Лекции по курсу Основы физики звука Лекция 11

Лекции по курсу Основы физики звука Лекция 11 Магнитная запись звука 1

11. Магнитная запись звука связана с протеканием электрического тока. 11. 1. Электрический токи электрическое напряжение Если изолированный проводник поместить в электрическое поле то на свободные заряды в проводнике будет действовать сила . В результате в проводнике возникает перемещение свободных зарядов. Упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда называется электрическим током. 2

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Δt, к этому интервалу времени: Для существования тока необходимы источники тока. Источники создают силы неэлектростатического происхождения, которые называются сторонними силами. Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС): 3

Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφ12 = φ1 – φ2 между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Величина U 12 называется напряжением на участке цепи 1– 2. В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов. Немецкий физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника: 4

11. 2. Электрическая цепь Электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенных для протекания по ним электрического тока Элементы цепи Активные элементы (источники) Пассивные элементы (приемники) Источниками электрической энергии называют устройства, преобразующие различные виды энергии, например, механическую или химическую энергию, в энергию электрического тока.

Приемниками называются устройства, потребляющие энергию или преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии. Примером приемника может служить резистор. Резистором называется такой пассивный элемент цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую энергию Резистор - проводник, обладающий электрическим сопротивлением. В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит Ом. Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А. 6

Эта формула выражает закон Ома для полной цепи. Сопротивление r называется внутренним сопротивлением источника. Если точки a и b замкнуть проводником, сопротивление которого мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника (R << r), тогда в цепи потечет ток короткого замыкания. 7

Режимы в цепи: 1. «Холостой ход» , 2. Работа на нагрузку 3. Режим короткого замыкания (к. з. ). 8

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры. Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. 9

11. 3. Ферромагнитные материалы Ферромагнетик - кристаллическое вещество, способное намагничиваться. В отсутствие внешнего магнитного поля ферромагнитный образец разбит на магнитные домены (области однородной намагниченности), которые в простейшем случае представляют собой чередующиеся слои с взаимно противоположными направлениями намагниченности. Воздействие внешнего магнитного поля ведет к определенной ориентации доменов всех монокристаллов и появлению намагниченности вещества. 10

Основная характеристика магнитных материалов Основной характеристикой ферромагнетиков является зависимость намагниченности М в функции от напряженности внешнего магнитного поля Н [ 11

11. 4. Катушки индуктивности, дроссели Катушки индуктивности представляют собой множество витков проводника, как правило, намотанных на ферромагнитный сердечник. При протекании переменного тока по катушке вокруг нее образуется магнитное поле. Магнитное поле характеризуется магнитной индукцией В [Тл], отражающей плотность магнитных силовых линий в данной области пространства. Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты в отличие от силовых линий электрического поля, которые замыкаются на зарядах противоположного знака. Если силовые линии расположены равномерно, поле в этой области считают однородным. Такое поле возникает внутри катушки индуктивности, имеющей длину намотки много более ее диаметра. 12

Изменение магнитного поля вокруг проводника катушки приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в самой обмотке: На концах проводника возникает разность потенциалов, зависящая от плотности магнитного поля и частоты. Индуктированная ЭДС всегда имеет такое направление, что возбуждаемый ею ток своим магнитным полем препятствует магнитному полю, вызвавшему индукцию. 13

Катушка в цепи, в которой протекает переменный ток, создает фазовый сдвиг между током и напряжением на катушке. вектор напряжения на катушке опережает вектор тока через нее на 90°. 14

Индуктивное сопротивление катушки растет с увеличением частоты тока: Мощность катушки: 15

11. 5. Катушки с индуктивной связью При протекании переменного электрического тока по виткам катушки индуктивности вокруг нее образуется магнитное поле. На рисунках магнитное поле изображают с помощью силовых магнитных линий. 16

Система из двух катушек. При протекании токов через обе катушки на зажимах каждой из них возникает добавочное напряжение. Это явление отражается в уравнениях для пары индуктивно-связанных катушек: 17

Определение согласного и встречного включения катушек В случае согласного включения катушек магнитные потоки, создаваемые каждой из катушек в сердечнике одинаково направлены. Для согласного включения В случае встречного включения катушек магнитные потоки, создаваемые каждой из катушек в сердечнике противоположно направлены. Для согласного включения 18

11. 6. Трансформатор Воздушный трансформатор Трансформаторным режимом включения катушек называется такой режим, при котором одна из катушек подключена к источнику, а другая замкнута на нагрузку. Контур, в который включена первая катушка называется первичной цепью трансформатора, а другой, в который включена вторая катушка, называется вторичной цепью трансформатора. 19

Трансформатор с сердечником Трансформатором называется компонент РЭС, предназначенный для получения напряжений переменного тока различных амплитуд и мощностей. Недостатком двухобмоточного воздушного трансформатора является низкий коэффициент связи катушек. Для усиления магнитной связи катушек на практике применяют трансформатор с сердечником. На электрических схемах трансформатор с сердечником изображается с помощью линии, проходящей между катушек.