1 Электрический ток Если через некоторую воображаемую

1

Электрический ток Если через некоторую воображаемую поверхность переносится суммарный заряд, отличный от нуля, то говорят, то через эту поверхность течёт ток. Ток может течь в твердых телах(металлы и полупроводники), в жидкостях(электролиты) и в газах. Ток-упорядоченное движение заряженных частиц. Условия существования тока: 1)Наличие заряженных частиц, способоных свободное перемещаться по проводнику под действием сил электрического поля 2)Наличие источника тока, создающего электрическое поле. 2

Схема движения заряженных частиц 3

Сила тока 4

Плотность тока I-сила тока i-плотность тока S-площадь 5

Электрическое сопротивление 6

Удельное сопротивление проводника Сопротивление проводника зависит от свойств материала, формы и размеров проводника • 7

Сверхпроводимость Способность вещества проводить ток характеризуется удельным сопротивлением. Величина удельного сопротивления обуславливается внешними условиями, свойствами материала. Для большинства металлов, при температурах, близких к комнатным, «p» изменяется пропороционально абсолютной температуре T. Для большой группы металлов при температуре в несколько кельвин сопротивление скачком обращается в нуль. Вводят такое понятие «сверхпроводимость» Сверхпроводимость— свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура) Для каждого сверхпроводника своя критическая температура. При действии на сверхпроводник магнитного поля сверхпроводимость нарушается. 8

График зависимости сопротивления от температуры для сверхпроводимых материалов 9

Эффект Мейснера. Рекорд сверхпроводимости До недавнего времени эффект сверхпроводимости получали охлаждая проводящий материал до довольно низких температур – как минимум, до температуры жидкого азота. В работе исследователей наметился существенный прорыв в создании высокотемпературных сверхпроводников. На днях был поставлен новый рекорд в получении эффекта сверхпроводимости при температуре всего 254 К (-19°С). Синтезированное сложное химическое соединение на основе таллия ((Tl 4 Ba)Ba 2 Cu 7 Oх) имеет слоистую структуру и демонстрирует при такой температуре эффект Мейснера (магнитной левитации), когда внутренние вихревые токи проводника создают мощное магнитное поле. Впрочем, до практического использования этого достижения пока далеко. Основная проблема – сложность технологии получения данного материала и его нестабильность. 10

Эффект Мейснера. 11

Эффект Мейснера. 12

Нобелевская премия в исследовании сверхпроводимости. Каммерлинг-Оннес был удостоен Нобелевской премии по физике 1913 «за исследования свойств вещества при низких температурах, которые привели к производству жидкого гелия» 13

Электродвижущие силы 14

A-работа сторонних сил q-величина заряда Ԑ -ЭДС 15

Электродвижущая сила(ЭДС)величина, равная работе сторонних сил над единичным положительным зарядом. ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. ЭДС-характеристика сторонних сил по перемещению заряда. 16

ЭДС замкнутой цепи-циркуляция вектора напряженности 17

Закон Ома для неоднородного участка цепи На неоднородном участке цепи на носители тока действуют сторонние и электростатические силы. Там, где на носители кроме электростатической силы действуют сторонние силы, средняя скорость упорядоченного движения носителей будет пропорциональна суммарной силе: e. E+e. E*. Соответственно плотность тока в этих точках оказывается пропорциональна сумме напряженностей E+E*: j-вектор плотности тока Ϭ-удельная проводимость E-вектор напряженности электрического поля электростатических сил E*-вектор напряженности электрического поля сторонних сил. 18

Первое правило Кирхгофа: Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю Узел-точка, в котором сходятся более чем два проводника. Токи, текущие к узлу и от него, имеют разные знаки. Это правило вытекает из уравнения непрерывности, т. е. , в конечном счёте, из закона сохранения энергии. Следовательно поток вектора i должен быть равен нулю. 19

Второе правило Кирхгофа В любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов Ii на сопротивления Ri соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э. д. с. Ek, встречающихся в этом контуре. 20

Разветвленные электрические цепи 21

Закон Джоуля-Ленца При протекании тока в проводника выделяется тепло. Мощность тепла, выделяемого единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля. 22

Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера На практике доказано, что проводники с током взаимодействуют. Взаимодействие токов происходит при помощи магнитного поля. Два прямолинейных параллельных проводника притягиваются, если токи в них текут в одном направлении и отталкиваются, если токи имеют противоположное направление. 23

Этот закон был установлен Ампером 24

Электромагнитная индукция Взаимодействие токов происходит через магнитное поле. Магнитное поле имеет направленный характер и характеризуется векторной величиной. Эту величину обозначают буквой «В» (магнитная индукция) Магнитная индукция-силовая характеристика магнитного поля. Вектор магнитной индукции направлен всегда так, как сориентирована свободно вращающаяся магнитная стрелка в магнитном поле. Единица измерения магнитной индукции в системе СИ: 25

Напряженность. Намагниченность Напряжённость магнитного поля— (стандартное обозначение Н) это векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности M. Намагниченность -векторная физическая величина, характеризующая магнитное состояние физического тела В вакууме (или в отсутствие среды, способной к магнитной поляризации, а также в случаях, когда последняя пренебрежима) напряженность магнитного поля совпадает с вектором магнитной индукции. 26

Закон Био-Савара-Лапласа Физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током. 27

Закон Ампера Если провод, по которому течет ток, находится в магнитном поле, то на каждый из носителей тока действует сила Ампера Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля. 28

Силовые линии магнитного поля Силовыми линиями магнитного поля называются линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции. свойства таких линий, общие для любых векторных полей: 1)Силовые линии магнитного поля не пересекаются. 2)Силовые линии магнитного поля не имеют изломов. 29

Силовые линии магнитного поля Земли 30

Силовые линии магнитного поля 31

Циркуляция вектора магнитной индукции 32

Теорема Гаусса для магнитной индукции: поток вектора магнитной индукции через любую замкнутую поверхность равен нулю Теорема Гаусса для напряжённости электрического поля в вакууме: поток вектора напряжённости электрического поля через любую произвольно выбранную замкнутую поверхность пропорционален заключённому внутри этой поверхности электрическому заряду. 33

Действие магнитного поля на проводник с током Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в нем. Если проводник, по которому протекает электрический ток подвесить в магнитном поле, например, между полюсами магнита, то магнитное поле будет действовать на проводник с некоторой силой и отклонять его. Если поместить проволочную рамку , по которой протекает электрический ток, в магнитное поле, то в результате действия силы магнитного поля, рамка будет поворачиваться. 34

Сила Лоренца Сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу. Основным применением силы Лоренца (точнее, её частного случая - силы Ампера) являются электрические машины(электродвигатели и генераторы). Сила Лоренца широко используется в электронных приборах для воздействия на заряженные частицы (электроны и иногда ионы), например, в телевизионных электронно-лучевых трубках, а также в масс-спектрометрии и МГД генераторах. 35

Применение силы Лоренца В ускорителях заряженных частиц Сила Лоренца также используется в ускорителях заряженных частиц, задавая орбиту, по которой движутся эти частицы. Другие применения: Бесконтактное измерение скорости движения проводящей жидкости (анемометрия силой Лоренца). 36

Однородное магнитное поле. Момент сил. Магнитное поле считается однородным, если в любой его точке вектор магнитной индукции остается одним и тем же. На рамку с током I, помещенную во внешнее однородное магнитное поле с индукцией «В» действует момент сил Момент сил выражается соотношением: S – площадь рамки, α – угол между нормалью к плоскости рамки и вектором 37

Рамка с током 38

Работа по перемещению рамки с током Работа, совершаемая при перемещении замкнутого контура с током в магнитном поле, равна произведению величины тока на изменение магнитного потока, сцепленного с этим контуром 39

Явление электромагнитной индукции В 1831 Фарадей обнаружил, что в замкнутом контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток. Это явление называют электромагнитной индукцией , а возникающий ток индукционным. Явление электромагнитной индукции свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока в контуре возникает электродвижущая сила индукции. 40

Магнитный поток Контур, помещенный в однородное магнитное поле, пронизывается магнитным потоком ( потоком векторов магнитной индукции). Ф - магнитный поток, пронизывающий площадь контура, зависит от величины вектора магнитной индукции, площади контура и его ориентации относительно линий индукции магнитного поля. Если вектор магнитной индукции перпендикулярен площади контура, то магнитный поток максимальный. Если вектор магнитной индукции параллелен площади контура, то магнитный поток равен нулю 41

Явление самоиндукции. Электрический ток, текущий в любом контуре, создает пронизывающий этот контур магнитный поток. При изменении силы тока, меняется и магнитный поток, вследствие чего индуциируется ЭДС. Это явление и называется самоиндукцией. При самоиндукции проводящий контур играет двоякую роль: по нему протекает ток, вызывающий индукцию, и в нем же появляется ЭДС индукции. Изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС в том самом проводнике, по которому течет ток, создающий это поле. В соответствии с законом Био-Савара магнитная индукция В пропорциональна силе тока, вызвавшего поле. Ψ=LI (21) L-коэффициент пропорциональности между силой тока и магнитным потоком, называемой индуктивностью. 42

Индуктивность L зависит от условий среды, формы и размеров контура, магнитных свойств. Если контур жесткий и поблизости от него нет ферромагнетиков , индуктивность L является постоянной величиной. Измеряется в [Гн] Это физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи. Чем больше индуктивность, тем больше магнитная энергия, накапливаемая в пространстве вокруг контура с током. Если провести аналогию между электрическими и механическими явлениями, то магнитную энергию следует сопоставить с кинетической энергией тела. ля увеличения L применяют катушки с железными сердечниками 43

Энергия контура с током в магнитном поле Контур с током, помещенный в магнитное поле, обладает запасом энергии. Действительно, чтобы повернуть контур с током на некоторый угол в направлении, обратном направлению его поворота в магнитном поле, необходимо совершить работу против сил, действующих на этот контур со стороны поля. 44

Список использованных источников 1)Савельев. Курс общей физики. Том 2 2) http: //dic. academic. ru/ 3) http: //slovari. yandex. ru/ 4) http: //ru. wikipedia. org 5) http: //revolution. allbest. ru/physics/00005477_0. html 6)http: //www. physbook. ru/index. php/Слободянюк_А. И. _Физика_10/1 2. 3 45