Материал: МЭИ(ТУ) Физика

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Лекция 8. Явление электромагнитной индукции. Закон ФарадеяМаксвелла. Явление самоиндукции. Индуктивность. Расчёт индуктивности длинного соленоида и тороида.

Лекция 9. Явление взаимной индукции. Энергия проводника с током. Объёмная плотность энергии магнитного поля. Магнитное поле в веществе. Макротоки и микротоки. Вектор намагниченности. Вектор напряжённости магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора напряжённости магнитного поля. Связь между векторами индукции, напряжённости и намагниченности. Магнитная проницаемость вещества.

Лекция 10. Граничные условия для векторов B и H. Классификация магнетиков. Электронная теория диа- и парамагнетизма. Основные свойства ферромагнетиков. Домены. Точка Кюри.

Лекция 11. Электромагнитные колебания.

Лекция 12. Электромагнитные волны. Монохроматическая волна. Вектор Умова-Пойнтинга. Шкала электромагнитных волн. Отражение электромагнитных волн на границе проводника.

Лекция 13. Отражение и преломление электромагнитных волн на границе диэлектриков. Формулы Френеля. Закон Брюстера. Интерференция электромагнитных волн. Когерентность и методы её осуществления.

Лекция 14. Расчёт интерференционной картины от двух когерентных источников света. Интерференция в тонких плёнках. Дифракция электромагнитных волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Фраунгофера на одной щели.

Лекция 15. Дифракционная решётка. Дифракция Френеля на круглом отверстии. (Приближение геометрической оптики. Разрешающая способность оптических приборов. Поляризация света. Закон Малю. Оптическая анизотропия. Двойное лучепреломление.)

Лекция 16. (Дисперсия света. Классическая электронная теория дисперсии.)

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

(лектор Ермаков Б.В.)

ГЛАВА I. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ.

§ 1. Силовые характеристики электромагнитного поля.

Поле – любая изменяющаяся в пространстве и во времени физическая величина. Поля бывают скалярные и векторные.

Примером скалярного поля является температурное поле: T(x, y, z). Гравитационное поле: P (x, y, z)

Попытаемся ввести характеристику гравитационного поля. Для этого поместим в поле два тела массой m1 = 2 кг и m2 = 0,5 кг.

m1 = 2 кг	m2 = 0,5 кг
На каждое из тел гравитационное поле будет действовать с силой P, равной
P1 = 19,6 Н.	P2 = 4,9 Н.

Как мы видим, сила тяжести P не является характеристикой поля, так как она зависит как от интенсивности поля, так и от массы тела, помещенного в это поле.

P = P (m0, интенсивность поля)

Отношение же силы тяжести к массе тела зависит только от интенсивности поля и является силовой характеристикой гравитационного поля.

Cg =	P1	, Cg =	19,6 Н	= 9,8 м с2 .	Cg =	P2	, Cg =	4,9 Н	= 9,8 м с2 .
	m1		2 кг			m2		0,5 кг

Cg – напряженность гравитационного поля.

Аналогичным образом можно ввести характеристики электромагнитного поля. Экспериментально установлено, что электромагнитное поле действует на отдельные заряды, причем это действие зависит как от скорости, так и от интенсивности поля.

Электромагнитное поле

F = F1 (q0, интенсивность поля) + F2 (q0, v, интенсивность поля)

Здесь F1 – составляющая силы, которая зависит от скорости заряда, а F2 определяется, в частности, скоростью заряда.

Так же, как и для гравитационного поля, попытаемся ввести такие характеристики, которые определяли бы только интенсивность самого поля и не зависели бы от свойств заряда, помещенного в это поле.

Для этого рассмотрим две ситуации, в одной из которых в ноль обращается сила F2, а в другой, наоборот, F1.

I ситуация Все заряды неподвижны. Тогда

F2 = 0, F = F1 (q0, интенсивность поля) Рассмотрим отношение силы F1 к величине заряда. Это отношение определяется только величиной поля и является одной из характеристик поля.

F = E – напряженность электрического q0

поля (электрическая компонента электромагнитного поля)

Обратная задача: зная напряженность поля, найти силу, действующую на неподвижный заряд.

F = qE.

II ситуация

Создадим такие условия, когда поле действует только на движущийся заряд. Тогда

F1 = 0,

F = F2 (q0, v, интенсивность поля). Из опыта:

1)F2 ~ q0.

2)F2 ~ v (скорость).

3)F2 зависит от направления вектора v

иможет изменяться от 0 до Fmax.

4)F2 ~ интенсивности поля. Отношение максимальной силы, действующей на движущийся заряд, к величине этого заряда и к его скорости является характеристикой только поля.

F2 max	= B	– вектор индукции магнитно-
q0v

го поля (магнитная компонента электромагнитного поля)

Вектор индукции мы определили по абсолютной величине.

Направление вектора B совпадает с ориентацией магнитной стрелки в данной точке поля.

S N

Обратная задача: F2 – ?

Зная вектор B, нужно найти силу, действующую на движущийся заряд. Оказывается, что вектор силы F перпендикулярен плоскости, в которой лежат векторы v и B.

B B

α	v F ~ sin α

Fmax

F2 = q [vB] – сила Лоренца.

III ситуация

F1 ≠ 0 и F2 ≠ 0.

F(q) = qE + q[vB] – формула Лоренца.

Итак, для того чтобы охарактеризовать электромагнитное поле как единый объект, мы должны ввести два вектора – вектор E, характеризующий электрическую компоненту поля, и вектор B, являющийся характеристикой магнитной компоненты поля.

Основные характеристики электромагнитного поля

Электрическая компонента:

Магнитная компонента:

E =

–

B =

F2 max

–

q0v

напряженность электрического поля.

вектор индукции магнитного поля.

Вспомогательные векторы

D = ε0E – вектор индукции электриче-

H =

– вектор напряженности маг-

ского поля (вектор смещения);

µ0

ε0 = 8,85 · 10-12 Ф/м – электрическая по-

нитного поля;

стоянная.

µ0 = 4π · 10-7 Гн/м – магнитная постоян-

ная.

км

300000

= c

ε0 µ0

c =

= 300000км с.

ε0 µ0

E ~ густоте силовых линий

B ~ густоте силовых линий

§2. Поток вектора (Φ), циркуляция вектора (Γ)

I.Поток вектора

Введем понятие потока вектора. Рассмотрим простой случай.

Однородное поле Расположим площадку S перпендикулярно силовым линиям. Тогда

Поток вектора напряженности:

E	Φ = ES .
	Φ = ES .
	S
	(Это число силовых линий, пронизывающих площадку,
	перпендикулярную этим линиям.)
	Если силовые линии скользят вдоль площадки, то поток
S	вектора равен нулю:
	Φ = 0.
	Как найти поток при произвольной ориентации площад-
	ки?
	Φ – ?

				Вектор площади
				S = nS, n – единичный вектор нормали.
S	n	S		Очевидно, вектор S характеризует как величину площади,
S		S		так и ее ориентацию. Тогда
				так и ее ориентацию. Тогда
	E	S	S	Φ = ES cosα = ES cos(ES),
	E	S	S
			E		∆Φ = (E∆S).
				Это поток вектора E через малую площадку ∆S.
			Поле не однородное и площадка ∆S не плоская
		E	Разобьем поверхность S на малые элементы ∆Si. Тогда поток век-
	n	E	тора E через малый элемент площадки будет равен:
E	n	n
E		n

∆Φi = (Ei∆Si).

Полный поток будет равен сумме потоков через элементарные

площадки ∆Si:

Φ = ∑∆Φi .

Если устремить ∆Si к нулю, то сумма превратится в интеграл:

Φ = ∫(EdS).

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/285662

Смотрите также: