ХОД ЗАНЯТИЯ. Изложение лекции

ЛЕКЦИЯ

Тема: ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ.

ХОД ЗАНЯТИЯ

Мотивация учебной деятельности

План лекции.

1.Магнитное поле.

2.Характеристики магнитного поля.

3.Индуктивность, собственная индуктивность

4. Электромагнитная индукция.

Изложение лекции

1.Магнитное поле.

Магнитное поле – одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и ее скорости.

Магнитное поле изображается силовыми линиями, касательные к которым совпадают с ориентацией магнитных стрелок, внесенных в поле. Таким образом, магнитные стрелки как бы являются пробными элементами для магнитного поля.

За положительное направление магнитного поля условно принимают направление северного полюса магнитной стрелки.

Вокруг проводника, в котором существует ток, всегда имеется магнитное поле, и, наоборот, в замкнутом проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает ток.

2.Характеристики магнитного поля.

Магнитная индукция В – векторная величина, характеризующая магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля. Эта характеристика является основной характеристикой магнитного поля, т.к. определяет электромагнитную силу, а также ЭДС индукции в проводнике, перемещающемся в магнитном поле.

Единицей магнитной индукции является вебер, деленный на квадратный метр, или тесла (Тл):

[В]=1Вб/1м²=1Тл.

Абсолютная магнитная проницаемость среды μ_а – величина, являющаяся коэффициентом, отражающим магнитные свойства среды:

где μ₀=4π*10⁷ (Ом*с)/м – магнитная постоянная, характеризующая магнитные свойства вакуума.

Единицу Ом-секунда (Ом*с) называют генри (Гн).

Таким образом,

[μ]=Гн/м.

Величину μ_r называют относительной магнитной проницаемость. среды. Она показывает во сколько раз индукция поля, созданного током в данной среде, больше или меньше, чем в вакууме, и является безразмерной величиной.

Напряженность магнитного поля Н – векторная величина, которая не зависит от свойств среды и определяется только токами в проводниках, создающими магнитное поле.

Направление вектора Н (рис.3-5) для изотропных сред совпадает с вектором В и определяется касательной, проведенной в данной точке поля (точка А) и соловой линии. Напряженность связана с магнитной индукцией соотношением

Единица напряженности магнитного поля – ампер на метр

[H]=1А/1м.

Рис.3-5.

Магнитный поток Ф – поток магнитной индукции. На рис.3-6 показано однородное магнитное поле, пересекающее площадку S. Магнитный поток Ф через площадку S в однородном магнитном поле равен произведению нормальной составляющей вектора индукции В_n на площадь S площадки:

Рис.3-6.

Проводник с током в магнитном поле.

На проводник с током, находящимся в магнитном поле, действует сила. Т.к., ток в металлическом проводнике обусловлен движением электронов, то силу, действующую на проводник, можно рассматривать как сумму сил, действующих на все электроны проводника длиной l. В результате получаем соотношение

где - сила Лоренца, действующая на электрон; n – концентрация электронов (число электронов в единице объема);

l, S – длина и площадь поперечного сечения проводника.

Направление силы определяется по правилу левой руки: левую руку нужно расположить так, что бы магнитное поле входило в ладонь, вытянутые 4 пальца располагаются по направлению тока; тогда, отогнутый под прямым углом большой палец покажет направление силы.

Закон электромагнитной индукции.

Суть закона электромагнитной индукции, открытым английским физиком Фарадеем, заключается в следующем: всякое изменение магнитного поля, в котором помещен проводник произвольной формы, вызывает в последнем появление ЭДС электромагнитной индукции.

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки: правую руку располагают так, что бы магнитные линии входили в ладонь, отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением скорости; тогда вытянутые 4 пальца покажут направление ЭДС.

3.Индуктивность, собсвенная индуктивность

Когда по обмотке катушки проходит электрический ток I, то им формируется в каждом витке магнитное поле, называемое потоком самоиндукции. Для его обозначения принят символ Ф_L. Поток индуцирует на выводах обмотки ЭДС, называемую электродвижущей силой самоиндукции, которая обозначается е_L.

Ее величина вычисляется по формуле

е_L=-dΨ/dt.

Значение потокосцепления Ψ при возникновении самоиндукции определяется величиной проходящего сквозь витки обмотки тока по выражению:

Ψ=L I.

Отношение потокосцепления самоиндукции к току контура или катушки при неизменной магнитной проницаемости среды постоянно и называется индуктивностью:

L= Ψ_L/ I.

Индуктивность L характеризует пропорциональность между проходящим через обмотку катушки током и потокосцеплением. Она зависима от:

- применяемой формы катушки;

- габаритов конструкции;

- значения магнитной проницаемости у сердечника.

Для определения индуктивности принята единица генри: Гн. 1 Гн соответствует индуктивности электрической цепи, в которой возбуждается ЭДС в 1 вольт за время 1 секунды при отклонении скорости тока на 1 ампер.

[L] = =

4. Электромагнитная индукция.

а) В соленоид, замкнутый на гальванометр, вдвигается и выдвигается постоянный магнит. На гальванометре будет отклонение стрелки, и оно будет тем больше, чем быстрее происходит вдвижение и выдвижение. При изменении полюсов магнита направление отклонения стрелки изменится.

б) В соленоид, замкнутый на гальванометр, вставлена катушка (другой соленоид), через которую пропускается ток. При включении и выключении (т.е. при любом изменении тока) происходит отклонение стрелки гальванометра. Направление отклонения изменяется при включении – выключении, уменьшении – увеличении тока, вдвигании – выдвигании катушек.

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает индукционный (наведенный) электрический ток.

Возникновение индукционного тока означает, что в контуре действует электродвижущая сила ε_i – ЭДС индукции.

ЭДС индукции, возникающая в проводящем контуре, равна скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром – закон Фарадея.

В 1834 г. Э.Х. Ленц установил закон, позволяющий определить направление индукционного тока.

Правило Ленца: индукционный ток в контуре всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток.

Знак минус в законе Фарадея является математическим выражением правила Ленца.

Если контур, в котором индуцируется ЭДС, состоит не из одного витка, а из N витков (например, соленоид), то если витки соединены последовательно, ?_i будет равна сумме ЭДС, индуцируемых в каждом из витков в отдельности:

- потокосцепление или полный магнитный поток.

Если Ф₁ =Ф₂=…=Ф_n, то

Т.к. Ф_B=BScosα, то для того чтобы изменить магнитный поток Ф можно изменить:

1) магнитное поле ;

2) площадь S;

3) угол α.

где - сила Лоренца, действующая на электрон; n – концентрация электронов (число электронов в единице объема); l, S – длина и площадь поперечного сечения проводника.

Дайте ответ на вопрос:

1. Дайте определение магнитного поля.

2. Какие характеристики магнитного поля?

3. Что такое напряженность магнитного поля?

4. Объясните правило левой руки.

5. Что называется индуктивностью?

6. Объясните правило Ленца.