Визначення та одиниці вимірювання сили струму і щільності струму
За кількісну міру струму в провіднику (звичайному металевому дроті) приймають величину електричного заряду, що проходить через поперечний переріз
провідника за одиницю часу. СІ. (А = Кл / с).
Щільність струму - векторна фізична величина, що має сенс сили струму, що протікає через одиницю площі. Наприклад, при рівномірному розподілі щільності струму і всюди ортогональности її площині перетину, через яке обчислюється або вимірюється струм, величина вектора щільності струму:. Одиниця виміру - 1 А / м2.
50. Фізичний сенс опору провідника. Від чого і як залежить? (Стор. 32)
Опір провідника повинно відображати його внутрішні властивості, що визначають умови протікання по провіднику носіїв струму. При даній температурі воно залежить від матеріалу провідника і його геометрії (довжини l і площі поперечного перерізу провідника S):
Питомий опір провідника (одиниця виміру - Ом · м) характеризує електричні властивості матеріалу провідника.
52. Закон Ома для ділянки кола, що містить ЕРС. в інтегральної формі. У чому полягає фізичний зміст цієї рівності? (Стор. 36)
Рівність називають законом Ома для ділянки кола, що містить ЕРС. Із закону видно. що падіння напруги на ділянці кола, що містить ЕРС, не дорівнює різниці потенціалів на його кінцях:.
R- опір всієї зовнішньої електричного кола. [Ом]
I- сила постійного струму. [А]
# 949; - ЕРС джерела
r- внутрішній опір джерела ЕРС
54. Формули для розрахунку еквівалентної ЕРС при паралельному і послідовному з'єднанні провідників. (Взято з довідника!)
Причина виникнення ЕРС - сила Лоренца.
ЕРС - електрорушійна сила [Вольт].
Ця формула використовується в будь-якому провіднику, що рухається в магнітному полі, якщо. Якщо між векторами і є кут, то використовується формула. Так як . а. то.
# 9679; Інший спосіб виведення формули ЕРС в рухомому провіднику.
Оскільки електрони починають під дією сили Лоренца переміщатися до одного з кінців провідника, то виникає електричне поле. Воно буде зростати до тих пір, поки електрична сила не врівноважить силу Лоренца.
. З огляду на, що отримаємо:
(- кут між напрямками струму і).
Явище істотно при русі провідників значної довжини або з великою швидкістю. Знак можна визначити за правилом правої руки.
56. Напишіть рівняння балансу потужностей в замкнутому електричному ланцюзі. За якої умови потужність у зовнішній ланцюга буде максимальна? (Стор. 36)
1. Використовуючи закон Ома. => - баланс потужностей в замкнутому ланцюзі: потужність, що виробляється джерелом, витрачається на потужність, що виділяється в зовнішній ланцюга, і потужність, втрачаємо в джерелі.
- повна потужність джерела
R- опір всієї зовнішньої електричного кола. [Ом]
I- сила постійного струму. [А]
# 949; - ЕРС джерела
r- внутрішній опір джерела ЕРС
2. Максимального значення () потужність досягає при силі струму. Таким чином, отриманням максимально можливої потужності від даного джерела струму відбувається при. що називається узгодженням навантаження.
# 9679; Закон Джоуля-Ленца в локальній (диференціальної) формі передбачає зв'язок локальних характеристик протікання струму з теплом, що виділяється в одиниці об'єму провідника за одиницю часу (питомої тепловою потужністю).
# 9679; Закон Джоуля-Ленца в інтегральній формі (в тонких проводах):
- Кількість теплоти, що виділяється струмом силою I, поточним по провіднику з опором R за проміжок часу від 0 до t.
- питома теплова потужність [Вт]
- Щільність електричного струму (вектор щільності струму) [A / м 2]
- Напруженість електричного поля [В / м]
- Провідність середовища (питома провідність)
- Сила струму в провіднику [А]
60. У чому полягає досвід Стюарта і Толмена і його результат? (Стор. 40)
(1916) За допомогою балістичного гальванометра було виміряно заряд, що проходить через поперечний переріз провідника за час гальмування. Розрахунки показали, що питома заряд носія дуже близький до питомій заряду електрона. Таким чином, було доведено, що носіями струму в металах є вільні електрони.
62. Від чого і як залежить провідність металів згідно класичної електронної теорії? (Стор. 42-43)
Із треба, що у відсутності зіткнень, коли довжина вільного пробігу необмежено велика, так само велика і провідність металу. Виходить, що, електричний опір металу, згідно з класичною теорією, обумовлено зіткненнями з іонами кристалічної решітки.
64. Які твердження можна зробити, спираючись на сукупність досвідчених фактів, що стосуються взаємодії рухомих зарядів? (Стор. 45)
Численні досліди, що стосуються взаємодії рухомих електричних зарядів (тяжіння або відштовхування електричних струмів, дія струму на магнітну стрілку, рамку з струмом і т.п.), дозволяють сформулювати наступні твердження. базуються на польовому принципі взаємодії:
- рухомі електричні заряди (струми) видозмінюють властивості оточуючого їх простору, породжують магнітне поле;
- магнітне поле виявляє себе тим, що діє на що знаходяться в ньому інші рухомі електричні заряди (струми) з деякою силою.
66. Напишіть формули сил Ампера і Лоренца, за яким правилом визначається їх напрямок? Сформулюйте це правило. (Стор. 48)
# 9679; Сила Лоренца. На заряд q. рухається зі швидкістю в магнітному полі індукцією, діє сила (Лоренца).
Напрямок сили найпростіше визначити за допомогою правила лівої руки - розташувати ліву руку так, щоб витягнуті пальці вказували напрямок руху позитивного заряду, вектор індукції входив в долоню, тоді відігнутий великий палець вкаже напрям дії сили (рис. 18.5). Якщо заряд негативний, напрямок вектора сили буде протилежним. Важливо пам'ятати, що вектор сили Лоренца перпендикулярний площині, в якій лежать вектора і. Формула сили Лоренца є результатом узагальнення численних досвідчених фактів.
# 9679; Сила Ампера. Сила, що діє на провідник зі струмом розташований в магнітному полі, є результат дії сил Лоренца на рухомі по провіднику електричні заряди.
Так як провідник - об'єкт протяжний, і окремі його ділянки розташовані в різних областях поля, має сенс говорити про силу, що діє на елемент струму. Ця сила називається силою Ампера.
Принцип суперпозиції сил Лоренца дозволяє написати:
Згідно з правилом векторного добутку. вектор індукції перпендикулярний до площини, в якій лежать вектора, і спрямований за правилом правого гвинта.
Магнітна індукція визначає, з якою силою F магнітне поле діє на заряд q, що рухається зі швидкістю.
Більш конкретно, B - це такий вектор, що сила Лоренца F, що діє з боку магнітного поля на заряд q, що рухається зі швидкістю. дорівнює. де # 945; - кут між векторами швидкості і магнітної індукції (напрямок вектора F перпендикулярно їм обом і направлено за правилом свердлика).
70. Сформулюйте словесно і у вигляді формули теорему Гаусса для магнітного поля. (Стор. 49)
Потік вектора магнітної індукції поля точкового заряду через довільну замкнуту поверхню дорівнюватиме нулю.
Таким чином, потік вектора магнітної індукції через довільну замкнуту поверхню дорівнює нулю.
B - Магнітна індукція [Тесла = Тл]
72. Яка величина називається магнітним моментом? (Стор. 56)
Магнітний момент рамки зі струмом - вектор, що дорівнює добутку сили струму в рамці на вектор площі рамки. . де I - сила струму в контурі [А], - площа контуру [м 2], - магнітний дипольний момент [A # 8729; м 2].
Магнітний момент можна вважати кількісною мірою, що визначає індукцію магнітного поля диполя на великих відстанях від джерела.
74. У чому полягає причина зміни вектора магнітної індукції в присутності речовини? (Стор. 54)
Присутність речовини надає певний вплив на магнітне поле, утворене, наприклад, макротокамі (струмами, поточними по проводах) .Для великого класу речовин (виключаючи ферромагнетики) виконується пряма пропорційність між індукцією зовнішнього поля і індукцією поля в речовині. Цей факт записують у вигляді.
Формально, облік впливу середовища зводиться до введення коефіцієнта пропорційності # 956 ;. характеризує її магнітні властивості і визначається дослідним шляхом. величина # 956 ;. показує, як і у скільки разів індукція поля в речовині відрізняється від індукції поля в вакуумі при тих же джерелах і називається відносною магнітною проникністю речовини.
З урахуванням . для індукції поля в присутності речовини, відповідно, знаходимо. Напруженість магнітного поля в СІ вимірюється в А / м (ампер / метр).
76. Дайте визначення вектору намагніченості, як він пов'язаний з напруженістю зовнішнього магнітного поля? (Стор. 57-58)
Намагніченість - векторна фізична величина, що характеризує магнітне стан макроскопічного фізичного тіла.
Намагніченість речовини - впорядкування, моментів щодо цього поля. Чим сильніше поле. тим краще впорядкованість. тим сильніше намагніченість речовини.
. - [А · м -1], V - об'єм [м 3], P - потужність [Вт].
Намагніченість прийнято пов'язувати не з магнітною індукцією, а з напруженістю поля. Вважають, що в кожній точці магнетика. де # 967; - магнітна сприйнятливість.
78. Які характерні особливості діамагнетіков? (Стор. 60)
Поява в речовині індукованого магнітного моменту в напрямку протилежному зовнішньому полю, що послаблює його.
80. Які характерні особливості парамагнетиков? (Стор. 62)
Для парамагнетиків характерно - магнітний момент атома відмінний від нуля мало за величиною і зменшується з ростом температури; .
82. Які характерні особливості ферромагнетиков? (Стор. 63)
Сильномагнітних речовини,. володіють явищем магнітного гистерезиса.
84. Що називають магнітним доменом?
Домен - область спонтанної намагніченості в феромагнітному кристалі.
86. У чому полягає правило Ленца? Поясніть відповідь малюнками. (Стор. 66)
Правило Ленца визначає напрямок індукційного струму і говорить: Індукційний струм завжди має такий напрямок, що він послаблює дію причини, збудливою цей струм.
88. У чому полягає гіпотеза Максвелла? (Стор. 68)
Максвелл припустив, що поява ЕРС індукції в нерухомому контуром викликано вихровим електричним полем, яке породжене змінним магнітним полем.
90. Поясніть фізичний зміст індуктивності провідника стосовно замкнутому контуру. (Стор. 69)
Індуктивність контуру показує, який магнітний потік пронизує контур при силі струму в ньому дорівнює 1 А. Одиниця виміру індуктивності: [L] = Гн (генрі).
92. Напишіть диференціальне рівняння і закон зміни сили струму при замиканні електричного кола. (Стор. 71)
Будь-яка зміна струму в ланцюзі породжує появу в ній ЕРС самоіндукції.
94. Напишіть формули для енергії магнітного поля. На якій підставі можна стверджувати, що магнітне поле має енергію? (Стор. 72)
Досвід з лампочкою доводить про існування енергії магнітного поля, тому що після відключення джерела живлення деякий час лампочка продовжує горіти.
96. Яке з рівнянь Максвелла відображає той факт, що джерелом електричного поля є електричні заряди? (Стор. 75)
Згідно рівнянням Максвелла (перше і третє), джерелами електричного поля можуть бути або безпосередньо електричні заряди, або мінливі в часі магнітні поля.
98. Що називають струмом зміщення? (Стор. 73)
. струм протікає через конденсатор, де dq- заряд, що прийшов на обкладку конденсатора за час dt.
100. В чому полягає фізичний зміст теореми про циркуляцію, що входить в рівняння Максвелла? (Стор. 73)
Циркуляція магнітного поля постійних струмів по кожному замкнутому контуру пропорційна сумі сил струмів, які пронизують контур циркуляції.
¨ Карєв А. С. Флерів В. Д. Михайлова А.А. Прахова К. А.