Применение Законов Электродинамики

Приложение.

1.Лейденскаябанка

Лейденскаябанка являетсяобычным конденсатором.Когда внешнююобкладку еезаземляют, аметаллическийшарик соединяютс источникомэлектричества,то на обкладкахбанки скапливаетсязначительныйэлектрическийзаряд и при ееразряде можетпротекатьзначительныйток. Получениебольших зарядовс помощь лейденскойбанки значительноспособствовалоразвитию ученияоб электричестве.

Преждевсего, усовершенствоваласьаппаратурадля исследованияэлектрическихявлений, в частностиэлектрическиемаслины. Этобыли, как и перваямашина Герике,такие устройства,в которыхэлектрическийзаряд получалсяв результатенатираниястеклянногоили эбонитовогодиска кожейили другимиподобнымиматериалами.

3атемпоявился первыйэлектроизмерительныйприбор - электрометр.Его историяначинаетсяс электрическогоуказателя,созданногоРихманом вскорепосле изобретениялейденскойбанки. Этотприбор состоялиз металлическогопрута, к верхнемуконцу которогоподвешиваласьльняная нитьопределеннойдлины и веса.При электризациипрута нитьотклонилась.Угол отклонениянити измерялсяс помощью шкалы,прикрепленнойк стержню иразделеннойна градусы.

Впоследующеевремя былиизобретеныразличнойконструкцииэлектрометры.Так, например,электрометр,созданныйитальянцемБеннетом, имелдва золотыхлисточка, помещенныхв стеклянныйсосуд. Приэлектризациилисточки расходились.Будучи снабженшкалой, такойприбор могизмерять, кактогда говорили,«электрическуюсилу. Но чтотакое «электрическаясила», этогоеще никто незнал, т. е. неизвестнобыло, какуюфизическуювеличину измеряетэтот прибор.Данный вопросбыл выяснензначительнопозже.

2

.Крутильныевесы состоятиз стекляннойпалочки, подвешеннойна тонкой упругойпроволоке. Наодном концепалочки закреплёнмаленькийметаллическийшарик а,а на другом– противовесс.Еще одинметаллическийшарик bзакреплённеподвижнона стержне,который в своюочередь крепитсяна крышке весов.

При сообщениишарикам одноимённыхзарядов ониначинаютотталкиватьсядруг от друга.Чтобы их удержатьна фиксированномрасстоянии,упругую проволокунужно закрутитьна некоторыйугол. По углузакручиванияпроволокиопределяютсилу взаимодействияшариков.

Крутильныевесы позволилиизучить зависимостьсилы взаимодействиязаряженныхшариков отвеличины зарядови от расстояниямежду ними.

Формулыэлектродинамики

Электричество

закон Кулона

напряжениеэлектрическогополя точечногозаряда

напряжение ЭДС

электроемкость Закон Ома

работа тока

мощностьтока

нагреваниепроводника

-удельноесопротивление

-температурныйкоэффициентсопротивления

закон электролиза

магнитнаяиндукция закониндукции

сила Ампера сила Лоренца

Магнитныйпоток Индуктивность

Содержание

1. Введение………………………………………………..2

2. Историяэлектродинамики…………………………..3

3. Электростатика………………………………………..9

а) Электрическийзаряд……………………………….9

б) Заряженныетела…………………………………..10

в) Законсохраненияэлектрическогозаряда……….10

г) ЗаконКулона………………………………………10

д) Электрическоеполе……………………………….12

е) Напряжённостьэлектрическогополя…………….12

ж) Силовыелинии электрическогополя…………….13

4. Законыпостоянноготока………………………..….13

а) Электрическийток…………………………………13

б) ЗаконОма для участкацепи……………………….14

в) Измерениесилы тока………………………………15

г)Закон Джоуля– Ленца……………………………..16

д) ЗаконОма для полнойцепи……………………….17

5. Магнитноеполе………………………………………17

а) Линиимагнитнойиндукции………………………...18

б) Магнитныесвойствавещества……………………...20

6. Заключение…………………………………………....21

7. Списокиспользуемойлитературы………………...22

8. Приложение…………………………………………...23

Введение

Электродинамика– это основнойраздел физики.В нём рассматриваетсяприменениеэлектричестваи магнетизма.Электричествои магнетизм,в основном,основаны назаконах, которыеоткрывалисьразными учёнымив разные времена.

В нашевремя законыэлектродинамикиприменяютсяпрактическивезде. Каждыйдень мы встречаемсяс применениеммногих разделовэлектродинамики.Например:электрическийсвет, транспорт,само электричествои многое другое.Многие людидаже не задумываются,как важны дляних эти открытия.

Так жекак и электричество,магнетизмявляется повседневнымявлением внашей жизни.Чаще всего измагнетизмамы встречаемсяс магнитнымполем, котороеокружает насповсюду. Магнитыприменяютсяв разных радио-электроприборах.

Цельюданной курсовойработы являетсярассмотрениеодного из основныхразделов физики– электродинамики.

Историяэлектродинамики

Электродинамика– это наука освойствах изакономерностяхповеденияособого видаматерии –электромагнитногополя, осуществляющеговзаимодействиемежду электрическизаряженнымителами и частицами.

В электродинамикесуществуетчетыре типавзаимодействия:

• гравитационное

• электромагнитное

• ядерное

• слабое(взаимодействиемежду элементарнымичастицами)

Электромагнитноевзаимодействиесамое главноена земле.

Электродинамикаберёт своёначало в ДревнейГреции. В переводеслово электрон– янтарь.Кроме янтаряпритягиваютсятакже и многиедругие тела.К наэлектризованнымтелам притягиваютсякак лёгкие, таки тяжёлые предметы.В 1729 году Грейобнаружилпередачу зарядовна расстоянии.Шарль Дюфрэобнаруживаетдва рода зарядов:стеклянноеи смоляное.Стеклянноепредставляетсякак положительный,а смоляное –как отрицательныйзаряд. В дальнейшемДжеймс КлеркМаксвелл завершаетсоздание теорииэлектродинамики,но использованиеэлектродинамикиначинаетсятолько во второйполовинеXIX века. Максвеллобратил вниманиена недостаткиклассическойэлектродинамики.Несоответствиезакону сохранениязаряда былодостаточнымаргументомдля того, чтобыусомнитьсяв ее истинности,посколькузаконы сохраненияносят весьмаобщий характер.

Математическимиследствиямииз видоизмененнойсистемы уравненийМаксвелла былоутверждениео сохраненииэнергии вэлектромагнитныхпроцессах итеоретическийвывод о возможностинезависимогоот зарядов итоков существованияполя в видеэлектромагнитныхволн в пустомпространстве.Это последнеепредсказаниенашло блестящееэкспериментальноеподтверждениев знаменитыхопытах Герцаи Попова, положившихоснову современнойрадиосвязи.Рассчитываемаяиз системыскоростьраспространенияэлектромагнитныхволн оказаласьравной экспериментальноизмереннойскоростираспространениясвета в вакууме,что означалообъединениепрактическиранее независимыхразделов физикиэлектромагнетизмаи оптики в однузаконченнуютеорию.

Важнейшимшагом впередв развитииучения обэлектрическихи магнитныхявлениях былоизобретениепервого источникапостоянноготока – гальваническогоэлемента. Историяэтого изобретенияначинаетсяс работ итальянскоговрача ЛуиджиГальвани, относящихсяк концу XVIII в. Гальваниинтересовалсяфизиологическимдействиемэлектрическогоразряда. Начинаяс 80-х гг. XVIII в., онпредпринялряд опытов длявыяснениядействияэлектрическогоразряда намускулы препарированнойлягушки. Однаждыон обнаружил,что при проскакиванииискры в электрическоймашине или приразряде лейденскойбанки№мускулы лягушкисокращались,если к ним вэто время прикасалисьметаллическимскальпелем.

3аинтересовавшисьнаблюдаемымэффектом, Гальванирешил проверить,не будет лиоказывать такоеже действиена лапки лягушкиатмосферноеэлектричество.Действительно,соединив одинконец нервалапки лягушкипроводникомс изолированнымшестом, выставленнымна крыше, а другойконец нервас землей, онзаметил, чтово время грозывремя от временипроисходилосокращениемускулов лягушки.

Затем Гальваниподвесилпрепарированныхлягушек замедные крюки,зацепленныеза их спинноймозг, околожелезной решеткисада. Он обнаружил,что иногда,когда мышцылягушки касалисьжелезной ограды,происходилосокращениемускулов. Причемэти явлениянаблюдалисьи в ясную погоду.Следовательно,решил Гальвани,в данном случаеуже не грозаявляется причинойнаблюдаемогоявления.

Для подтвержденияэтого выводаГальвани проделалподобный опытв комнате. Онвзял лягушку,у которой спиннойнерв был соединенс медным крюком,и положил еена железнуюдощечку. Оказалось,что когда медныйкрючок касалсяжелеза, топроисходилосокращениемускулов лягушки.

Гальванирешил, что открыл«животноеэлектричество»,т. е. Электричество,которое вырабатываетсяв организмелягушки. Призамыкании нервалягушки посредствоммедного крюкаи железнойдощечки образуетсязамкнутая цепь,по которойпробегаетэлектрическийзаряд (электрическаяжидкость илиматерия), чтои вызываетсокращениемускулов.

ОткрытиемГальванизаинтересовалисьи физики и врачи.Среди физиковбыл соотечественникГальвани, АлессандроВольта. Вольтаповторил опытыГальвани, азатем решилпроверить, какбудут себявести мускулылягушки, есличерез них пропуститьне («животноеэлектричество»),а электричество,полученноекаким-либо изизвестныхспособов. Приэтом он обнаружил,что мускулылягушки также сокращались,как и в опытеГальвани.

Проделавтакого родаисследования,Вольта пришелк выводу, чтолягушка являетсятолько «прибором»,регистрирующимпротеканиеэлектричества,что никакогоособого «животногоэлектричества»не существует.

Вольтапредположил,что причинойэлектричестваявляется контактдвух различныхметаллов.

Нужно отметить,что уже Гальванизаметил зависимостьсилы судорожногосжатия мускуловлягушки от родаметаллов, образующихцепь, по которойпротекаетэлектричество.Однако Гальванине обратил наэто то серьезноговнимания. Вольтаже, наоборот,усмотрел в немвозможностьпостроенияновой теории.

Не согласившисьс теорией «животногоэлектричества»,Вольта выдвинултеорию «металлическогоэлектричества».По этой теориипричинойгальваническогоэлектричестваявляетсясоприкосновениеразличныхметаллов.

В каждомметалле, считалВольта, содержитсяэлектрическаяжидкость –флюид,которая, когдаметалл не заряжен,находится впокое и себяне проявляет.Но если соединитьдва различныхметалла, торавновесиеэлектричествавнутри нихнарушится,электрическаяжидкость придетв движение. Приэтом электрическийфлюидв некоторомколичествеперейдет изодного металлав другой, послечего равновесиевновь восстановится.Но в результатеэтого металлынаэлектризуются:один – положительно,другой – отрицательно.

Эти соображенияВольта подтвердилна опыте. Емуудалось показать,что действительнопри простомсоприкосновениидвух металловодин из нихприобретаетположительныйзаряд, а другойотрицательный.Таким образом,Вольта открылтак называемуюконтактнуюразность потенциалов.Вольта проделывалследующий опыт.На медный диск,прикрепленныйк обыкновенномуэлектроскопувместо шарика,он помещалтакой же диск,изготовленныйиз другогометалла и имеющийрукоятку. Дискипри наложениив ряде местприходили всоприкосновение.

В результатеэтого междудисками появляласьконтактнаяразность потенциалов(по терминологииВольта, междудисками возникала«разностьнапряжений»).

Для того чтобыобнаружить«разностьнапряжений»,появляющуюсяпри соприкосновенииразличныхметаллов, которая,вообще говоря,мала, Вольтаподнимал верхнийдиск и тогдалисточки электроскопазаметно расходились.Это вызывалосьтем, что емкостьконденсатора,образованногодисками, уменьшалась,а разностьпотенциаловмежду ними востолько же разувеличивалась.

Но открытиеконтактнойразности потенциаловмежду различнымиметаллами ещене могло объяснитьопытов Гальванис лягушками.Нужны былидополнительныепредположения.

Но на опытеГальвани соединялисьне только металлы.В цепь включалисьи мышцы лягушки,содержащиеи себе жидкость.

Он предположил,что все проводникиследует разбитьна два класса:проводникипервого рода– металлыи некоторыедругие твердыетела, и проводникивторого рода– жидкости.При этом Вольтарешил, что разностьпотенциаловвозникаеттолько присоприкосновениипроводниковпервого рода.

Такое предположениеобъясняло опытГальвани. Врезультатесоприкосновениядвух различныхметаллов нарушаетсяравновесиев них электричества.Это равновесиевосстанавливаетсяв результатетого, что металлысоединяютсячерез телолягушки. Такимобразом электрическоеравновесиевсе время нарушается,и все времявосстанавливается,значит, электричествовсе время движется.

Такоеобъяснениеопыта Гальваниневерно, но ононатолкнулоВольта на мысльо созданииисточникапостоянноготока –гальваническойбатареи.И вот в 1800 г. Вольтапостроил первуюгальваническуюбатарею –Вольтов столб.

Вольтов столбсостоял изнесколькихдесятков круглыхсеребряныхи цинковыхпластин, положенныхдруг на друга.Между парамипластин былипроложеныкартонныекружки, пропитанныесоленой водой.Такой приборслужил источникомнепрерывногоэлектрическоготока.

Интересно,что в качестведовода о существованиинепрерывногоэлектрическоготока Вольтапривлекалнепосредственныеощущения человека.Он писал, чтоесли крайниепластины замкнутычерез телочеловека, тосначала, каки в случае слейденскойбанкой,человек испытываетудар и покалывание.3атем возникаетощущение непрерывногожжения, «котороене только неутихает, ноделается всесильнее и сильнее,становясь скороневыносимым,до тех пор, покацепь не разомкнется».

ИзобретениеВольтовастолба,первого источникапостоянноготока, имелоогромное значениедля развитияучения обэлектричествеи магнетизме.Что же касаетсяобъяснениядействия этогоприбора Вольта,то оно, былоошибочным. Этовскоре заметилинекоторыеученые.

Действительно,по теории Вольтаполучалось,что с гальваническимэлементом вовремя его действияне происходитникаких изменений.Электрическийток течет попроволоке,нагревает ее,может зарядитьлейденскуюбанку ит. д., но самгальваническийэлемент приэтом остаетсянеизменным.Такой приборявляется нечем иным, каквечным двигателем,который, неизменяясь,производитизменение вокружающихтелах, в томчисле и механическуюработу.

К концу XVIII в.среди ученыхуже широкораспространилосьмнение о невозможностисуществованиявечного двигателя.Поэтому многиеиз них отверглитеорию действиягальваническогоэлемента,придуманногоВольтой.

В противовестеории Вольтабыла предложенахимическаятеория гальваническогоэлемента. Вскорепосле его изобретениябыло замечено,что в гальваническомэлементе происходятхимическиереакции, в которыевступают металлыи жидкости.Правильнаяхимическаятеория действиягальваническогоэлемента вытеснилатеорию Вольта.

Послеоткрытия Вольтовастолбаученые разныхстран началиисследоватьдействияэлектрическоготока. При этомсовершенствовалсяи сам гальваническийэлемент. УжеВольта нарядусо «столбом»стал употреблятьболее удобнуючашечную батареюгальваническихэлементов. Дляисследованиядействийэлектрическоготока сталистроить батареисо все большими большим числомэлементов.

Наиболеекрупную батареюв самом началеXIX в. построилрусский физикВасилий ВладимировичПетров в Петербурге.Его батареясостояла из4200 цинковых имедных кружков.Кружки укладывалисьв ящик горизонтальнои разделялисьбумажнымипрокладками,пропитанныминашатырем.

Первые шагив изученииэлектрическоготока относилиськ его химическимдействиям. Ужев том же году,в котором Вольтаизобрел гальваническуюбатарею, былооткрыто свойствоэлектрическоготока разлагатьводу. Вслед заэтим было произведеноразложениеэлектрическимтоком растворовнекоторыхсолей. В 1807 г. английскийхимик Дэвипутем электролизарасплавов едкихщелочей открылновые элементы:калий и натрий.

Исследованиехимическогодействия токаи выяснениехимическихпроцессов,происходящихв гальваническихэлементах,привело ученыхк разработкетеории прохожденияэлектрическоготока черезэлектролиты.

Вслед заизучениемхимическогодействия токаученые обратилиськ его тепловыми оптическимдействиям.Наиболее интереснымрезультатомэтих исследованийв самом началеXIX в. было открытиеэлектрическойдуги Петровым.

Открытие,сделанноеПетровым, былозабыто. Многие,особенно иностранные,ученые о немне знали, таккак книга Петровабыла написанана русскомязыке. Поэтому,когда Дэви в1812 г. снова открылэлектрическуюдугу, егостали считатьавтором этогооткрытия.

Наиболееважным событием,приведшимвскоре к новымпредставлениямоб электрическихи магнитнымиявлениях, былооткрытие магнитногодействияэлектрическоготока.

Электростатика

Электростатика– часть электродинамики,которая изучаетнеподвижныеэлектрическиезаряды.

Электрическийзаряд

Частицывзаимодействующиедруг с другомс силами, которыеубывают с увеличениемрасстояниятак же, как исилы всемирноготяготения, нопревышающиесилы тяготенияво много раз,то говорят, чтоэти частицыимеют электрическийзаряд.Бывают частицыбез электрическогозаряда, ноэлектрическийзаряд без частицыне существует.Взаимодействиемежду заряженнымичастицаминазываетсяэлектромагнитным.

Наличиеэлектрическогозаряда у частицозначаетсуществованиеопределённыхсиловых взаимодействиймежду ними. Всвободномсостоянии,могут, не ограниченодолго существовать,только электроныи протоны.Если элементарнаячастица имеетзаряд, то егозначение строгоопределено.

Заряженныетела

Электромагнитныесилы играютогромную рольв природе благодарятому, что в состав всех тел входятэлектрическизаряженныечастицы. Действиеэлектромагнитныхсил между теламине обнаруживается,т.к. тела в обычномсостоянииэлектрическинейтральны.Положительнои отрицательнозаряженныечастицы связанныдруг с другомэлектрическимисилами и образуютнейтральныесистемы.

Макроскопическоетело заряженоэлектрическив том случае,если оно содержитизбыточноеколичествоэлементарныхчастиц с каким-либоодним знакомзаряда.

Для тогочтобы наэлектризоватьтело, нужноотделить частьотрицательногозаряда от связанногос ним положительного.Это можно сделатьс помощью трения.

Закон сохраненияэлектрическогозаряда

При электризациител выполняетсязакон сохраненияэлектрическогозаряда. Этотзакон справедливдля замкнутойсистемы. Справедливостьзакона сохраненияэлектрическогозаряда подтверждаетнаблюдениенад огромнымчислом превращенийэлементарныхчастиц.

Закон Кулона

Основнымзаконом электростатикиявляетсяэкспериментальноустановленныйзакон французскогофизика ШарляКулона в 1785 г.XVIII

Однакоистория егооткрытия начинаетсяраньше. Этаистория показываетодин из путей,по которомуразвиваетсяфизика, - путьпримененияаналогии. Эпинусуже догадывалсяо том, что силавзаимодействиямежду электрическимизарядами обратнопропорциональнаквадрату расстояниямежду ними. Иэта догадкавозникла наоснове некоторойаналогии междусилами тяготенияи электрическимисилами. Но аналогияне являетсядоказательством.Вывод из аналогиивсегда требуетпроверки. Опираясьтолько на аналогию,можно прийтии к невернымрезультатам.Эпинус не проверилсправедливостьданной аналогии,и поэтому еговысказываниеимело толькопредположительныйхарактер.

ЗаконКулона применимдля точечныхзарядов. Точечныезаряды –размеры тел,которых вомного раз меньшечем расстояниемежду ними.Силы взаимодействиядвух неподвижныхточечных заряженныхтел в вакуумепрямо пропорциональнопроизведениюмодулей зарядови обратнопропорциональноквадрату расстояниямежду ними.

С помощьюкрутильныхвесовІ удалосьустановитьдруг с другомнеподвижныезаряженныетела.

Кулон нашёлпростой способизменениязаряда одногоиз шариков в2, 4 и более раз,соединяя егос таким же незаряженнымшариком. Зарядпри этом распределяетсяпоровну междушариками, чтои уменьшалоисследуемыйзаряд в известномотношении.

Один Кулон– это зарядпроходящийчерез поперечноесечение проводникапри силе токаодин Ампер заодну секунду.

Электрическоеполе

После открытиязакона Кулонатеория дальнодействиясовсем вытесняеттеорию близкодействия.И только в XIX в.Фарадей возрождаеттеорию близкодействия.Однако ее всеобщеепризнаниеначинаетсясо второй половиныXIX в., после экспериментальногодоказательстватеории Максвелла.

Согласно идееФарадея электрическиезаряды не действуютдруг на друганепосредственно.Каждый из нихсоздаёт в окружающемпространствеэлектрическоеполе. Поле одногозаряда действуетна другой заряд,и наоборот. Помере удаленияот заряда полеослабевает.

Успех к теорииблизкодействияпришёл послеизучения электронныхвзаимодействийдвижущихсязаряженныхчастиц. Сначалабыло доказаносуществованиепеременныхво времениполей и толькопосле этогобыл сделанвывод о реальностиэлектрическогополя неподвижныхзарядов.

Основываясьна идеях Фарадея,Максвелл сумелтеоретическидоказать, чтоэлектромагнитныевзаимодействиядолжны распространятьсяв пространствес конечнойскоростью. Этоозначает, чтоесли слегкапередвинутьодин заряд, тосила, действующаяна другой заряд,изменится, ноне в то же мгновение,а лишь спустянекотороевремя.

Существованиеопределённогопроцесса, впространствемежду взаимодействующиетелами, которымделится конечноевремя, - вот главное,что отличаеттеорию близкодействияот теории действияна расстоянии.Главное свойствоэлектрическогополя – действияего на электрическиезаряды с некоторойсилой. Электрическоеполе неподвижныхзарядов называютэлектростатическим.Оно не меняетсясо временем.Электростатическоеполе создаётсятолько электрическимзарядом. Оносуществуетв пространстве,окружающемэти заряды, инеразрывнос ними связано.

Согласно теорииблизкодействиявзаимодействиемежду заряженнымичастицамиосуществляетсяпосредствомэлектрическогополя.

Электрическоеполе – это особаяформа материи,существующаянезависимоот наших представленияхо нём. Доказательствомреальности электрическогополя – конечнаяскоростьраспространенияэлектромагнитныхвзаимодействий.

Напряжённостьэлектрическогополя

Электрическоеполе обнаруживаетсяпо силам, действующимна заряд. Еслипоочерёднопомещать в однуи ту же точкуполя небольшиезаряженныетела и измерятьсилы, то обнаружится,что сила, действующаяна заряд состороны поля,прямо пропорциональнаэтому заряду.Отношение силы,действующейна помещаемыйв данную точкуполя заряд, кэтому зарядудля каждойточки поля независит отзаряда и можетрассматриватьсякак характеристикаполя. Эту характеристикуназываютнапряжённостьюэлектрическогополя. Подобносиле, напряжённостьполя – векторнаявеличина.Напряжённостьполя равнаотношению силы,с которой поледействует наточечный заряд,к этому заряду.

Силовые линииэлектрическогополя

Электрическоеполе не видимодля человеческогоглаза. Тем неменее распределениеполя в пространствеможно сделатьвидимым. Непрерывныелинии, касательныек которым вкаждой точке,через которуюони проходят,совпадают свектораминапряжённости.Эти линии называютсясиловыми линиямиэлектрическогополя или линияминапряжённости.Электрическоеполе, напряжённостькоторого одинаковаво всех точкахпространства,называетсяоднородным.

Законыпостоянноготока

Электрическийток

При движениизаряженныхчастиц в проводникепроисходитперенос с одногоместа в другое.Если заряженныечастицы совершаютбеспорядочноетепловое движение,как, свободныеэлектроны вметалле, топеренос зарядане происходит.Электрическийзаряд перемещаетсячерез поперечноесечение проводникатолько в томслучае, еслинаряду с беспорядочнымдвижениемэлектроныучаствуют вупорядоченномдвижении. Вэтом случаеговорят, чтов проводникеустанавливаетсяэлектрическийток.

Электрическийток – упорядоченноедвижение заряженныхчастиц. Электрическийток возникаетпри упорядоченномперемещениисвободныхэлектроновили ионов.Электрическийток имеетопределенноенаправление.За направлениетока принимаютнаправлениедвижения положительнозаряженныхчастиц. Еслиток образовандвижениемотрицательнозаряженныхчастиц, тонаправлениетока считаютпротивоположнымнаправлениюдвижения частиц.

Электрическийток существуетпо тем действиямили явлениям,которые егосопровождают:

а) проводник,по которомутечет ток,нагревается

б) электрическийток может изменятьхимическийсостав проводника

в) ток показываетсиловое воздействиена соседниетоки и намагниченныетела

Магнитноедействие токав отличие отхимическогои тепловогоявляется основным.

Если в цепиустанавливаетсяэлектрическийток, то это означает,что через поперечноесечение проводникавсе время переноситсяэлектрическийзаряд. Заряд,перенесенныйв единицу времени,служит основнойколичественнойхарактеристикой тока, называемойсилой тока.

Сила токаравна отношениюзаряда, переносимогочерез поперечноесечение проводниказа интервалвремени, к этомуинтервалувремени. Еслисила тока современем неменяется, тоток называютпостоянным.Сила тока - скалярнаявеличина. Онаможет быть какотрицательнойи положительной.Сила тока зависитот заряда,переносимогокаждой частицей,концентрациичастиц, скоростиих направленногодвижения иплощади поперечногосечения проводника.Сила тока выражаютв амперах. Этоединицу устанавливаютна основе магнитноговзаимодействиятоков. Силутока измеряютамперметрами.Скоростьупорядоченногоперемещенияэлектроновочень мала(около 0,1 мм/с).Сила тока –основнаяколичественнаяхарактеристикаэлектрическоготока.

Для существованияи возникновенияпостоянногоэлектрическоготока в вещественеобходимоналичие свободныхзаряженныхчастиц. Длясоздания иподдержанияупорядоченногодвижения, заряженныхчастиц, необходимасила, действующаяна них в определённомнаправлении.Обычно именноэлектрическоеполе внутрипроводникаслужит причиной,вызывающейи поддерживающейупорядоченноедвижение заряженныхчастиц. Есливнутри проводникаимеется электрическоеполе, то междуконцами проводникасуществуетразностьпотенциалов.Когда разностьпотенциаловне меняетсяво времени, тов проводникеустанавливаетсяпостоянныйэлектрическийток.

Закон Ома дляучастка цепи

Для каждогопроводникасуществуетопределённаязависимостьсилы тока отприложеннойразности потенциаловна концах проводника.Эту зависимостьвыражаетвольт-ампернаяхарактеристикапроводника.

Её находят,измеряя силутока в проводникепри различныхзначенияхнапряжения.Наиболее простойвид имеетвольт-ампернаяхарактеристикаметаллическихпроводникови растворовэлектролитов.Впервые, вольт-ампернуюхарактеристикудля металлов,установилнемецкий учёныйГеорг Ом.

Согласно законуОма для участкацепи сила токапрямо пропорциональнаприложенномунапряжениюи обратнопропорциональнасопротивлениюпроводника.

Основнаяэлектрическаяхарактеристикапроводника– сопротивление.От этой величинызависит силатока в проводникепри заданномнапряжении.Сопротивлениепроводникапредставляетсобой мерупротиводействияпроводникаустановлениюв нём электрическоготока. Сопротивлениезависит отматериалапроводникаи его геометрическихразмеров. Удельноесопротивлениечисленно равносопротивлениюпроводника,имеющего формукуба с ребромодин метр, еслиток направленвдоль нормалик двум противоположнымграням куба.Единица сопротивленияпроводника,на основе законаОма, называютом. Единицейудельногосопротивленияявляется Ом* м. ЗаконОма позволяетнам определитьсопротивлениепроводника.

Измерение силытока

Для измерениясилы тока впроводникеамперметрвключаютпоследовательнос этим проводником.Если подключитьамперметр крозетке, топроизойдёткороткое замыкание.

Для того чтобыизмерить напряжениена участке цепис сопротивлением,к нему параллельноподключаютвольтметр.Напряжениена вольтметресовпадает снапряжениемна участкецепи.

При упорядоченномдвижении заряженныхчастиц в проводникеэлектрическоеполе совершаетработу, её принятоназывать работойтока. Работатока на участкецепи равнапроизведениюсилы тока, напряженияи времени, втечение которогосовершаласьработа.

Любой электрическийприбор рассчитанна потреблениеопределённойэнергии в единицувремени. Поэтомунаряду с работойтока оченьважное значениеимеет понятиемощность тока.

Мощность тока– равна отношениюработы токаза время к этомуинтервалувремени.

Электрическоеполе заряженныхчастиц не способноподдерживатьпостоянныйток в цепи. Любыесилы, действующиена электрическизаряженныечастицы, заисключениемсил электростатическогопроисхожденияназывают стороннимисилами.

При замыканиицепи создаётсяэлектрическоеполе во всехпроводникахцепи. Внутриисточника токазаряды движутсяпод действиемсторонних силпротив кулоновскихсил, а во всейостальной цепиих приводитв движениеэлектрическоеполе.

Действиесторонних силхарактеризуетсяважной физическойвеличиной,называемойэлектродвижущейсилой. Электродвижущаясила в замкнутомконтуре представляетсобой отношениеработы стороннихсил при перемещениизаряда вдольконтура к заряду.Электродвижущаясила гальваническогоэлемента естьработа стороннихсил при перемещенииединичногоположительногозаряда внутриэлемента отодного полюсак другому. Работасторонних силне может бытьвыражена черезразность потенциалов,так как сторонниесилы непотенциальныеи их работазависит отформы траектории.Постоянныйток не можетсуществоватьв замкнутойцепи, если вней не действуютсторонние силы.

Закон Джоуля– Ленца

Закон Джоуля– Ленца – этозакон, определяющийколичествотеплоты, котороевыделяет проводникс током в окружающуюсреду.

Закон Джоуля– Ленца сформулированследующимобразом: количествотеплоты, выделяемоепроводникомс током, равнопроизведениюквадрата силытока, сопротивленияпроводникаи времени прохождениятока по проводнику.

Закон Ома дляполной цепи

Сопротивлениеисточника частоназывают внутреннимсопротивлениемв отличие отвнешнегосопротивленияцепи. Закон Омадля замкнутойцепи связываетсилу тока вцепи, ЭДС и полноесопротивлениецепи. Эта связьможет бытьустановленатеоретически,если использоватьзакон сохраненияэнергии и законДжоуля – Ленца.Произведениесилы тока исопротивленияучастка цепиназывают падениемнапряженияна этом участке.Таким образом,ЭДС равна суммепадений напряженияна внутреннеми внешнем участкахзамкнутой цепи.

Сила тока вполной цепиравна отношениюЭДС цепи к еёполному сопротивлению.Сила тока зависитот трёх величин:ЭДС, сопротивленийвнешнего ивнутреннегоучастков цепи.Внутреннеесопротивлениеисточника токане оказываетзаметноговлияния на силутока, если ономало по сравнениюс сопротивлениемвнешней частицепи.

Магнитноеполе

Взаимодействиямежду проводникамис током, то естьвзаимодействиямежду движущимисяэлектрическимизарядами, называютмагнитными.Силы, с которымипроводникис током действуютдруг на друга,называют магнитнымисилами. Согласнотеории близкодействияток в одном изпроводниковне может непосредственнодействоватьна ток в другомпроводнике.Подобно тому,как в пространстве,окружающемнеподвижныеэлектрическиезаряды, возникаетэлектрическоеполе, в пространстве,окружающемтоки, возникаетполе, называемоемагнитным.Магнитное полепредставляетсобой особуюформу материи,посредствомкоторой осуществляетсявзаимодействиемежду движущимисяэлектрическизаряженнымичастицами.Существуетдва основныхсвойства магнитногополя:

• Магнитноеполе порождаетсяэлектрическимтоком

• Магнитноеполе обнаруживаетсяпо действиюна электрическийток

Подобно электрическомуполю, магнитноеполе существуетреально. Магнитноеполе создаётсяне толькоэлектрическимтоком, но ипостояннымимагнитами.

Линии магнитнойиндукции

За направлениевектора магнитнойиндукции принимаетсянаправлениеот южного полюсак северномумагнитнойстрелки, свободноустанавливающейсяв магнитномполе. Это направлениесовпадает снаправлениемположительнойнормали к замкнутомуконтуру с током.Положительнаянормаль направленав ту сторону,куда перемещаетсябуравчик, есливращать егопо направлениютока в рамке.

Правило буравчикасформулированотак: если направлениепоступательногодвижения буравчикасовпадает снаправлениемтока в проводнике,то направлениевращения ручкибуравчикасовпадает снаправлениемвектора магнитнойиндукции.

В магнитномполе прямолинейногопроводникас током магнитнаястрелка устанавливаетсяпо касательнойокружности.

Линии магнитнойиндукции –это линии,касательныек которым направленытак же, как ивектор в даннойточке поля.Линии магнитнойиндукции однородногополя – параллельны.Важная особенностьлиний магнитнойиндукции состоитв том, что онине имеют ниначала, ни конца.Они всегдазамкнуты. Поляс замкнутымисиловыми линияминазывают –вихревыми.Магнитное поле– вихревоеполе. Магнитноеполе не имеетисточников.Магнитныхзарядов, подобныхэлектрическим,в природе нет.

Сила достигаетмаксимальногозначения, когдамагнитнаяиндукцияперпендикулярнапроводнику.

Модулем векторамагнитнойиндукции – этоотношениемаксимальнойсилы, действующейсо сторонымагнитногополя на участокпроводникас током, к произведениюсилы тока надлину этогоучастка. В каждойточке магнитногополя могут бытьопределенынаправлениевектора магнитнойиндукции и егомодуль с помощьюизмерения силы,действующейна участокпроводникас током.

Сила Ампераравна произведениювектора магнитнойиндукции насилу тока, длинуучастка проводникаи на синус угламежду магнитнойиндукции иучастком проводника.Направлениесилы Ампераопределяетсяправилом левойруки: если левуюруку расположитьтак, чтобыперпендикулярнаяк проводникусоставляющаявектора магнитнойиндукции входилав ладонь, а четыревытянутыхпальца былинаправленыпо направлениютока, то отогнутыйна 90є большойпалец покажетнаправлениесилы, действующейна отрезокпроводника.За единицумагнитнойиндукции можнопринять магнитнуюиндукцию однородногополя.

Единица магнитнойиндукции имеетназвание теслав честь югославскогоучёного-электротехникаН. Тесла.

Силу, действующуюна движущуюсязаряженнуючастицу состороны магнитногополя, называютсилой Лоренца.Эта сила названав честь великогоголландскогофизика Х. Лоренца,основателяэлектроннойтеории строениявещества. Этусилу можнонайти с помощьюзакона Ампера.

Сила Лоренцаперпендикулярнавекторам и еёнаправлениеопределяетсяс помощью правилалевой руки,аналогичносиле Ампера.Если левую рукурасположитьтак, чтобысоставляющаямагнитнойиндукцииперпендикулярнаскорости заряда,входила в ладонь,а четыре пальцабыли направленыпо движениюположительногоразряда, тоотогнутый на90є большой палецпокажет направлениедействующейна заряд силыЛоренца. Таккак сила Лоренцаперпендикулярнаскорости частицы,то она не совершаетработу. Согласнотеореме окинетическойэнергии силаЛоренца неменяет кинетическойэнергии частицыи модуль еёскорости. Поддействием силыЛоренца меняетсятолько направлениескорости частицы.

Магнитныесвойства вещества

Постоянныемагниты могутбыть изготовленытолько из немногихвеществ, но всевещества, помещённыев магнитноеполе, намагничиваются,то есть самисоздают магнитноеполе. Магнитныесвойства теламожно объяснитьциркулирующимивнутри неготоками. Магнитныесвойства любоготела определяютсязамкнутымиэлектрическимитоками внутринего. В телахс большой магнитнойпроницаемостью,называемыхферромагнетиками,магнитные поля,создаются невследствиеобращенияэлектроноввокруг ядер,а вследствиеих собственноговращения. Электронывсегда как бывращаютсявокруг своейоси и создаютмагнитное поленаряду с полем,появляющемсяза счёт ихорбитальногодвижения вокругядра. Первыеисследованиямагнитныхсвойств ферромагнетиковбыли выполненырусским физикомА. Г. Столетовым.

Хотя ферромагнитныхтел в природене так уж много,именно ониимеют наибольшеепрактическоезначение. Вставляяжелезный илистальной сердечникв катушку, можново много разувеличитьсоздаваемоеею магнитноеполе, не увеличиваясилу тока вкатушке. Этоэкономитэлектроэнергию.Магнитнаяпроницаемостьферромагнетиковнепостоянна.Она зависитот векторамагнитнойиндукции.

Большое применениеполучили ферриты– ферромагнитныематериалы, непроводящиеэлектрическоготока. Они представляютсобой химическиесоединенияоксидов железас оксидамидругих веществ.

Заключение

Рассмотреввсё выше сказанное,мы видим, чтозаконы электродинамикив основномзависят другот друга и дляоткрытия новогозакона приходитьсярассматриватьи проверятьвсе законы чутьли ни с самогоначала. Мы также понимаем,что без всехэтих законовв наше время,можно так сказать,не прожить. Ониприменяютсявезде. У каждогочеловека естьсвоё магнитноеполе. Но кромеучёных никтои не задумываетсянад тем, чтоесли бы не быловсего этоголюди так бы иостановилисьна первых стадияхразвития.

Цель, поставленнаяперед работой,рассмотретьодин из основныхразделов физики– электродинамики,можно сказать,выполнена, икаждый прочитавшийеё сможет понятьвсю важностьи суть физики,в общем, и каждогозакона иликакого либооткрытия вотдельности.

Список используемойлитературы:

1. МякишевГ. Я. БуховцевБ.Б “Физикадля 10 классовсредней школы”– М.Просвещение,1990г. 223с

2. СпасскийБ.И. “Физикав её развитие”,пособие дляучащихся. - М.Просвещение,1979г. 208с.

3. ДягилевФ.М. “Изистории физикии жизни ее творцов”- М.Просвещение,1986г., 255с.

4. http://kirensky.krascience.rssi.ru/master/concept/mcpr7.htm

5. http://www-koi8.yspu.yar.ru/projects/publish/zfsh/18.htm

Муниципальноеобщеобразовательноеучреждениешколы № 54.

Исполнитель:

Буханов Павел

Ученик 10 «А»

Курсовая

Применениезаконов Электродинамики

Руководитель:

Спасова

Марина Николаевна

Учитель IIкатегории

Санкт-Петербург2000