Ответы на вопросы по предмету физика

14. Закон Био-Савара-Лапласа для проводника с током I, элемент которого   создает в некоторой точке А индукцию поля   записывается в виде:

   

где  вектор, по модулю равный длине   проводника и совпадающий  по направлению с током;  радиус-вектор, проведенный от элемента   проводника в точку А поля;  модуль радиуса-вектора. Направление   перпендикулярно   и  , т.е. перпендикулярно плоскости, проведенной через эти векторы и совпадает с касательной к линии магнитной индукции. Это направление находится по правилу буравчика.

     Коэффициент  пропорциональности   зависит  от выбора системы единиц. В  СИ это размерная величина, равная 

    где  магнитная постоянная. Таким образом, в СИ закон Био-Савара-Лапласа имеет вид:

17. Сила, с которой  магнитное поле действует на  помещенный в него проводник  с током, называется силой Ампера.

Величина этой силы, действующей на элемент Δl проводника с током I в магнитном поле с  индукцией  , определяется законом Ампера:

де α – угол между направлениями тока и вектора  индукции.

Направление силы Ампера можно найти с помощью правила  левой руки: если левую руку расположить  так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых  пальца совпадали по направлению  с направлением тока, то отогнутый  на 90° большой палец укажет направление  силы, действующей на элемент проводника. Ампе́р (обозначение: А) — единица измерения силы электрического тока в системе СИ, а также единица магнитодвижущей силы и разности магнитных потенциалов.

18. Если близко  один к другому расположены  проводники с токами одного  направления, то магнитные линии  этих проводников, охватывающие  оба проводника, обладая свойством  продольного натяжения и стремясь  сократиться, будут заставлять проводники притягиваться

Магнитные линии  двух проводников с токами разных направлений в пространстве между  проводниками направлены в одну сторону. Магнитные линии, имеющие одинаковое направление, обладают свойством бокового распора. Поэтому проводники с токами противоположного направления отталкиваются  один от другого

Рассмотрим взаимодействие двух параллельных проводов с токами, расположенными на расстоянии а один от другого. Пусть длина проводов равна /.Магнитная индукция, созданная током l1 на линии расположения второго Проводника, равна:

Магнитная индукция, созданная током /2 на линии расположения первого проводника, будет равна:

19.  Работа, совершаемая  проводником с током при перемещении,  численно равна произведению  тока на магнитный поток, пересечённый  этим проводником.

Рассмотрим контур с током, образованный неподвижными проводами и скользящей по ним  подвижной перемычкой длиной l (рис. 2.17). Этот контур находится во внешнем однородном магнитном поле  , перпендикулярном к плоскости контура. При показанном на рисунке направлении тока I, вектор   сонаправлен с n.

  На элемент тока I (подвижный провод) длиной l действует сила Ампера, направленная вправо:

Пусть проводник  l переместится параллельно самому себе на расстояние  dx. При этом совершится работа:

Итак,

20. Работа, совершаемая  при перемещении замкнутого контура  с током в магнитном поле, равна  произведению величины тока на  изменение магнитного потока, сцепленного  с этим контуром.

21. Сила Лоренца

- сила, действующая  со стороны магнитного поля  на движущуюся электрически заряженную  частицу.

где q - заряд частицы;

V - скорость заряда;

B - индукции магнитного  поля;

a - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца  определяется по правилу левой руки: Если поставить левую руку так, чтобы  перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входила в ладонь, а четыре пальца были бы расположены  по направлению скорости движения положительного заряда (или против направления скорости отрицательного заряда), то отогнутый  большой палец укажет направление  силы Лоренца

Так как сила Лоренца  всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы (т.е. не изменяет величину скорости заряда и  его кинетическую энергию).

Если заряженная частица движется параллельно силовым  линиям магнитного поля, то Fл = 0 , и заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно.

Если заряженная частица движется перпендикулярно  силовым линиям магнитного поля, то сила Лоренца является центростремительной

и создает центростремительное  ускорение равное

В этом случае частица движется по окружности.

22. Эффе́кт Хо́лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Холла эффект, появление  в проводнике с током плотностью j, помещенном в магнитное поле Н, электрического поля Ex, перпендикулярного Н и I. Напряжённость электрического поля (поля Холла) равна: Ex = Rhjsin a,    

где a угол между векторами Н и f (a < 180°). Если H ^ j, то величина поля Холла Ex максимальна: Ex = RHj. Величина R, называется коэффициентом Холла, является основной характеристикой Х. э.

24. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур.

Магнитным потоком  Φ через площадь S контура называют величину:

      Φ = B · S · cos α

где B – модуль вектора  магнитной индукции, α – угол между вектором  и нормалью  к плоскости контура (рис. 1.20.1).

25.

Если подносить  постоянный магнит к катушке или  наоборот (рис.3.1), то в катушке возникнет  электрический ток. То же самое происходит с двумя близко расположенными катушками: если к одной из катушек подключить источник переменного тока, то в  другой также возникнет переменный ток (рис. 3.2), но лучше всего этот эффект проявляется, если две катушки  соединить сердечником (рис. 3.3).

      По  определению Фарадея общим для  этих опытов является следующее:  если поток вектора индукции, пронизывающий замкнутый, проводящий  контур, меняется, то в контуре  возникает электрический ток.

      Это  явление называют явлением электромагнитной  индукции, а ток – индукционным. При этом явление совершенно  не зависит от способа изменения  потока вектора магнитной индукции.

      Итак, получается, что движущиеся заряды (ток) создают магнитное поле, а движущееся магнитное поле  создает (вихревое) электрическое  поле и собственно индукционный  ток.

      Для  каждого конкретного случая Фарадей  указывал направление индукционного  тока.

      В  1833 г. русский физик Э.Х. Ленц установил общее правило нахождения направления тока: индукционный ток всегда направлен так, что магнитное поле этого тока препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение носит название правило Ленца.

      Заполнение  всего пространства однородным  магнетиком приводит, при прочих  равных условиях, к увеличению  индукции в µ раз. Этот факт  подтверждает то, что индукционный  ток обусловлен изменением потока  вектора магнитной индукции  , а не потока вектора напряженности .

26. Фарадеем установлено,  что количество вещества, выделяющегося  при электролизе на электродах, пропорционально току и времени  его прохождения, или иначе,  количеству электричества, протекающего  через электролит.

Один и тот же ток, проходя одинаковое время через  различные электролиты, выделяет на электродах различное количество вещества. Количество вещества в миллиграммах, выделяемое на электроде током в  1 а в течение 1 сек, называется электрохимическим   эквивалентом   и обозначается буквой α.

Количество различных  веществ, выделяемых одним и тем  же количеством электричества, пропорционально  их электрохимическим эквивалентам.

Электрохимический эквивалент определяют опытным путем.

 Ниже приведены  электрохимические эквиваленты  ряда веществ:

Закон Фарадея выражается формулой

где М — количество вещества, мг;

а — электрохимический  эквивалент;

I — ток, а;

t — время, сек;

q — количество электричества, к.

27. направление индуктированной э. д. с. всегда таково, что вызванный ею ток и его магнитное поле имеют такое направление, что стремятся препятствовать причине, порождающей эту индуктированную э. д. с

Выражение редставляет собой среднюю скорость изменения магнитного потока по времени. Чем меньше промежуток времени ∆t, тем меньше вышеуказанная э. д. с. отличается от ее действительного значения в данный момент времени.Знак минус, стоящий перед выражением определяет направление индуктированной э. д. с, т. е. учитывает правило Ленца.

При увеличении магнитного потока выражение будет положительным, а э. д. с. — отрицательной. В этом и заключается правило Ленца: э. д. с. и созданный ею ток противодействуют причине, которая их вызвала.

28.    

1. перемещение магнита  и катушки относительно друг  друга; 

2. перемещение одной  катушки относительно другой;

3. изменение силы  тока в одной из катушек;

4. замыкание и  размыкание цепи;

5. перемещение сердечника;

  учетом этого  правила можно закон электромагнитной  индукции выразить более общей  формулой, позволяющей определить  не только величину, но и направление  индуктированной э. д. с:

29. При вращении  проволочной рамки в магнитном  поле магнитный поток, пронизывающий  рамку, будет периодически изменяться. Согласно закону электромагнитной  индукции Фарадея, если к концам  вращающейся рамки с помощью  скользящих контактов подключить  внешнюю нагрузку и образовать  замкнутую цепь, то в ней возникнет  переменный индукционный ток.  Амплитуда тока будет зависеть  от скорости изменения магнитного  потока и от сопротивления  всей цепи.

Рамка, вращающаяся  в магнитном поле, является простейшей моделью генератора переменного  тока.

30.   токи Фуко, замкнутые электрические токи  в массивном проводнике, которые  возникают при изменении пронизывающего  его магнитного потока. В. т. являются индукционными токами (см. Индукция электромагнитная) и образуются в проводящем теле либо вследствие изменения во времени магнитного поля, в котором находится тело (рис. 1), либо вследствие движения тела в магнитном поле, приводящего к изменению магнитного потока через тело или какую-либо его часть (рис. 2). Величина В. т. тем больше, чем быстрее меняется магнитный поток.

         В отличие от электрического  тока в проводах, текущего по  точно определённым путям, В.  т. замыкаются непосредственно  в проводящей массе, образуя  вихреобразные контуры. Эти контуры  тока взаимодействуют с породившим  их магнитным потоком. Согласно  Ленца правилу (См. Ленца правило), магнитное поле В. т. направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующего эти В. т.

31. Скин-эффект (поверхностный  эффект) — эффект ослабевания  электромагнитных волн по мере  их проникновения вглубь проводящей  среды. В результате этого эффекта,  например, переменный ток высокой  частоты, при протекании по  проводнику распределяется не  равномерно по сечению, а преимущественно  в поверхностном слое. Скин-эффект  вызван возникновением вихревых  токов в проводящей среде при  распространении через неё электромагнитной  волны. В результате этого в  среде возникают потери энергии,  что приводит к уменьшению  напряжённостей электрического  и магнитного полей и плотности  тока, т. е. к затуханию волны.