Формула 1 — Закон Био Савара Лапласа

 где I     ток в контуре

     гамма контур, по которому идет интегрирование

     r0    произвольная точка

 Возьмём элементарный участок проводника с током dl, он будет создавать в некоторой точке индукцию магнитного поля dB. dl это элементарный вектор направление, которого совпадает с направлением тока в контуре. r радиус вектор, направленный от dl к точке наблюдения. А вектор dB направлен перпендикулярно элементарному участку проводника dl и одновременно перпендикулярно радиус вектору r.

 То есть, проще говоря, элементарный вектор индукции dB направлен перпендикулярно плоскости образованной вектором dl и r. А его направление совпадает с направлением касательной к магнитной индукции. Определить это направление можно с помощью правила правого винта. Применяется оно таким образом.

 

Рисунок 1 — иллюстрация к закону Био Савара Лапласа

 

 В случае если поступательное движение винта направлено в сторону движения тока, то направление вращения головки винта указывает направление dB.

 

Формула 2 — определяет модуль вектора dB

 

где альфа это угол между векторами элементарного участка цепи dl и радиус-вектором r.

36)

Сила Лоренца

Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды.

Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Сила Лоренца определяется соотношением:

F_л = q·V·B·sin

где q - величина движущегося заряда; V - модуль его скорости;  B - модуль вектора индукции магнитного поля;  - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

37)

38) Закон полного тока для магнитного поля в вакууме (теорема о циркуляции вектора В): циркуляция вектора В по произвольному замкнутому контуру равна произведению магнитной постоянной μ₀ на алгебраическую сумму токов, охватываемых этим контуром:   (1)  где n — число проводников с токами, которые охватываются контуром L любой формы. Каждый ток в уравнении (1) учитывается столько раз, сколько раз он охватывается контуром. Ток считается положительным, если его направление образует с направлением обхода по контуру правовинтовую систему; отрицательным считается ток противоположного направления. 

Рис.1

Например, для системы токов, изображенных на рис. 1,    Выражение (1) выполняется только для поля в вакууме, поскольку, как будет показано дальше, для поля в веществе нужно учитывать молекулярные токи. 

39) Проводники в электрическом поле. В ряде веществ, называемых проводниками, существуют заряженные частицы, способные перемещаться по объему проводника под действием сколь угодно слабого внешнего электрического поля. В наиболее привычных в быту проводниках - металлах - подвижными носителями являются свободные электроны, оторвавшиеся от внешних оболочек атомов и образующие отрицательно заряженный "электронный газ", заполняющий промежутки между положительно заряженными ионами. Под действием электрического поля свободные электроны способны перемещаться. Кроме того, эти электроны участвуют в тепловом движении, и газ свободных электронов можно охарактеризовать определенной температурой. После включения внешнего электрического поля происходит достаточно быстрое смещение электронов против силовых линий поля (возникает кратковременный ток), после чего устанавливается равновесное распределение зарядов по поверхности проводника, обеспечивающее равенство нулю электрического поля внутри проводника. Кроме того, равен нулю и полный заряд любой области внутри проводника. Все неподвижные заряды могут находиться только на поверхности проводника. Диэлектрики во внешнем поле. Электрически заряженные частицы - электроны и ядра - в диэлектриках связаны друг с другом, образуя электрически нейтральные атомы. Поэтому внутри диэлектриков нет свободных носителей заряда. Однако, при внесении во внешнее электрическое поле диэлектрик искажает это поле, а следовательно, в нем возникает внутреннее электрическое поле, которое индуцируется внешним полем. Всякое поле создается какими-то зарядами, следовательно, внутри диэлектрика при внесении его во внешнее поле появляются заряды. Однако в отличие от свободных зарядов в металле заряды в диэлектриках называются связанными.

40) Поток вектора магнитной индукции, пронизывающий площадку S - это величина, равная:

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) измеряется в веберах (Вб)

 

Магнитный поток - величина скалярная.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) равен числу линий магнитной индукции, проходящих сквозь данную поверхность.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) сквозь произвольную замкнутую поверхность равен нулю:

Это теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля.

Она свидетельствует о том, что в природе не существует магнитных зарядов – физических объектов, на которых бы начинались или заканчивались линии магнитной индукции.

Потокосцепление в электротехнике, полный магнитный поток, сцепленный с рассматриваемым контуром. Потокосцепление всегда совпадает с потоком в интегральном определении: F = (интегр.) ВdS =y, где В - вектор магнитной индукции, S - поверхность, ограничиваемая контуром, для которого определяется Потокосцепление. это применимо и к многовитковой катушке индуктивности, последовательные витки которой образуют один контур.

41) Постоянный ток — это постоянное направленное движение заряженных частиц.

В каждой точке проводника, по которому протекает постоянный ток, одни элементарные электрические заряды непрерывно сменяются другими, совершенно одинаковыми электрическими зарядами. Несмотря на непрерывное перемещение электрических зарядов вдоль проводника, общее пространственное их расположение внутри проводника как бы остаётся неизменным во времени, или стационарным.

Переносчиками электрических зарядов являются:

• в металлах — свободные электроны;

• в электролитах — ионы: катионы и анионы;

• в газах — ионы и электроны;

• в вакууме — электроны, образовавшиеся при электронной эмиссии;

• в полупроводниках — электроны и дырки.

Постоянное движение электрических зарядов создаётся и поддерживается электрическим полем.

Сила тока — физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего через некоторую поверхность за время , к величине этого промежутка времени^[1]:

По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональнасопротивлению проводника этого участка цепи:

42)  Проводник. Обладают очень большой электропроводностью. Проводники делятся на две группы. К проводникам первой группе относятся металлы (медь, алюминий, серебро и т.д.) и их сплавы, в которых возможно перемещение только электронов. То есть в металлах электроны очень слабо связаны с ядрами атомов и легко от них отделяются. В металлах явление электрического тока связано с движением свободных электронов, которые обладают очень большой подвижностью и находятся в состоянии теплового движения. Эту электропроводность называют электронной.. К проводникам второй группе относятся водные растворы солей, кислот и т.д., которые называют электролитами. Под действием раствора молекулы вещества распадаются на положительные и отрицательные ионы, которые под действием электрического поля начнут перемещаться. Ионы электролита при прохождении тока начнут осаждатися на электродах, опущенных в электролит. Процесс выделения вещества из электролитов электрическим током называется электролизом.

2 Диэлектрики (или электроизоляционные вещества). Вещества с очень малой электропроводностью (газы, резиновые вещества, минеральные масла и т.п.). В этих веществах электроны очень сильно связаны с ядрами атомов и под действием электрического поля редко отделяются от ядер. Т.е. диэлектрики не проводят электрический ток. Диэлектрики могут быть: твердые, газообразные, жидкости.

3 Полупроводниковые (германий, селен, кремний). Это вещества, которые кроме электронной проводимости, имеют «дырочную» проводимость, которая в большой степени зависит от наличия внешних факторов: света, температуры, электрического или магнитного поля. Эти вещества имеют ковалентную связь (- это химическая связь между двумя электронами соседних атомов на одной орбите). Ковалентная связь очень непрочен. При наличии внешнего фактора он разрушается и появляются свободные электроны (электронная проводимость). В момент образования свободного электрона в ковалентной связи появляется свободный город - «электрона дыра» (эквивалентная протона), которая притягивает к себе электрон из соседнего ковалентной связи. Но тогда образуется новая «дыра», которая вновь притягивает к себе электрон из соседнего ковалентной связи и так далее. Т.е. под действием электрического поля перемещаются «дыры» в направлении поля (навстречу электронам) - движение протонов. Таким образом, при электронной проводимости - электрон проходит весь путь, а при «дырочной» - электроны поочередно замещаются по связям, каждый электрон проходит долю пути. При нарушении связей в полупроводниках одновременно возникает одинаковое количество электронов и «дырок». То есть, проводимость состоит из электронной и «дырочной» и называется собственной проводимостью полупроводника. Свойства полупроводников возможно изменить, если в них внести примеси других веществ. Тем самым увеличить ту или иную проводимость.

Удельное сопротивление проводников и непроводников зависит от температуры.

Сопротивление металлических проводников увеличивается с повышением температуры. У полупроводников сопротивление сильно уменьшается при повышении температуры

У некоторых металлов при температуре, близкой к абсолютному нулю, сопротивление скачком уменьшается до нуля (явление сверхпроводимости).

43) Источник тока – это такой идеальный источник, который вырабатывает неизменную по величине силу электрического тока () независимо от нагрузки.

Реальный источник тока – это такой источник, у которого внутреннее сопротивление не равно бесконечности ()

СТОРО́ННИЕ СИ́ЛЫ в электродинамике, силы неэлектростатического происхождения, действующие назаряды со стороны источников тока и вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источникапостоянного тока. Сторонние силы совершают работу по разделению зарядов и поддержанию разностипотенциалов на концах цепи. 

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых сил неэлектрическогопроисхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного илипеременного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура^[1].

закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме, который является обобщённым законом Ома:

Частные случаи: 1. Если на данном участке цепи источник тока отсутствует, то мы получаем закон Ома для однородного участка цепи: I=U/R. 2. Если цепь замкнута (Δϕ = 0), то получаем закон Ома для замкнутой цепи:

 ,где ε – ЭДС, действующая в цепи, R – суммарное сопротивление всей цепи, R_внеш – сопротивление внешней цепи, r_внут – внутреннее сопротивление источника тока.

3. Если цепь разомкнута, то I = 0 и ε₁₂ =ϕ₂ −ϕ₁ , т.е. ЭДС, действующая в разомкнутой цепи равна разности потенциалов на её концах.

4. В случае короткого замыкания сопротивление внешней цепи R_внеш = 0 и сила тока I=ε/rвнут в этом случае ограничивается только величиной внутреннего сопротивления источника тока.

Закон ома для замкнутой цепи говорит о том что. Величина тока в замкнутой цепи, которая состоит из источника тока обладающего внутренним сопротивлением, а также внешним нагрузочным сопротивлением. Будет равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внешнего и внутреннего сопротивлений.