75. Эффект Холла

Этот эффект относится к гальваномагнитным явлениям, которые наблюдаются в проводящих материалах, помещенные в скрещенные электрическое и магнитное поля. Если через образец, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда вдоль первой оси пропускать ток, а вдоль другой приложить магнитное поле, то движущиеся в нем носители Z будут отклоняться вдоль 3-й оси под действием силы Лоренца. Носители будут отклоняться оси Z и т.о.появится поперечный ток, но образующиеся в направлении Z имеют конечные размеры, то носители Z будут накапливаться на верхней грани и возникает их недостаток на нижней. Противоположные грани заряжаются и возникает поперечное электрическое поле, которое называется Холловским. Это поле растет до тех пор, пока не скомпенсируется действие силы Лоренца и поперечный ток не станет равным 0. Результирующее поле в образце будет повернуто в плоскости на некоторый угол. Холл установил, что поперечное поле будет определяться соотношением:

, где - постоянная Холла, зависит от свойств материала и t°, j – плотность тока вдоль оси X.

, где n – концентрация свободных носителей Z в материале.

Т. о. по измерению эффекта Холла определяют знак носителя Z и их концентрацию.

76. Явление электромагнитной индукции. Индукционный ток.

Явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при измерении через него магнитного потока – явление электромагнитной индукции, а ток – индукционный. Причиной ее возникновения является действие силы Лоренца. В результате происходит перемещение Z.

Если проводник движется в магнитном поле, то в результате перемещения Z, на концах проводника возникает разность потенциалов, которая препятствует дальнейшему перемещению Z. Напряжение поля в движущемся проводнике связано с разностью потенциалов соотношением:

С другой стороны:

, где - длина проводника.

Если его замкнуть, в нем потечет ток. Такой замкнутый проводник, движущийся в магнитном поле можно рассматривать как источник ЭДС:

Если магнитный поток движется перпендикулярно полю:

ЭДС электромагнитной индукции в контуре пропорциональна измеонения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром. Это следует из формулы Фарадея-Максвелла:

77. Применение электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической энергии в электрическую. Используются генераторы, принцип действия которых можно рассматривать на примере плоской рамки, вращающейся в магнитном поле.

Рамка вращается с некоторой постоянной угловой скоростью.

Ф = BSsin = BSsin( где - угол поворота в момент времени t.

При вращении рамки в ней возникает переменная ЭДС, которая подчинена гармоническому закону. Изменяется синусоидально/косинусоидально.

78. Самоиндукция и взаимоиндукция

Самоиндукция и взаимоиндукция – частные случаи электромагнитной индукции.

Если с электрической лампочкой последовательно соединить катушку индуктивности и включить электрическую цепь, то лампочка загорится не сразу, а достигнет накала через некоторое время; а если отключить напряжение, то погаснет не сразу. Это объясняется тем, что при замыкании и размыкании цепи в катушке изменяется ток, вызывающий переменный магнитный поток, который в катушке индуцирует ЭДС, препятствующую изменению тока. Данное явление – самоиндукция. При замыкании цепи ЭДС самоиндукции препятствует росту тока в цепи, а при размыкании наоборот вызывает ток, препятствуя уменьшению основного тока.

Магнитный поток в катушке пропорционален силе тока:

Ф = LI, где Ф – поток,I – коэффициент самоиндукции, или индуктивность в катушке.

Индуктивность зависит от формы и размеров катушки, а также от магнитных свойств среды.

ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока в катушке.

Явление взаимной индукции предусматривает наличие двух и более контуров и состоит в том, что в 1-м из них возникает ЭДС, если изменится сила тока в другой.

На явлении взаимной индукции основана работа трансформаторов, т.е. устройств, предназначенных для повышения или понижения напряжения переменного тока.

Трансформатор представляет собой 2 катушки – обмотки, одетые на общий кольцевой сердечник.

Если на катушке 1 пропускать переменный ток, он будет создавать в обмотке переменное магнитное поле. Эту обмотку называют первичной и индуцированное в ней поле вызовет появление ЭДС в обмотке 2, вторичной.

ЭДС во вторичной обмотке определяется соотношением:

, где N₁ и N₂ – число витков на первичной и вторичной обмотке.

Соотношение = k - коэффициент трансформации. Он показывает во сколько раз ЭДС во вторичной обмотке</>, чем в первичной.

Если k>1, то трансформатор повышающий; ели k<1, то трансформатор понижающий.

79. Магнитные свойства веществ. Магнитное поле электронов, атомов.

Вещество, помещенное во внутреннее магнитное поле намагничивается и создает собственное поле. С точки зрения магнитных свойств все вещества – магнетики.

При отсутствии внешнего поля магнитные моменты атомов ориентированы хаотично и ∑ моменты образца = 0. При наличии внешнего поля моменты атомов стремятся ориентироваться преимущественно вдоль направления вектора индукции и т.о. индукция в веществе будет равна ∑ индукций внутреннего и внешнего поля вещества + диполи атомов.

, где - индукция при отсутствии внутреннего поля.

Количественной характеристикой измерения поля в веществе служит магнитная проницаемость:

Значение проницаемости зависит от состава и строения вещества, т.е. от типа магнетика и она может быть как больше 1, так и меньше.

Вещества, у которых мю<1 – диамагнетики, а вещества, у которых больше 1 – парамагнетики (усиливают внутреннее поле).

Связь между индукцией и внутренним и внешним полем имеет вид:

, где - магнитная восприимчивость магнетика.

Изменение индукции поля в веществе говорит о том, что оно намагничивается, т.е. само становится источником поля.

Для характеристики степени намагниченности служит понимание намагниченности, который представляет собой магнитный момент в единицу V:

Где J - намагниченность; Р_к - магнитный момент каждой молекулы; - количество молекул в

J = [ ]

В слабых полях намагниченность растет пропорционально напряжению поля.