению положительного заряда в сторону возрастания потенциала, т.е. против сил электростатического поля (вследствие сопротивления потенциал электростатического поля понижается, положительный заряд двигается от большего потенциала к меньшему => должны существовать участки, на которых “+” заряд движется от меньшего потенциала к большему ).

     Сторонняя сила не может иметь электростатического происхождения т.к. электростатическое поле — потенциальное и А по замкнутому пути =0 и ток не мог бы существовать, т.к. он должен совершать работу для преодоления сопротивления проводника.

     Физическая природа сторонних сил весьма различна:

     Они могут быть обусловлены:

а) химической, физической неоднородностью проводника при соприкосновении разнородных проводников (гальванические элементы; аккумуляторы—возникает контактная разность потенциалов при контакте твёрдого тела и жидкости)

б) физическая неоднородность при соприкосновении проводников различной температуры ( термоэлементы)

в) механические происхождения

г) электрическое происхождение — сила действует на заряд в электростатическом поле , возникающем по закону электромагнитной индукции.

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Если сила перемещает тело на некоторое расстояние, то она совершает над телом работу.

Работа W есть произведение силы F на перемещение s.

1.

W= F·s

5 Вопрос.

Магнетизм. Это форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля. Наряду с электричеством, магнетизм — одно из проявлений электромагнитного взаимодействия.

Сила Лоренца.

Сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную частицу. Иногда силой Лоренца называют силу, действующую на движущийся со скоростью V заряд g лишь со стороны магнитного поля. Полная сила со стороны электромагнитного поляе - это сила со стороны электрического E и магнитного B полей. Выражается в СИ как:

Сила Ампера.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера. Сила действия однородного маг­нитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником:

Законы магнетизма

Основные законы электромагнетизма.

Первый закон электромагнетизма.

Для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур. или Генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Индуктивность( коэффициент самоиндукции ) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур.

Колебательный контур. Представляет собой электрическую цепь, содержащую соединённые катушку индуктивности и конденсатор. В такой цепи могут возбуждаться колебания тока и напряжения. Колебательный контур — простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания

Законы электромагнетизма

Магнитное поле постоянного тока

Магнитное поле постоянного тока не изменяется во времени и является частным случаем электромагнитного поля. Магнитное поле создается электрическими токами. Магнитное поле может быть обнаружено силовым воздействием на постоянный магнит или на проводник с постоянным током.

Закон непрерывности магнитного потока

Поток вектора магнитной индукции через любую замкнутую поверхность равен нулю

Линии векторов В и Н всегда замкнуты и не имеют конца.

Закон полного тока. В интегральной форме

Линейный интеграл от напряженности магнитного поля вдоль любого замкнутого контура равен полному току, охватываемому этим контуром

В дифференциальной формет.е. во всех точках пространства, где вектор вектор плотности тока не равен нулю магнитное поле является вихревым.

Для расчета магнитного поля используется векторный потенциал А, удовлетворяющий условиями уравнению Пуассона. теорема о циркуляции напряженности магнитного поля.

Циркуляциямагнитного поляпостоянных токовпо всякому замкнутому контуру пропорциональна суммесил токов, пронизывающих контур циркуляции.

В математической формулировке для магнитостатикитеорема имеет[2]следующий вид[1][3]:

Здесь — вектормагнитной индукции,—плотность тока; интегрирование слева производится по произвольному замкнутому контуру, справа — по произвольной поверхности, натянутой на этот контур. Данная форма носит название интегральной, поскольку в явном виде содержитинтегрирование. Теорема может быть также представлена в дифференциальной форме[4]:

Эквивалентность интегральной и дифференциальной форм следует из теоремы Стокса[5].

Приведённая выше форма справедлива для вакуума. В случае применения её в среде (веществе), она будет корректна только в случае, если под j понимать вообще все токи, то есть учитывать и «микроскопические» токи, текущие в веществе, включая «микроскопические» токи, текущие в областях размерами порядка размера молекулы (см. диамагнетики) имагнитные моментымикрочастиц (см.напримерферромагнетики).

Поэтому в веществе, если не пренебрегать его магнитными свойствами, часто удобно из полного тока выделить ток намагничения (см. связанные токи), выразив его через величинунамагниченностии введя векторнапряжённости магнитного поля

Тогда теорема о циркуляции запишется в форме[6]

где под (в отличие отв формуле выше) имеются в виду т. н. свободные токи, в которых ток намагничения исключен (что бывает удобно практически, поскольку— это обычно уже в сущности макроскопические токи, которые не связаны с намагничением вещества и которые в принципе нетрудно непосредственно измерить)[7].

В динамическом случае — то есть в общем случае классической электродинамики— когда поля меняются во времени (а в средах при этом меняется и их поляризация) — и речь тогда идет об обобщенной теореме, включающей, — всё сказанное выше относится и к микроскопическим токам, связанным с изменениями поляризации диэлектрика. Эта часть токов тогда учитывается в члене.

Основным фундаментальным обобщением[8]теоремы является четвёртоеуравнение Максвелла. В интегральной форме оно является прямым обобщением на динамический случай магнитостатической формулы, приведённой выше. Для вакуума:

для среды]:

(Как видим, формулы отличаются от приведенных выше только одним добавочным членом со скоростью изменения электрического поля в правой части).

Дифференциальная форма этого уравнения:

(в гауссовой системе, для вакуума и среды соответственно) — также можно при желании считать вариантом обобщения теоремы о циркуляции магнитного поля, поскольку она, конечно, тесно связана с интегральной.

Коаксиальный кабель (от лат.co — совместно и axis — ось, то есть «соосный»), также известный как коаксиал (отангл.coaxial), — электрическийкабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана. Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов. Изобретён и запатентован в 1880 году британским физикомОливером Хэвисайдом.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В КАБЕЛЕ

В кабеле под нагрузкой по токопроводящим жилам проходит электрический ток и вызывает вокруг жил магнитное поле, харак­теризующееся величиной напряженности H. На рис. 2–23 представ­лены кривые напряженности магнитного поля внутреннего

и внешнего

 проводников коаксиального кабеля и результирующего магнитного поля. Во внутреннем проводнике коаксиального кабеля магнитное поле

 возрастает от центра к его поверхности, а вне его уменьшается по закону

где r — радиус внутреннего проводника. Внутри внешнего проводника (цилиндрической формы) магнитное поле отсутствует,  а вне его выражается  уравнением:

Токи во внутреннем и внешнем проводниках кабеля равны по величине, но обратны по знаку. Магнитные поля внутреннего и внешнего про­водников в любой точке про­странства вне кабеля также будут равны по величине и противоположно направлены. Результирующее поле вне ка­беля

Линии магнитной индук­ции коаксиального кабеля рас­полагаются в виде концентри­ческих окружностей внутри него. Вне кабеля магнитное поле отсутствует.

Линии магнитной индукции двухжильного (симметричного) ка­беля располагаются эксцентричными по отношению к жиле окруж­ностями (рис. 2-17), распространяясь на значительное от них рас­стояние. Из-за наличия внешнего поля возникают потери в соседних цепях, металлических оболочках и в броне кабеля.

Магнитное поле в кабеле вызывает увеличение электрического сопротивления токопроводящих жил кабеля за счет поверхностного эффекта, появление электродинамических усилий, потерь в метал­лических оболочках кабеля и мешающих влияний в кабелях связи.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ В КАБЕЛЕ

Совокупность электрического и магнитного полей, распростра­няющихся вдоль линии с определенной скоростью, называют элек­тромагнитной волной. На всем пути, проходимом электромагнитной волной, энергия электрического поля Wэ равна энергии магнитного поля WM. Энергия магнитного поля может переходить в энергию электрического поля и наоборот. При передаче по цепи энергии вы­сокочастотных колебаний плотность тока увеличивается к поверхно­сти токопроводящей жилы кабеля, причем чем выше частота, тем сильнее эффект вытеснения тока на поверхность жилы. Электромаг­нитная энергия при передаче по цепи сосредоточивается в основном в изоляции, окружающей жилу, поэтому при передаче сигналов свя­зи по жилам кабеля носителем высокочастотной магнитной энергии являются не жилы кабелей, а окружающая их среда. Жилы кабеля лишь задают направление движения энергии. Благодаря жилам ка­беля электромагнитная энергия не рассеивается во все стороны, а движется вдоль линии.

Электромагнитная волна состоит из волны напряжения и волны тока. Между ними в любой точке цепи существует определенное со­отношение, зависящее от свойств цепи и имеющее размерность со­противления (ом), называемое волновым сопротивлением

Распространение электромагнитной энергии вдоль однородной кабельной линии с согласованными нагрузками характеризуется уравнениями:

где U0, I0 и Р0 — напряжение, ток и мощность в начале цепи; Ux, Ix и Px — напряжение, ток и мощность в любой точке цепи на рас­стоянии х от ее начала; γ — коэффициент распространения.

Между напряжением, током и мощностью в начале (0) и конце кабельной линии (l) существует следующая зависимость:

При согласованной нагрузке Zе

При несогласованной нагрузке (ZH), когда цепь изолирована на конце (ZH = ∞), или цепь замкнута накоротко (ZH = 0), электромаг­нитная энергия, дойдя до конца линии, полностью отразится и не будет воспринята приемником. В случае, когда цепь нагружена на любое сопротивление, отличное от Zc, за счет несогласованности появятся отраженные волны и лишь часть энергии поступит в при­емник.

Скорость распространения электромагнитных волн по кабелю определяется частотой тока и параметрами цепи. При передаче по кабельной цепи электромагнитная энергия уменьшается (затухает) по амплитуде и изменяется по фазе. Явление затухания обусловлено тепловыми потерями энергии в токопроводящих жилах, потерями в изоляции на диэлектрическую поляризацию, дипольными потерями, токами утечки и т. д.

Качество передачи по кабельным линиям связи и их электриче­ские свойства характеризуются первичными параметрами кабеля: активным сопротивлением токопроводящих жил R, индуктивностью L, емкостью С и проводимостью изоляции G, относимыми к единице длины. Эти параметры не зависят от напряжения и передаваемого тока, а зависят от конструкций кабеля и частоты используемого тока.

Волновое (характеристическое) сопротивление Z и коэффициент распространения γ являются вторичными параметрами линии, широ­ко используемыми для оценки эксплуатационно-технических качеств линии связи.