Шпаргалка по всему курсу физики (как ее преподают в Днепропетровском Государственном Техническом Университете Железнодорожного Транспорта)
15. Сила Лоренса. Движение зарядов в магнитном поле.
Сила Лоренса действует на дижущуюся в магнитном поле заряженную частицу,
изменяя при этом только направление скорости (т.к. она перпендикулярна к
скорости). Fл = q B V sin (a). Если на частицу в магнитном поле действует
сила Лоренса, она начинает закручиваться (или двигаться по спирали) с R =
mV/qB и периодом T = 2?m/qB;
16. Эффект Холла.
Эффектом Холла называют возникновение поперечного электрического поля в
проводнике или полупроводнике с током при помещении его в магнитное поле.
Это явление обусловлено влиянием силы Лоренса на движение носителей тока.
Напряженность установивщегося поперечного электрического поля Е = R [B*j],
где B-индукция, j-вектор плотности тока, R-постоянная Холла.Холловская
разность потенци U=RIB/d, где d - линейный размер проводника в направлении
вектора В.
17. Взаимодействие движущихся зарядов.
Сила, действующая на движущийся заряд q2 со стороны магнитного поля
другого движущегося заряда q1, называется силой магнитного взаимодействия.
Если два одноименных заряда движутся в вакууме с одинаковыми скоростями,
малыми по сравнению со скоростью света в вакууме, то силы их магнитного
взаимодействия явл. силами притяжения и численно равны Fm =
Mоq1q2V2/(4?r2), сила кулоновского ооталкивания - Fе = q1*q2/4pi*ео*r*r.
Т.к. еоМо = 1/с2, то отношение этих сил равно Fm/Fe = V2/c2; Следовательно,
при скоростях зарядов, малых по сравнению со скоростью света в вакууме,
магнитное взаимодействие между движущимися зарядами значительно слабее их
электростатического взаимодействия. Однако если заряды движутся в
прводнике, который в целом электрически нейтрален, электрические силы
оказываются скомпенсироваными, так что остается только магнитное
взаимодействие. Этим объясняется магнитное взаимодействие проводников с
токами.
18. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.
Электромагнитной индукцией называется возникновение э.д.с. в проводнике
при его перемещении в магнитном поле либо в замкнутом проводящем контуре
вследствие его движения в магнитном поле или изменения самого поля. Эта
э.д.с. назыв. электродвижущей силой электромагнитной индукции. Под её
влиянием в замкнутом прводнике возникает эл. ток, называемый индукционным
током. Закон Фарадея : э.д.с. электромагнитной индукции пропорциональна и
противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Фм сквозь
поверхность, натянутую на этот контур - Е инд = -dФ/dt; Знак минус в правой
части закона эл.-магн. индукции соответствует правилу Ленца : при всяком
изменении магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на прводящий
контур, в контуре возникает индуционный ток такого направления, что его
собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока,
вызвавшего индуционный ток.
19. Явление самоиндукции. Индуктивность.
Самоиндукцией наз. возникновение э.д.с. электромагнитной индукции в
электрической цепи вследствие изменения в ней электрического тока. Эта
э.д.с. наз. электродвижущей силой самоиндукции. Собственный магнитный поток
прпорционален току : Фс = LI, где коэффициент пропорциональности L называют
индуктивностью. Индуктивность зависит от размеров и формы проводника с
током и от свойств окруж. среды ( L = ??о n2V, где V=lS). Э.Д.С.
самоиндукции - Ес = -LdI/dt;
20. Экстратоки.
Это токи, которые возникают в момент включения / или выключения
соленоида. При размыкании : I = Iо*e -Rt/ L, где R-активное сопративление
контура, L - его индуктивность. T = R/L - время релаксации. Во время
замыкания : I = Iо - Iо*e-Rt/L
21. Взаимная индукция.
Взаимной индукцией называется явление возбуждения э.д.с.
электромагнитной индукции в одной эл. цепи при изменении эл. тока в другой
цепи или при изменении взаимного расположения этих двух цепей. В соотв. с
основным законом электромагитной индукции э.д.с. взаимной индукции
возникает во второй цепи вследствие изменения потока Ф в первой цепи.
Взаимные индуктивности двух контуров равны, если в среде нет
ферромагнитиков.
22. Энергия магнитного поля.
При создании в замкнутом проводящем контуре электрического тока
необходимо совершить работу по преодолению э.д.с. самоиндукции,
перпятствующей нарастанию тока в контуре. По закону сохранения энергии
работа А определяет собственную энергию тока в контуре - W = LI2/2; Вместе
с ростом тока в цепи возрастает и магнитное поле этого тока. Собственная
энергия тока в цепи представляет собой не что иное, как энергию его
магнитного поля. Объемной плотностью энергии магнитного поля называется
энергия этого поля, отнесенная к его объему : w = dW/dV, где dW - энергия,
заключенная в малом объеме dV поля, который выбран таким образом, чтобы в
его пределах поле можно было считать однородным. В изотропной и
неферромагнитной среде w=BH/2;
23. Магнитомеханические явления.
Магнитный момент создаваемого эл-ном тока(вращение можно принять как
ток) равен Pm = IS (S - площадь орбиты) Pm = eVr/2; Момент обусловлен
движением эл-на по орбите, вледствие чего назыв. орбитальным моментом эл-
на. Направление вектора Pm образует с направлением движения эл-на
левовинтовую систему. Движущийся по орбите электрон обладает моментом
импульса M = mVr. Вектром М назыв. орбитальным механ. моментом эл-на. Он
образует с направлением движения эл-на правовинтовую систему. Следовательно
направления векторов Pm и M противоположны. Отношение магнитного момента
элементарной частицы к её механ. моменту назыв. магнитомеханическим
отношением. Для эл-на оно равно : Pm/M = - e/2m. Вследствие вращения вокруг
ядра эл-н оказывается подобным волчку. Это обстоятельство лежит в основе
так называемых магнитомеханических явлений, заключающихся в том, что
намагничивание магнетика приводит к его вращению и, наоборот, вращение
магнетика вызывает его намагничивание.
24. Опыт Энштейна-Де Хааза. Опыт Барнета.
Существование первого явления (вопр. 23) было доказано экспериментально
Эйнштейном и де Хаазом, а второго - Барнетом. Опыт 1 : если намагнитить
стержень из магнетика, то магнитные моменты электронов установятся по
направлению поля, а механич. моменты - против. В результате суммарный
механический момент эл-нов станет отличным от нуля. Момент импульса системы
стержень-электроны должен остаться без изменений. Поэтому стержень
преобретает момент импульса и следовательно приходит во вращение. Изменение
направления намагниченности приведет к изменению направления вращения
стержня. Опыт Эйнштейна и де Хааза осуществлялся следующим образом : тонкий
железный стержень подвешивали на упругой нити и помещали внутрь соленоида.
Закручивание нити при намагничивании стержня постоянным м.п. получалось
весьма малым. Для усиления эффекта был применен метод резонанса - соленоид
питался переменным током, частота к-рого подбиралась равной собственной
частоте механич. колебаний системы.
Опыт 2 : если установить гироскоп, закрепленный в карданном подвесе, на
диск центробежной машины и привести ее во вращение, то ось гироскопа
установится по вертикали, причем так, что направление вращения гироскопа
совпадет с направлением вращения диска. При изменении направления вращения
центробежной машины ось гироскопа поварачивается на 180 градусов, т.е. так
чтобы направления обоих вращений снова совпали. Барнет приводил железный
стержень в очень быстрое вращение вокруг его оси и измерял возникающее при
этом намагничивание. Из результатов этого опыта Барнет получил для
магнитомеханического отношения величину, в два раза превышающую значение
-e/2m (т.к. кроме орбитальных моментов, эл-н обладает собственными механич.
Ms и магнитным Pms моментами, для к-рых магнитомеханическое отношение равно
-e/2m, т.е. соотв. опыту)
25. Диамагнетизм.
Диамагнетиками наз. в-ва, магнитные моменты атомов(молекул) которых в
отсутствии внешнего магнитного поля равны нулю, т.к. магнитные моменты всех
электронов атома (молекулы) взаимно скомпенсированы. Таким свойством
обладают, например, вещества, в атомах(молекулах) к-рых имеются только
целиком заполненные электронные слои - инертные газы, водород, азот NaCl и
др. При внесении диамагнитного в-ва во внешнее магнитное поле его атомы
преобретают наведенные магнитные моменты. Магнитная проницаемость < 1.
26. Парамагнетики.
Парамагнетиками наз. в-ва, атомы (молекулы) которых в отсутствие
внешнего магнитного поля имеют отличный от нуля магнитный момент.
Существование этого магнитного момента может быть связано как с орбитальным
движением электронов в атомах (мол-х) парамагнетика, так и со спиновыми
магнитными моментами этих электронов. Примерами парамагнетиков являются
щелочные и щелочноземельные металлы. В отсутсвие внешнего магн. поля
векторы магнитных моментов различных атомов парамагнетика, совершающих
тепловое движение, ориентированы в пространстве совершенно беспорядочно,
так что намагниченность парамагнетика равна нулю. Магнитная проницаемость >
1.
27. Ферромагнетики. Природа ферромагнетиков.
Ферромагнетиками называются твердые в-ва ( как правило находящиеся в
твердом состоянии), обладающие при не слишком высоких температурах
самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется
под влиянием внешних воздействий - магнитного поля, деформации, изменению
температуры. Ферромагнетики являются сильномагнитными средами : внутреннее
магнитное поле может в сотни и тысячи раз превосходить внешнее. У каждого
ферромагнетика имеется такая темпера t, называемая точкой Кюри, выше к-рой
вещество теряет свои особые магнитные св-ва и ведет себя как обычный
парамагнетик. Измерения гиромагнитного отношения для ферромагнетиков
показали, что элементарными носителями магнетизма в них являются спиновые
магнитные моментов электронов. Область спонтанной ориентации магн. моментов
наз. доменом. Магнитная проницаемость ферромагнетика > > 1.
28. Токи Фуко.
Индукционные токи, которые возникают в сплошных проводниках, наз.
вихревыми токами или токами Фуко. В толщах сплошных проводников возникает
много замкнутых линий таких токов. Токи Фуко способствуют нагреванию
проводника, это приводит к потерям энергии. Для их уменьшения сердечники
трансформаторов, магнитные цепи эл. машин изготовляют не сплошными, а из
отдельных изолированных пластин, пов-ти к-рых располагаются параллельно
линиям магнитной индукции.
29. Работа перемагничивания ферромагнетика.
( Нк - коэрцитивная сила, это напряженность, полностью размагничивающая
ферромагнетик). dA = V H dB, где V-объем ферромагнетика. При намагничивании
ферромагнетика работа не может быть приравнена приращению энергии магн.
поля. По завершении цикла перемагнич., Н и В, а значит и магн. энергия
будут иметь первонач. величину. Работа идет на увелич. внутр. энергии
