ФИЗИКА, ГРУППА № 24, 15.10.2020 г.
Занятие № 14
Тема: Энергия магнитного поля тока. Электромагнитное поле.
Цель: определить энергию магнитного поля тока, условия возникновения электромагнитного поля.
План:
1. Энергия магнитного поля тока.
2. Обобщение знаний об электрических и магнитных полях.
3. Понятие и условия возникновения электромагнитного поля.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Проведем аналогию между самоиндукцией и инерцией (между процессом установления в цепи электрического тока величиной I и процессом приобретения некоторым телом определенной скорости υ).
- При замыкании цепи с катушкой ток, постепенно нарастая, через некоторое время приобретает определенное значение I.
- Автомобиль, трогаясь с места, постепенно набирает скорость и через некоторое время приобретает некоторую скорость υ.
- Для того чтобы ток в цепи с индуктивностью при ее замыкании достиг некоторого значения, необходимо совершить работу.
- Для разгона автомобиля до некоторой скорости необходимо совершить работу.
- Нарастание силы тока I тем медленнее, чем больше (при прочих равных условиях) индуктивность катушки L.
- Нарастание скорости υ тем медленнее, чем больше (при прочих равных условиях) масса автомобиля m.
Используя аналогию между самоиндукцией и инерцией получить формулу для энергии магнитного поля тока.
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что при самоиндукции роль скорости играет сила тока в цепи, а роль меры инертности, т.е. массы – индуктивность.
Воспользуемся этим фактом для определения энергии W м, приобретаемой проводником при создании в нем тока I. Эта энергия подобна энергии Е к (кинетическая энергия), приобретаемой телом, которому сообщена некоторая скорость υ.
Из второго закона Ньютона, как известно, следует, что
Такую же структуру, следовательно, должна иметь формула для энергии тока. Заменяя в последней формуле υ на I, m на L, получим:
Именно такое выражение для энергии магнитного поля тока и получается в результате расчетов.
W м измеряется в Дж (Джоуль)
Обобщение знаний об электрических и магнитных полях можно провести, заполняя следующую таблицу.
| Название поля | Источник поля | Силовые линии | Работа на замкнутой траектории | Потенциально или непотенциально |
| Электростатическое | Эл. заряды | Незамкнуты (начинаются на «+», заканчиваются на «–» зарядах) | =0 | Потенциально |
| Вихревое электрическое | ~ МП (магн. поле) | Замкнутые | ≠0 | Непотенциально |
| Магнитное | 1)~ ЭП (электр. поле) 2) Эл. ток | замкнутые | ≠0 | непотенциально |
Понятие электромагнитного поля.
Условия возникновения:
1) Возникновение магнитного поля при изменении электрического поля.
2) Гипотеза Максвелла.
Когда электрическое поле изменяется со временем, оно порождает магнитное поле. Линии магнитной индукции этого поля охватывают линии напряженности электрического поля, подобно тому как линии напряженности электрического поля охватывают линии индукции переменного магнитного поля.
Согласно гипотезе Максвелла магнитное поле, например, при зарядке конденсатора после замыкания ключа создается не только током в проводнике, но и изменяющимся электрическим полем, существующим в пространстве между обкладками конденсатора.
Причем изменяющееся электрическое поле создает такое же магнитное поле, как если бы между обкладками существовал электрический ток, такой же, как в проводнике.
3) Электрическое и магнитное поля – проявление единого целого – электромагнитного поля.
После открытия взаимосвязи между изменяющимися электрическим и магнитным полями стало ясно, что эти поля не существуют отдельно одно от другого. Нельзя создать переменное магнитное поле без того, чтобы одновременно в пространстве не возникло и электрическое поле или наоборот. Однако, электрическое поле без магнитного или магнитное без электрического могут существовать лишь по отношению к определенной системе отсчета.
Так, покоящийся заряд создает только электрическое поле. Но ведь заряд покоится лишь относительно определенной системы отсчета (например, тележки).
Относительно других систем отсчета он может двигаться и, следовательно, создавать и магнитное поле. Утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое или только магнитное поле, бессмысленно, если не указать, по отношению к какой системе отсчета эти поля рассматриваются.
Электромагнитное поле – особая форма материи, осуществляющая взаимодействие между заряженными частицами, электромагнитное взаимодействие.
В зависимости от того, в какой системе отсчета рассматриваются электромагнитные процессы, проявляются те или иные стороны электромагнитного поля. Все инерциальные системы отсчета равноправны, поэтому ни одному из обнаруживаемых проявлений электромагнитного поля не может быть отдано предпочтение.