в чем измеряется, формула / Справочник :: Бингоскул
Энергия магнитного поля тока: в чем измеряется, формуладобавить в закладки удалить из закладок
Содержание:
На проводник, по которому пропускается электрический ток, действует магнитное поле. Физически оно проявляется в изменении проводимости и габаритов материалов. Возникает только вокруг движущихся зарядов: электронов и дырок. Рассмотрим обозначение энергии магнитного поля соленоида, формулу для её вычисления.
Понятие поля вокруг проводника с током
Впервые магнитные поля зафиксировал датский учёный Эрстед в 1820 г. Они могут усиливать или ослаблять друг друга. Если на большом расстоянии подвесить две катушки, между ними разместить третью и пропустить через крайние разнонаправленные токи одинаковой силы, ничего не произойдёт. Поля компенсируют друг друга.
При прохождении тока одинаковой направленности, между соленоидами установится связь, результирующее поле будет сильнее, чем его значение для каждой катушки.
Если последние разместить в пространстве так, чтобы их оси не совпадали, при пропускании тока те развернутся, и ток в обеих “потечёт” в одном направлении при условии мизерного трения при повороте объекта.
Поля проводников с разнонаправленным током отличаются по направлению магнитных линий – они противоположны. Для прямолинейного тока силовые линии выглядят как концентрические окружности, размещённые в перпендикулярных проводнику плоскостях. Внутри соленоида – катушки с электрическим током – линии индукции размещаются параллельно, огибают его снаружи.
Направление силовых линий определяется правилом правого винта.
Энергия электромагнитного поля: формула, обозначение, в чём измеряется
При проведении опытов с катушкой и лампочкой накаливания в электрической цепи можно заметить интересное явление. После отключения индукции от источника электропитания, подключенная к ней параллельно лампа накаливания даёт кратковременную вспышку.
В сети возникает ток благодаря воздействию электродвижущей силы самоиндукции. В качестве источника энергии для явления задействуется магнитное поле соленоида.
Для простоты расчёта предположим, что сила тока в цепи снижается линейно.
ЭДС самоиндукции при этом вычисляется по формуле:
где t – время, за которое ток падает до нуля.
За этот временной интервал в цепи «пробегает» заряд:
Проделанная магнитным полем работа равняется:
Это максимальная энергия магнитного поля катушки, вычисляется по формуле (обозначается Wm или W):
Читается как: сила магнитного поля катушки равняется половине произведения квадрата силы протекающего по ней тока I на индуктивность L.
Для конденсатора вычисляется иначе: , C-ёмкость конденсатора.
Многие не знают, в чем измеряется энергия магнитного поля тока катушки. В системе единиц СИ это джоуль (Дж), названный в честь британского физика.
Задача
Определить силу тока в соленоиде с индуктивностью 20 мГн, необходимую для генерирования энергии магнитного поля, равной 5 Дж.
Воспользуемся известной формулой: , отсюда .
. Подставим значения, зная, что 20 мГн = 0,02 Гн.
Ответ: 22,36 А.
Поделитесь в социальных сетях:
20 октября 2021, 18:11
Физика
Could not load xLike class!
в чем измеряется, чему равна, формула, как обозначается
Содержание:
- Что такое энергия магнитного поля
- Описание явления, закон Фарадея
-
Связь энергии магнитного поля и его основных характеристик
- От чего зависит величина
- Чему равна энергия, как найти, формула
Содержание
- Что такое энергия магнитного поля
- Описание явления, закон Фарадея
-
Связь энергии магнитного поля и его основных характеристик
- От чего зависит величина
- Чему равна энергия, как найти, формула
Что такое энергия магнитного поля
Определение
Энергия магнитного поля — величина, обозначающая работу, затраченную электрическим током в проводнике или катушке индуктивности на образование этого магнитного поля.
Существует зависимость энергии магнитного поля от индуктивности проводника, вокруг которого это поле образовалось. Для обозначения величины используют букву W. Единицами измерения энергии являются Дж/м3 или МГсЭ (Мега Гаусс Эрстеды). К примеру, максимальное значение энергии магнитного поля неодимовых магнитов равно 278-360 Дж/м3, а ферритовых — составляет до 30 Дж/м3.
Описание явления, закон Фарадея
Магнитное поле обладает энергией. Данный факт можно доказать с помощью практического эксперимента. Опыт заключается в исследовании процесса убывания силы тока в катушке при отключении от нее источника тока. Предположим, что до того момента, когда был разомкнут ключ, в катушке имелся ток I, что способствовало образованию магнитного поля. После размыкания ключа катушка и сопротивление соединяются последовательно. В результате самоиндукции ток в катушке будет постепенно уменьшаться. Процесс сопровождается выделением теплоты на сопротивлении.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
В том случае, когда магнитное поле образовано постоянным током, определить место сосредоточения энергии не представляется возможным, так как ток по своему свойству образует магнитное поле, которое в любом случае сопровождается токами. Можно рассмотреть переменное магнитное поле в электромагнитной волне. Такая волна характеризуется наличием магнитных полей в условиях отсутствия токов. Известно, что электромагнитные волны являются переносчиками энергии, что позволяет сделать вывод о существовании энергии в магнитном поле. Таким образом, электрический ток обладает энергией, локализованной в магнитном поле, то есть в среде, окружающей этот ток.
Определение
Электромагнитная индукция представляет собой явление возникновения электрического тока, поля или электрической поляризации при изменении с течением времени магнитного поля или в процессе движения материальной среды в нем.
С помощью опытов с катушками и магнитом Фарадею удалось обнаружить зависимость между величиной электродвижущей силы и скорости, с которой перемещаются катушки или магнит. Данное наблюдение послужило основанием для выявления закономерности и формулировки закона электромагнитной индукции.
Определение
Закон электромагнитной индукции: электродвижущая сила пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через контур.
\(E=\frac{-\Delta \Phi }{\Delta t}\)
E — электродвижущая сила; \(\Delta \Phi\) — изменение магнитного потока; \(\Delta t\) — время, в течение которого происходило изменение магнитного потока.
Единицами измерения ЭДС являются вольты магнитного потока — веберы. \(\Delta\) определяет разницу между конечным и начальным параметром.
Формула закона Фарадея содержит знак минуса. К данному выражению применено правило Ленца, как пояснение того, что ток, образовавшийся в результате индукции, в любом случае противоположно направлен образующему его магнитному потоку. Магнитное поле индукционного тока всегда препятствует магнитному потоку из внешнего источника. По смыслу правило схоже с законом сохранения энергии.
Связь энергии магнитного поля и его основных характеристик
На примере длинного соленоида можно рассмотреть проявление энергии магнитного поля. Предположим, что поля является однородным и сосредоточено внутри соленоида. В таком случае, для нахождения силы тока можно воспользоваться формулой:
\(I=\frac{Hl}{N}\)
Здесь H — напряженность магнитного поля соленоида; l — длина соленоида; N — число витков соленоида.
{}{\omega dV}\)
Интегрированию в данном случае подлежит весь объем, занимаемый магнитным полем.
От чего зависит величина
Существует ряд некоторых ограничений в применении формулы для расчета энергии магнитного поля. При записи выражения выполнялось несколько условий:
- индуктивность контура, а также магнитная проницаемость вещества стабильны;
- вся энергия источника тока трансформируется в энергию магнитного поля.
Перечисленные условия справедливы лишь в случае вакуума, то есть при \(\mu\)=1. Если контур с током поместить в вещество, то необходимо принимать во внимание следующие параметры:
- намагничивание вещества, что способствует его нагреву;
- объем и плотность вещества в магнитном поле могут изменяться даже при стабильной температуре.
Таким образом, магнитная проницаемость вещества \(\mu\), изменяющаяся при перепадах температуры и плотности среды, не может оставаться постоянной в процессе намагничивания.
{2}}{2}\)
При малом количестве теплоты Q, относительно энергии поля \(E_{m}\), справедливо равенство:
\(-E_{m}=A_{i}\)
Согласно условию стабильности магнитной проницаемости вещества, выполняется линейная зависимость:
\(\vec{B}=\mu \mu _{0}\vec{H}\)
Выражение применимо при рассмотрении ситуаций в условиях вакуума для парамагнетиков и диамагнетиков. Но при опытах с ферромагнетиками магнитная индукция и напряженность магнитного поля связаны нелинейно, даже при T=const.
Чему равна энергия, как найти, формула
Согласно закону сохранения энергии, вся энергия магнитного поля по итогам опыта преобразиться в Джоулево тепло на сопротивлении R. Величину уменьшения энергии магнитного поля определяют в виде работы индукционного тока:
\(-\Delta E_{m}=A_{i}\)
Результирующие значение силы тока, индукции магнитного поля и энергии равны нулю. Можно принять начальную величину энергии за \(E_{m}\) и записать, что:
\(-E_{m}=A_{i}\)
Элементарная работа, которую совершает ток, вычисляется, таким образом:
\(dA_{i}=\varepsilon _{i}Idt=-LI\frac{dI}{dt}dt=-LIdI\)
Здесь dt — время, в течение которого совершается работа током индукции; \(\varepsilon _{i}=-L\frac{dI}{dt}\) — ЭДС самоиндукции.
Данное соотношение демонстрирует связь индуктивности контура с его инерционностью. Если тело совершает движение, то его невозможно остановить без энергетических превращений. По тому же принципу, нельзя прекратить электрический ток без трансформации энергии.
Насколько полезной была для вас статья?
Рейтинг: 2.38 (Голосов: 8)
Поиск по содержимому
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Более подробные примечания и примеры приведены в конспектах занятий, презентациях и демонстрациях. См. ссылки ниже.
youtube.com/embed/mL7CypnFRzk» frameborder=»0″ allowfullscreen=»»>
.. (Если вы учитель, пожалуйста, не стесняйтесь использовать эти ресурсы в своем обучении.)
| Введение в константы для неспециалистов Большой прогресс, достигнутый в определении численных значений фундаментальных констант после Второй мировой войны, является прямым результатом достижений в общих областях электроники, микроволн и других технологий во время войны.
Эта величина, обозначаемая греческой буквой гамма, за которой следует нижний индекс p , является мерой того, насколько быстро ось внутреннего вращательного движения протона, или спина, прецессирует (качается) в магнитном поле, во многом подобно тому, как детская шапка качается, вращаясь на полу. Ее можно определить, установив сначала известное магнитное поле, созданное прохождением известного электрического тока через прецизионную катушку или соленоид известных размеров, а затем измерив с помощью стандартных электронных методов частоту прецессии протонов в проба воды внутри соленоида.
Магнитный момент протона в ядерных магнетонах ( µ p / µ N , µ – греческая буква мю), есть отношение упомянутой выше частоты прецессии оси вращения протона в магнитном поле к частоте орбитального, или кругового, движения протона в том же поле, называемой циклотронной частотой. | |||||||||||||||||||
Эти достижения привели не только к новым и улучшенным измерениям некоторых констант, перечисленных ранее (например, 1957 скорости света с помощью микроволнового интерферометра), но впервые позволили непосредственно измерить целую новую группу констант и связанных с ними величин. Наиболее важными из этих новых измерений являются следующие, первые два из которых связаны с протоном, атомной частицей, имеющей массу примерно в 1836 раз больше массы электрона и заряд, идентичный заряду электрона, только положительный:
Эта процедура представляет собой метод слабого поля, при котором точно определенное магнитное поле примерно в 20 раз превышает магнитное поле Земли. В методе сильного поля магнитное поле, создаваемое электромагнитом, может быть в 10 000 раз больше. В этом случае поле определяется путем измерения силы, действующей на небольшую катушку известных размеров, по которой течет известный ток; этот прибор часто называют весами Коттона. Впервые гиромагнитное отношение протона было определено с высокой точностью методом сильного поля в 1950 и методом слабого поля в 1957 г.
Первое измерение этого отношения было сообщено в 1949 американскими физиками Джоном А. Хипплом и его коллегами с помощью небольшого металлического ящикообразного устройства, называемого омегатроном. В этом методе регулируемое радиочастотное электрическое поле прикладывается к омегатрону под прямым углом к направлению магнитного поля. Когда частота этого электрического поля правильно отрегулирована, протоны в омегатроне ускоряются им и движутся по спирали наружу, пока не попадут во внутренний коллектор и не будут обнаружены. Затем можно определить частоту орбитального движения протона по настроенной частоте электрического поля.
Термин «тонкая структура» относится к различиям между определенными состояниями энергии или энергетическими уровнями в атомах.
Поскольку электрон обладает электрическим зарядом и собственным вращательным движением, или вращением, в некоторых отношениях он ведет себя как небольшой стержневой магнит; то есть говорят, что он обладает магнитным моментом.
Основное состояние или состояние с наименьшей энергией, сверхтонкое расщепление в водороде в основном равно разности энергий между атомом водорода, в котором спин орбитального электрона направлен в том же направлении, что и спин центрального протона.  |
Тонкая структура атомарного водорода была впервые измерена с высокой точностью американским физиком Уиллисом Э. Лэмбом-младшим и его сотрудниками, о чем сообщалось в серии классических статей за период 19с 50 по 1953 г. В этих экспериментах изменения в энергетическом состоянии отдельных атомов или, что то же самое, переходы между энергетическими уровнями в самих атомах индуцировались путем облучения пучка атомов микроволнами правильно настроенной и известной частоты по мере того, как пучок проходит через известное магнитное поле. Разность энергий или тонкую структуру можно было бы тогда точно рассчитать по полю и частоте.
Поскольку электрон тоже имеет массу, в некоторых отношениях он ведет себя как волчок; то есть говорят, что он имеет спиновой угловой момент. Фактор g электрона определяется как отношение его магнитного момента к его спиновому угловому моменту. Этот коэффициент номинально равен 2 и впервые был измерен с высокой точностью в период с 19с 61 по 1963 год. Используя электрические и магнитные поля, электроны были захвачены со спинами, предварительно выровненными в определенном направлении, в течение известного промежутка времени. Фактор g затем был получен из изменения направления спина в течение периода захвата и величины магнитного поля захвата. Недавние улучшения в этом базовом методе измерения фактора г уменьшили первоначальную погрешность 0,027 частей на миллион, полученную ранее, до 0,003 частей на миллион.