Тема: Энергия магнитного поля тока. Взаимосвязь электрического и магнитного полей.
Группа: ПЦ-262
Дата: 03.11.2020 г.
Студенты должны знать: понятия самоиндукции, инерции, магнитного и электрического полей, формулу энергии магнитного поля тока.
Студенты должны уметь: объяснить аналогию между самоиндукцией и инерцией; взаимосвязь электрического и магнитного полей; применять полученные знания при решении задач.
План
1. Аналогия между самоиндукцией и инерцией.
2. Энергия магнитного поля тока.
3. Взаимосвязь электрического и магнитного полей.
Аналогия между самоиндукцией и инерцией.
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.
·
Энергия магнитного поля тока.
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 Wм, приобретаемой проводником при создании в нем тока I. Эта энергия подобна энергии Ек, 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.
Взаимосвязь электрического и магнитного полей.
Проведем обобщение знаний об электрических и магнитных полях, заполнив следующую таблицу:
| Название поля | Источник поля | Силовые линии | Работа на замкнутой траектории | Потенциально или непотенциально |
| Электростатическое | Электрические заряды | Незамкнуты (начинаются на «+», заканчиваются на «–» зарядах) | =0 | Потенциально |
| Вихревое электрическое | Магнитное поле | Замкнутые | ≠0 | Непотенциально |
| Магнитное | 1.Электрическое поле 2.Электрический ток | Замкнутые | ≠0 | Непотенциально |
До 1819 г. электричество и магнетизм рассматривались как различные (хотя и схожие) физические явления. Правда, неоднократно высказывалась мысль о том, что между ними должна быть связь. Однако, в чем состоит эта связь, было не ясно. Выдающийся датский физик Х. Эрстед, исходя из представления о существовании связи между разными силами природы, высказал предположение о наличии связи между магнитными и электрическими явлениями. Уже в 1807 г. он наметил исследовать действие
электрического тока на магнитную стрелку. Аналогичная магнитная стрелка есть в любом компасе - приборе для ориентирования на местности.
И только в 1820 г. он добился успеха благодаря счастливой случайности: когда Эрстед читал лекцию о постоянных токах, то он вместе с группой студентов обратил внимание на то, что магнитная стрелка, находившаяся вблизи проводника, повернулась при включении тока.
(1820 г., Дания): «Магнитное действие порождается электрическим конфликтом (читай— током)».
Именно после опыта Эрстеда электрические и магнитные явления стали изучаться взаимосвязано!
«Учёный датский физик, профессор, — писал великий французский учёный Ампер, — своим великим открытием проложил физикам новый путь исследований. Эти исследования не остались бесплодными; они привлекли к открытию множества фактов, достойных внимания всех, кто интересуется прогрессом».
Итак, что же действует на магнитную стрелку? Просмотрите опыт Эрстеда по ссылке
https://www.youtube.com/watch?v=8mHyUphclpg&ab_channel=%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B5%D1%82-%D0%BB%D0%B8%D1%86%D0%B5%D0%B9%D0%A2%D0%9F%D0%A3
Оказывается, когда по проводнику течёт ток, то вокруг него возникает магнитное поле!
После открытия взаимосвязи между переменными магнитным и электрическим полями стало понятно, что они не существуют обособленно. Возникло понятие — электромагнитное поле.
Электрическое и магнитное поля – проявление единого целого –электромагнитного поля: только проявляются те или другие свойства его в зависимости от системы отсчета.
Электромагнитное поле – особая форма материи, осуществляющая взаимодействие между заряженными частицами.
Контрольные вопросы:
1. Провести аналогию между самоиндукцией и инерцией.
2. Записать выражение для энергии магнитного поля тока.
3. Решить задачу: В катушке индуктивностью 0,6Гн сила тока равна 20А. Какова энергия магнитного поля этой катушки?
4. Почему нельзя говорить, что в данной точке пространства существует только электрическое или только магнитное поле?
ВНИМАНИЕ!!!
Уважаемые студенты, на вопросы необходимо ответить в рабочей тетради (сфотографировать) или в формате Документа Word. Отправлять для проверки в личные сообщения на страницу ВКонтакте: https://vk.com/: https://vk.com/id591468583.
Преподаватель: Потемкина Татьяна Пантелеймоновна.