Магнитным потоком Ф (потоком вектора магнитной индукции) через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции  на площадь S и косинус угла  между векторами и нормалью к площади поверхности.
Рис.38 Магнитный поток
| ||||||
| Магнитный поток |  – магнитный поток (Вб, Вебер)
 – вектор магнитной индукции (Тл, Тесла)
S – площадь поверхности (м2)
| ||||
| Итак,при изменении магнитного потока, проходящего через контур, на свободные заряды в контуре действуют некоторые силы — сторонние силы, вызывающие движение зарядов (электрический ток). Работа, которую совершают эти силы, чтобы переместить электрический заряд по контуру – названа ЭДС (электродвижущая сила). Закон электромагнитной индукции Фарадея. При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, в этом контуре возникает ЭДС индукции, равная модулю скорости изменения магнитного потока | ||||||
| Магнитный поток | L – индуктивность катушки (Гн, Генри)
 – длина проводника (м, метр)
– магнитный поток (Вб, Вебер)
 – сила тока (А, ампер)
 – время (с, секунда)
| ||||
| ЭДС самоиндукции | |||||
| ЭДС индукции в движущемся проводнике | |||||
| Индуктивность L (Гн) характеризует способность проводника создавать магнитный поток. Индуктивность – мера инертности электрической цепи. Самоиндукция– явление возникновения ЭДС индукции в электрической цепи в результате изменения силы тока в этой цепи. Правило Ленца -в замкнутом проводящем контуре возникает индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле, препятствует изменению магнитного потока, в результате которого этот ток возник. Таким образом, индукционное магнитное поле препятствует изменению внешнего магнитного поля. При замыкании цепи энергия равна работе по созданию тока (вихревого электрического поля). При размыкании энергия магнитного поля превращается в тепловую (искра., дуга). По аналогии с кинетической энергией: | ||||||
| Энергия магнитного поля |  - Энергия магнитного поля (Дж, Джоуль)
L – индуктивность катушки (Гн, Генри)
– сила тока (А, ампер)
| ||||
Колебательный контур
Электромагнитные колебания —это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения, происходящие в электрической цепи.Простейшей системой для наблюдения электро-магнитных колебаний служитколебательный контур.Колебательный контур — (рис.39), это замкнутый контур, образованный последовательно соединёнными конденсатором и катушкой.
Рис.39 Колебательный контур
Зарядим конденсатор, подключим к нему катушку и замкнём цепь. Начнут происходить
свободные электромагнитные колебания —периодические изменения заряда на конденсаторе и тока в катушке. Свободными, напомним, эти колебания называются потому, что они совершаются без какого-либо внешнего воздействия — только за счёт энергии, запасённой в контуре.
Электромагнитные колебания, происходящие в колебательном контуре можно описать с помощью формул:
| ||||||||||||
| Формула Томпсона | T – период колебаний (с, секунда)
 – Циклическая частота колебаний (рад/с)
I – сила тока (А, Ампер)
С – Электроемкость (Ф, Фарад)
L – индуктивность катушки (Гн, Генри)
| ||||||||||
| Собственная частота колебательного контура | |||||||||||
| Закон сохранения энергии для колебательного контура | |||||||||||
Вынужденные электромагнитные колебания –колебания, происходящие под действием внешней периодически изменяющейся ЭДС.
Резонанс (рис.40) - явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при совпадении частоты внешнего переменного напряжения и собственной частоты колебательного контура. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы.
Рис.40 Резонанс
Гармонические электромагнитные колебания – периодические изменения заряда, силы тока и напряжения, происходящие в электрической цепи по закону синуса или косинуса. Для силы тока:
| ||||||||||||
 ; 
| Сила тока в колебательном контуре | T – время(с, секунда)
– Циклическая частота колебаний (рад/с)
q - электрический заряд (Кл, Кулон)  – амплитуда колебаний силы тока (А, Ампер)
| ||||||||||
Переменный ток -это вынужденные электромагнитные колебания, вызываемые в электрической цепи источником переменного (чаще всего синусоидального) напряжения
Резистор в цепи переменного тока
Простейшая цепь переменного тока получится, если к источнику переменного напряжения  подключить обычный резистор R, называемый также активным сопротивлением
Рис.41 Резистор в цепи переменного тока
| ||||||||||||
| Действующее значение силы переменного тока | I – сила тока (А, Ампер) U – напряжение (В, Вольт) | ||||||||||
| Действующее значение напряжения переменного тока | |||||||||||
Конденсатор в цепи переменного тока
Постоянный ток через конденсатор не течёт — для постоянного тока конденсатор является
разрывом цепи. Однако переменному току конденсатор не помеха! Протекание переменного тока через конденсатор обеспечивается периодическим изменением заряда на его пластинах.
Рис.42 Конденсатор в цепи переменного тока
| ||||||||||||
| Емкостное сопротивление | – Циклическая частота колебаний (рад/с)
С – Электроемкость (Ф, Фарад)
| ||||||||||
Катушка в цепи переменного тока
Рис.43 Катушка в цепи переменного тока
Величина  называется индуктивным сопротивлением катушки. Это и есть то самое со-противление, которое наша катушка оказывает переменному току (при нулевом со-противлении).Индуктивное сопротивление катушки пропорционально её индуктивности и частоте колебаний. Обсудим физический смысл этой зависимости.
1. Чем больше индуктивность катушки, тем большая в ней возникает ЭДС индукции, противодействующая нарастанию тока; тем меньшего амплитудного значения достигнет сила тока. Это и означает, что будет больше.
2. Чем больше частота, тем быстрее меняется ток, тем больше скорость изменения магнитного поля в катушке, и тем большая возникает в ней ЭДС индукции, препятствующая возрастанию тока. При ω→∞ имеем  , т. е. высокочастотный ток практически не проходит через катушку.
Наоборот, при ω = 0 имеем  ,0. Для постоянного тока катушка является коротким
замыканием цепи.
И снова мы видим, что закону Ома подчиняются лишь амплитудные, но не мгновенные
значения тока и напряжения. Причина та же — наличие сдвига фаз.
| ||||||||||||
| Индуктивное сопротивление | – Циклическая частота колебаний (рад/с)
L – индуктивность катушки (Гн, Генри)
| ||||||||||
Колебательный контур
| ||||||||||||
| Закон Ома для цепи переменного тока | I – сила тока (А, Ампер) U – напряжение (В, Вольт) R – сопротивление (Ом) С – Электроемкость (Ф, Фарад) L – индуктивность катушки (Гн, Генри) | ||||||||||
Электроэнергия обладает замечательными свойствами, которые и обеспечивают возможность её повсеместного применения.
Простота производства. В мире функционирует огромное множество разнообразных генераторов электроэнергии.
Передача на большие расстояния. Электроэнергия транспортируется по высоковольтным
линиям электропередачи без существенных потерь.
Преобразование в другие виды энергии. Электроэнергия легко преобразуется в механическую энергию (электродвигатели), внутреннюю энергию (нагревательные приборы), энергию света (осветительные приборы) и т. д.
Распределение между потребителями. Специальные устройства позволяют распределять
электроэнергию между потребителями с самыми разными запросами промышленными предприятиями, городскими электросетями, жилыми домами и т. д
Трансформатор
Это стационарный прибор с двумя или более обмотками, который посредством электромагнитной индукции преобразует систему переменного напряжения и тока в другую систему переменного напряжения и тока, как правило, различных значений при той же частоте в целях передачи электроэнергии без изменения её передаваемой мощности.
 
Рис.44 Трансформатор
Первичная обмотка содержит N1 витков; на неё подаётся входное напряжение U1. Это напряжение как раз и требуется преобразовать — повысить или понизить.
Вторичная обмотка содержит N2 витков. К ней подсоединяется нагрузка, условно обозначенная резистором R. Это — потребитель, для работы которого нужно преобразованное напряжение U2
| ||||||||||||
| Коэффициент трансформации | U – напряжение (В, Вольт) N – количество витков | ||||||||||
| Величина k называется коэффициентом трансформации. Если k > 1, то трансформатор является понижающим. В этом случае вторичная обмотка содержит меньше витков, чем первичная; потребитель получает меньшее напряжение, чем то, что поступает на вход трансформатора. На рис. 3 изображён как раз понижающий трансформатор. Если же k < 1, то трансформатор будет повышающим. Вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, и потребитель получает напряжение более высокое, чем на входе трансформатора. | ||||||||||||
Электромагнитное поле
| Электромагнитное поле – это порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля. Свойства электромагнитных волн Эксперименты показали, что электромагнитным волнам присущи те же основные свойства, что и другим видам волновых процессов. 1. Отражение волн. Электромагнитные волны отражаются от металлического листа — это было обнаружено ещё Герцем. Угол отражения при этом равен углу падения. 2. Поглощение волн. Электромагнитные волны частично поглощаются при прохождении сквозь диэлектрик. 3. Преломление волн. Электромагнитные волны меняют направление распространения при переходе из воздуха в диэлектрик (и вообще на границе двух различных диэлектриков). 4. Интерференция волн. Герц наблюдал интерференцию двух волн: первая приходила к приёмному вибратору непосредственно от излучающего вибратора, вторая — после предварительного отражения от металлического листа. 5. Дифракция волн. Электромагнитные волны огибают препятствия, размеры которых со-измеримы с длиной волны. Например, радиоволны, длина волны которых составляет несколько десятков или сотен метров, огибают дома или горы, находящиеся на пути их распространения. Различные виды электромагнитных излучений и их применение 1. Радиоволны (λ > 1 мм). Источниками радиоволн служат колебания зарядов в проводах, антеннах, колебательных контурах. Радиоволны излучаются также во время гроз. · Сверхдлинные волны (λ > 10 км). Хорошо распространяются в воде, поэтому используются для связи с подводными лодками. · Длинные волны (1км < λ < 10 км). Используются в радиосвязи, радиовещании, радионавигации. · Средние волны (100 м < λ < 1 км). Радиовещание. Радиосвязь на расстоянии не более 1500 км. · Короткие волны (10 м < λ < 100 м). Радиовещание. Хорошо отражаются от ионосферы; в результате многократных отражений от ионосферы и от поверхности Земли могут распространяться вокруг земного шара. Поэтому на коротких волнах можно ловить радиостанции других стран. · Метровые волны (1 м < λ < 10 м). Местное радиовещание в УКВ-диапазоне. Например, длина волны радиостанции «Эхо Москвы» составляет 4 м. Используются также в телевидении (федеральные каналы); так, длина волны телеканала «Россия 1» равна примерно 5 м. · Дециметровые волны (10 см < λ < 1 м). Телевидение (дециметровые каналы). Например, длина волны телеканала «Animal Planet» приблизительно равна 42 см. Это также диапазон мобильной связи; так, стандарт GSM 1800 использует радиоволны с частотой примерно 1800 МГц, т. е. с длиной волны около 17 см. Есть ещё одно хорошо известное вам применение дециметровых волн — это микроволновые печи. Стандартная частота микроволновой печи равна 2450 МГц (это частота, на которой происходит резонансное поглощение электромагнитного излучения молекулами воды). Она отвечает длине волны примерно 12 см. Наконец, в технологиях беспроводной связи Wi-Fi и Bluetooth используется такая же длина волны — 12 см (частота 2400 МГц). · Сантиметровые волны (1 см < λ < 10 см). Это — область радиолокации и спутниковых телеканалов. Например, канал НТВ+ ведёт своё телевещание на длинах волн около 2 см. · Миллиметровые волны (1 мм < λ < 1 см). Радиолокация, космические линии связи. Здесь мы подходим к длинноволновой границе инфракрасного излучения. 2. Инфракрасное излучение (780 нм < λ < 1 мм). Испускается молекулами и атомами нагретых тел. Инфракрасное излучение называется ещё тепловым — когда оно попадает на наше тело, мы чувствуем тепло. Человеческим глазом инфракрасное излучение не воспринимается. Мощнейшим источником инфракрасного излучения служит Солнце. Лампы накаливания излучают наибольшее количество энергии (до 80%) в как раз в инфракрасной области спектра. Инфракрасное излучение имеет широкую область применения: инфракрасные обогреватели, пульты дистанционного управления, приборы ночного видения, сушка лакокрасочных покрытий и многое другое. При повышении температуры тела длина волны инфракрасного излучения уменьшается, смещаясь в сторону видимого света. Засунув гвоздь в пламя горелки, мы можем наблюдать это воочию: в какой-то момент гвоздь «раскаляется докрасна», начиная излучать в видимом диапазоне. 3. Видимый свет (380 нм < λ < 780 нм). Излучение в этом промежутке длин волн воспринимается человеческим глазом. Диапазон видимого света можно разделить на семь интервалов — так называемые спек-тральные цвета. · Красный: 625 нм — 780 нм; · Оранжевый: 590 нм — 625 нм; · Жёлтый: 565 нм — 590 нм; · Зелёный: 500 нм — 565 нм; · Голубой: 485 нм — 500 нм; · Синий: 440 нм — 485 нм; · Фиолетовый: 380 нм — 440 нм. Глаз имеет максимальную чувствительность к свету в зелёной части спектра. Вот почему школьные доски согласно ГОСТу должны быть зелёными: глядя на них, глаз испытывает меньшее напряжение. 4. Ультрафиолетовое излучение (10 нм < λ < 380 нм). Главным источником ультрафиолетового излучения является Солнце. Именно ультрафиолетовое излучение приводит к появлению загара. Человеческим глазом оно уже не воспринимается. В небольших дозах ультрафиолетовое излучение полезно для человека: оно повышает иммунитет, улучшает обмен веществ, имеет целый ряд других целебных воздействий и потому применяется в физиотерапии. Ультрафиолетовое излучение обладает бактерицидными свойствами. Например, в больницах для дезинфекции операционных в них включаются специальные ультрафиолетовые лампы. Очень опасным является воздействие УФ излучения на сетчатку глаза — при больших дозах ультрафиолета можно получить ожог сетчатки. Поэтому для защиты глаз (высоко в горах, например) нужно надевать очки, стёкла которых поглощают ультрафиолет. 5. Рентгеновское излучение (5 пм < λ < 10 нм). Возникает в результате торможения быстрых электронов у анода и стенок газоразрядных трубок (тормозное излучение), а также при некоторых переходах электронов внутри атомов с одного уровня на другой (характеристическое излучение). Рентгеновское излучение легко проникает сквозь мягкие ткани человеческого тела, но поглощается кальцием, входящим в состав костей. Это даёт возможность хорошо известные вам рентгеновские снимки. В аэропортах вы наверняка видели действие рентгенотелевизионных интроскопов — эти приборы просвечивают рентгеновскими лучами ручную кладь и багаж. Длина волны рентгеновского излучения сравнима с размерами атомов и межатомных расстояний в кристаллах; поэтому кристаллы являются естественными дифракционными решётками для рентгеновских лучей. Наблюдая дифракционные картины, получаемые при прохождении рентгеновских лучей сквозь различные кристаллы, можно изучать порядок расположения атомов в кристаллических решётках и сложных молекулах. Так, именно с помощью рентгеноструктурного анализа было определено устройство ряда сложных органических молекул — например, ДНК и гемоглобина. В больших дозах рентгеновское излучение опасно для человека — оно может вызывать раковые заболевания и лучевую болезнь. 6. Гамма-излучение (λ < 5 пм). Это излучение наиболее высокой энергии. Его проникающая способность намного выше, чем у рентгеновских лучей. Гамма-излучение возникает при переходах атомных ядер из одного состояния в другое, а также при некоторых ядерных реакциях. Некоторые насекомые и птицы способны видеть в ультрафиолете. Например, пчёлы с помощью своего ультрафиолетового зрения находят нектар на цветах. Источниками гамма-лучей могут быть заряженные частицы, движущиеся со скоростями, близкими к скорости света — в случае, если траектории таких частиц искривлены магнитным полем (так называемое синхротронное излучение). В больших дозах гамма-излучение очень опасно для человека: оно вызывает лучевую болезнь и онкологические заболевания. Но в малых дозах оно может подавлять рост раковых опухолей и потому применяется в лучевой терапии. Бактерицидное действие гамма-излучения используется в сельском хозяйстве (гамма-стерилизация сельхозпродукции перед длительным хранением), в пищевой промышленности (консервирование продуктов), а также в медицине (стерилизация материалов). |
Оптика