43. Энергия магнитного поля контуров с током. Энергия магнитного поля при наличии магнетиков.

Энергия магнитного поля.

Т.к. ток окружен магнитным полем, встает вопрос, где локализована собств. этого поля. Ответ на этот вопрос был дан опытным путем при исследовании переменных магнитных полей (эл/магн. волн).

Т.к. ЭМВ заключают в себе и переносят определенную энергию, то энергия сосредоточена в самом поле.

Рассмотрим идеальный соленоид.

- объемная плотность энергии магн. поля

(*)

Замечание: для ферромагнетиков

идет на создание магнитного поля и на приращение внутренней энергии среды (на нагревание).

Покажем, что в случае справедливости формулы (*), формула для энергии магн. поля имеет вид:

Возьмем прямоугольный контур с током.

Окружим элемент трубки dS, ось которой совпадает c

Энергия сосредоточена во всей трубке

Просуммируем все элем. энергии всех трубок. Получим полную энергию магнитного поля

Замечание:

Т.к. 

 - эта формула позволяет найти индуктивность энергетическим способом и в некоторых случаях позволяет проще найти L, чем из определения.

Ввиду того, что в некоторых случаях трудно вычислить магнитный поток, создаваемый контуром с током.

Рассмотрим пример:

Рассмотрим коаксиальный кабель и найдем индуктивность на единицу длины.

По теореме о циркуляции рассчитаем этого кабеля

1. r  a

2. a  r  b

3. B = 0

а) ra

б)

в) r>b

При включении источников и в контурах возбуждается и в контурах возбуждается и при этом магнитный поток изменится

Дополнительная работа сторонних сил источника совершается против и образующихся при включении источников в первом и втором контуре.

- и эта дополнительная работа идёт на приращение энергии магнитного поля этих контуров

(*)

Энергия магнитного поля двух контуров с токами.

- собственная энергия тока

- собственная энергия тока

- энергия взаимодействия токов (**)

Получим формулу (*) непосредственно.

В некоторой точке пространства находится контур с током , а контур с током .

аналогично.

Выводы:

1. из формул для собственной энергии магнитного поля видно, что собственные энергии магнитного поля величины строго положительны

2. энергии магнитного поля двух контуров с током не является величиной адиативной

3. взаимная энергия магнитного поля двух контуров с током может быть величиной как положительной, так и отрицательной

4. из формулы (**) можно получить ещё один метод расчета взаимной индуктивности без контуров ферромагнетиков

44. Термоэлектронная эмиссия.

Если сообщить электронам в металлах энергию, необходимую для преодоления работы выхода, то часть электронов может покинуть металл, в результате чего наблюдается явление испускания электронов, или электронной эмиссии. В зависимости от способа сообщения электронам энергии различают термоэлектронную, фотоэлектронную, вторичную электронную и автоэлектронную эмиссии.

1. Термоэлектронная эмиссия – это испускание электронов нагретыми металлами. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растёт и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным.

Исследование зависимостей термоэлектронной зависимости можно привести с помощью простейшей двухэлектродной лампы – вакуумного диода, представляющего собой откачанный баллон, содержащий 2 электрода: катод K и анод А. В простейшем случае катодом служит нить из тугоплавкого металла, накаливаемая электрическим током. Анод чаще всего имеет форму металлического цилиндра, окружающего катод. Если диод включить в цепь, как это показано на рисунке 1, то при накаливании катода и подачи на анод положительного напряжения (относительно катода) в анодной цепи возникает ток. Если поменять полярность батареи Б_а, то ток прекращается, как бы сильно катод не накаливали. Следовательно катод испускает отрицательные частицы – электроны.

Е сли поддерживать температуру накаленного катода постоянной и снять зависимость анодного тока от анодного напряжения - вольт-амперную характеристику (рис 2.), то оказывается, что она не является линейной, т. е. для вакуумного диода закон Ома не выполняется.