Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
Згодна з гіпотэзай Максвела пераменнае электрычнае поле параджае магнітнае поле. Электрамагнітнае поле — адзінае цэлае: у залежнасці ад сістэмы адліку праяўляюцца тыя ці іншыя ўласцівасці поля.
1. У выніку якіх працэсаў узнікае магнітнае поле? 2. Чаму сцверджанне аб тым, што ў дадзеным пункце прасторы існуе толькі электрычнае поле ці толькі магнітнае поле, не з'яўляецца цалкам бясспрэчным?
23
ПРЫКЛАДЫ РАШЭННЯ ЗАДАЧ
1. Прамавугольны контур ABCD перамяшчаецца паступальна ў магнітным полі току, які працякае па прамалінейнаму доўгаму правадніку (рыс. 20). Вызначце напрамак току, індуцыраванага ў контуры, калі контур аддаляецца ад проваду. Якія сілы дзейнічаюць на контур?
Рашэнне. Вектар магнітнай
індукцыі В магнітнага поля току I А г—1^ накіраваны перпендыкулярна плоскасці контуру ад нас. Пры аддаленні контуру ад проваду магнітны паток 7 L— \е праз пляцоўку ABCD убывае ^(АФ<0). Значыць, вектар магніт
най індукцыі В ' магнітнага поля току 1і згодна з правілам Ленца накіраваны ад нас, як і вектар В . Прымяняючы правіла свярдзёлка, знойдзем, што індукцыйны ток у контуры накіраваны па гадзіннікавай стрэлцы.
Узаемадзеянне току ў контуры з прамалінейным токам прыводзіць да з’яўлення сіл, якія дзейнічаюць на праваднікі контуру. Прымяніўшы правіла левай рукі, можна высветліць, што гэтыя сілы, папершае, расцягваюць рамку, імкнучыся павялічыць плошчу контуру, і, падругое, ствараюць рэзульціруючую сілу, накіраваную да прамалінейнага правадніка. Абодва дзеянні «імкнуцца» перашкодзіць памяншэнню магнітнага патоку праз
контур.
2. Кольца са звышправадніка змешчана ў аднароднае магнітнае поле, індукцыя якога нарастае ад нуля да Во. Плоскасць кольца перпендыкулярная да ліній індукцыі поля. Вызначце сілу індукцыйнага току, які ўзнікае ў кольцы. Радыус кольца роўны г, індуктыўнасць L.
Рашэнне. Паколькі супраціўленне кольца роўна нулю, то сумарная электрарухаючая сіла ў ім павінна быць роўна нулю. Інакш сіла току згодна з законам Ома стане бесканечнай. Значыць, змяненне магнітнага патоку знешняга магнітнага поля роўнае па модулю і процілеглае па знаку змяненню магнітнага патоку, створанага індукцыйным токам: АФ = £А/. Улічваючы, што паток Фо нарастае ад 0 да Лг2Во, а індукцыйны ток мяняецца пры гэтым ад 0 да I, атрымаем лг2В0 — L/, адсюль
. лг2Во
1 ~ L ■
ПРАКТЫКАВАННЕ 1
1. Ключ (у схеме на рысунку 1, а) толькі што замкнулі. Ток у ніжняй шпулі накіраваны супраць гадзіннікавай стрэлкі, калі глядзець зверху. Які напрамак току ў верхняй шпулі пры ўмове, што яна нерухомая?
24
2. Магніт (рыс. 2, б) высоўваюць са шпулі. Вызначце напрамак індукцыйнага току ў шпулі.
3. Вызначце напрамак індукцыйнага току ў суцэльным кольцы, да якога падносяць магніт (рыс. 5).
4. Сіла току ў правадніку ОО' (гл. рыс. 20) убывае. Знайсці напрамак індукцыйнага току ў нерухомым контуры ABCD і напрамкі сіл, якія дзейнічаюць на кожны з бакоў контуру.
Рыс. 21
5. Металічнае кольца можа сва
бодна рухацца па стрыжні шпулі, уключанай у ланцуг пастаяннага току (рыс. 21). Што будзе адбывацца ў моманты замыкання і размыкання ланцуга?
6. Сіла току ў шпулі нарастае прама прапарцыянальна часу. Які характар залежнасці сілы току ад часу ў другой шпулі, індуктыўна звязанай з першай?
7. У якім выпадку ваганні стрэлкі магнітаэлектрычнага прыбора затухаюць хутчэй: калі клемы прыбора замкнуты ці калі разамкнуты?
8. Магнітны паток праз контур правадніка супраціўленнем 3 • 10 2 Ом за 2 с змяніўся на 1,210~2 Вб. Знайдзіце сілу току ў правадніку, калі змяненне патоку адбывалася раўнамерна.
9. Самалёт ляціць гарызантальна са скорасцю 900 км/г. Знайдзіце роз
насць патэнцыялаў, што ўзнікае паміж канцамі яго крылаў, калі модуль вертыкальнай састаўляючай магнітнай індукцыі зямнога магнітнага поля 5 10—5 Тл, а размах крылаў 12 м.
10. У шпулі індуктыўнасцю 0,15 Гн і вельмі малым супраціўленнем г сіла току роўна 4 А. Паралельна шпулі далучылі рэзістар супраціўленнем R>r. Якая колькасць цеплыні вылучыцца ў шпулі і ў рэзістары пасля хуткага адклю
чэння крыніцы току?
КАРОТКІЯ ВЫНІКІ РАЗДЗЕЛА 1
Паспрабуйце спачатку самастойна вылучыць самае істотнае ў гэтым раздзеле. Запішыце яго вынікі. Вылучыце 6—8 пунктаў і параўнайце з тым, што напісана ніжэй. Вылучэнне галоўнага — неадназначная задача і таму разыходжанні непазбежныя.
1. З’ява электрамагнітнай індукцыі заключаецца ва ўзнікненні ЭРС індукцыі ў замкнутым контуры пры змяненні магнітнага патоку праз паверхню, абмежаваную гэтым контурам. Гэта з’ява ляжыць у аснове работы генератараў усіх электрастанцый свету. Згодна з законам электрамагнітнай індукцыі ЭРС індукцыі ў замкнутым контуры роўна скорасці змянення магнітнага патоку, узятай са знакам «мінус»:
2. Згодна з правілам Ленца індукцыйны ток, які ўзнікае ў замкнутым контуры, сваім магнітным полем процідзейнічае таму змяненню магнітнага патоку, якім ён выкліканы.
25
3. У нерухомым правадніку пабочнай сілай з’яўляецца сіла, якая дзейнічае на зарады з боку віхравога электрычнага поля, што параджаецца пераменным магнітным полем. У правадніку, які рухаецца, пабочнай сілай з’яўляецца магнітная сіла Лорэнца; яна дзейнічае на зараджаныя часціцы, што рухаюцца разам з правадніком.
4. Важным прыватным выпадкам электрамагнітнай індукцыі з’яўляецца самаіндукцыя. Пры самаіндукцыі магнітнае поле, якое змяняецца, індуцыруе ЭРС у тым самым правадніку, па якім ідзе ток, што стварае гэта поле. ЭРС самаіндукцыі прама прапарцыянальная скорасці змянення сілы току ў правадніку:
5. Каэфіцыент прапарцыянальнасці L называюць індуктыўнасцю. Індуктыўнасць залежыць ад размераў і формы правадніка, а таксама ад уласцівасцей асяроддзя, у якім знаходзіцца
В • с
праваднік. Выражаецца яна ў генры: 1 Гн= 1 —д—.
6. Энергія магнітнага поля току роўна той рабоце, якую павінна выканаць крыніца, каб стварыць дадзены ток:
7. Пры аналізе з’явы электрамагнітнай індукцыі Максвелам быў зроблены вывад аб параджэнні віхравога электрычнага поля пераменным магнітным полем. Затым Максвел дапусціў, што аналагічным чынам пераменнае электрычнае поле параджае віхравое магнітнае поле.
ВАГАННІ I ХВАЛІ
Раздзел 2. Электрамагнітныя ваганні
Раздзел 3. Вытворчасць, перадача і выкарыстанне элекгрычнай энергіі
Раздзел. 4. Электрамагнітныя хвалі
Адкрыццё электрамагнітнай індукцыі паглыбіла нашы ўяўленні аб электрамагнітным полі. Але справа не толькі ў гэтым. Дзякуючы самаіндукцыі магчымы ваганні зараду, сілы току і іншых велічынь, якія характарызуюць электрычныя ланцугі. Гэтыя ваганні называюцца электрамагнітнымі і маюць многа агульнага з механічнымі ваганнямі, якія вы вывучалі ў IX класе.
Здавалася б, ваганні маятніка нічым не нагадваюць разрад кандэнсатара праз шпулю індуктыўнасці. Аднак у сапраўднасці гэта не так. Механічныя і электрамагнітныя ваганні падпарадкоўваюцца зусім аднолькавым колькасным законам. Гэта выяўляецца, калі цікавіцца не тым, што вагаецца (груз на спружыне ці электрычны ток у ланцугу), а тым, як адбываюцца ваганні. Аднолькавым законам падпарадкоўваюцца таксама хвалевыя працэсы рознай прыроды. У сучаснай фізіцы вылучыўся спецыяльны раздзел — фізіка ваганняў. У ім ваганні рознай прыроды разглядаюцца з адзінага пункту гледжання. Фізіка ваганняў мае вельмі вялікае практычнае значэнне. Яна займаецца даследаваннем вібрацый машын і механізмаў; яе вывады ляжаць у аснове электратэхнікі пераменных токаў і радыётэхнікі.
Раздзел 2
ЭЛЕКТРАМАГНІТНЫЯ ВАГАННІ
У гэтым раздзеле мы ў асноўным будзем разглядаць электрамагнітныя ваганні. Прычым на больш высокім навуковым узроўні, чым механічныя ваганні ў IX класе. Неабходныя веды па матэматыны цяпер у вас ёсць. Але давядзецца закрануць і ваганні механічныя з тым, каб падкрэсліць адзінства вагальных працэсаў рознай прыроды.
§ 11. СВАБОДНЫЯ 1 ВЫМУШАНЫЯ ЭЛЕКТРАМАГНІТНЫЯ ВАГАННІ
Атрымаць электрамагнітныя ваганні амаль гэтак жа проста, як і прымусіць цела вагацца, падвесіўшы яго на спружыне.
27
Алс назіраць ваганні ўжо не так проста. Мы ж непасрэдна не бачым ні зараду кандэнсатара, ні току ў шпулі.
Электрамагнітныя ваганні былі адкрыты ў вядомай меры выпадкова. Пасля таго як вынайшлі лейдэнскую банку (першы кандэнсатар) і навучыліся надаваць ёй вялікі зарад з дапамогай электрастатычнай машыны, пачалі вывучаць электрычны разрад банкі. Замыкаючы абкладкі лейдэнскай банкі пры дапамозе драцяной шпулі, выявілі, што стальныя спіцы ўсярэдзіне шпулі намагнічваюцца. У гэтым нічога дзіўнага не было: электрычны ток і павінен намагнічваць стальны стрыжань шпулі. Надзвычайным было тое, што нельга было прадказаць, які канец стрыжня шпулі акажацца паўночным полюсам, а які — паўднёвым. Паўтараючы дослед прыкладна ў адных і тых жа ўмовах, атрымлівалі ў адных выпадках адзін вынік, а ў іншых — другі. Далёка не адразу зразумелі, што пры разрадцы кандэнсатара праз шпулю ўзнікаюць ваганні. За час разрадкі кандэнсатар паспявае многа разоў перазарадзіцца, і ток мяняе напрамак многа разоў. 3за гэтага стрыжань можа намагнічвацца розным чынам.
ГІерыядычныя або амаль перыядычныя змяненні зараду, сілы току і напружання называюць электрамагнітнымі ваганнямі.
Звычайна гэтыя ваганні адбываюцца з вельмі вялікай часта
той, якая значна перавышае частату механічных ваганняў. Таму для іх назірання і даследавання самым падыходзячым прыборам з’яўляецца электронны асцылограф.
У электроннапрамянёвай трубцы асцылографа вузкі пучок электронаў трапляе на экран, здольны свяціцца пры бамбардзіроўцы яго электронамі. На гарызантальна адхіляльныя пласціны трубкі асцылографа падаецца пераменнае напружанне разгорткі u0 «пілападобнай» формы (рыс. 22). Параўнальна павольна напружанне нарастае, а потым вельмі рэзка памяншаецца. Электрычнае поле паміж пласцінамі прымушае электронны прамень прабягаць экран у гарызантальным напрамку з пастаяннай скорасцю і затым амаль імгненна вяртацца назад. Пасля гэтага ўвесь працэс паўтараецца. Калі цяпер далучыць вертыкальна адхіляльныя пласціны трубкі да кандэнсатара, то ваганні напружання пры яго разрадцы выклікаюць ваганні праменя ў вертыкальным напрамку. У выніку на экране ўзнікае часавая «разгортка» ваганняў (рыс. 23), падобная да той, якую вычэрчвае маятнік і з карандашом на канцы на лісце
КНІГІ ОНЛАЙН
