Применение Законов Электродинамики
заряженных
частиц. Если
внутри проводника
имеется электрическое
поле, то между
концами проводника
существует
разность
потенциалов.
Когда разность
потенциалов
не меняется
во времени, то
в проводнике
устанавливается
постоянный
электрический
ток.
Закон Ома для
участка цепи
Для каждого
проводника
существует
определённая
зависимость
силы тока от
приложенной
разности потенциалов
на концах проводника.
Эту зависимость
выражает
вольт-амперная
характеристика
проводника.
Её находят,
измеряя силу
тока в проводнике
при различных
значениях
напряжения.
Наиболее простой
вид имеет
вольт-амперная
характеристика
металлических
проводников
и растворов
электролитов.
Впервые, вольт-амперную
характеристику
для металлов,
установил
немецкий учёный
Георг Ом.
Согласно закону
Ома для участка
цепи сила тока
прямо пропорциональна
приложенному
напряжению
и обратно
пропорциональна
сопротивлению
проводника.
Основная
электрическая
характеристика
проводника
– сопротивление.
От этой величины
зависит сила
тока в проводнике
при заданном
напряжении.
Сопротивление
проводника
представляет
собой меру
противодействия
проводника
установлению
в нём электрического
тока. Сопротивление
зависит от
материала
проводника
и его геометрических
размеров. Удельное
сопротивление
численно равно
сопротивлению
проводника,
имеющего форму
куба с ребром
один метр, если
ток направлен
вдоль нормали
к двум противоположным
граням куба.
Единица сопротивления
проводника,
на основе закона
Ома, называют
ом. Единицей
удельного
сопротивления
является Ом
* м. Закон
Ома позволяет
нам определить
сопротивление
проводника.
Измерение силы
тока
Для измерения
силы тока в
проводнике
амперметр
включают
последовательно
с этим проводником.
Если подключить
амперметр к
розетке, то
произойдёт
короткое замыкание.
Для того чтобы
измерить напряжение
на участке цепи
с сопротивлением,
к нему параллельно
подключают
вольтметр.
Напряжение
на вольтметре
совпадает с
напряжением
на участке
цепи.
При упорядоченном
движении заряженных
частиц в проводнике
электрическое
поле совершает
работу, её принято
называть работой
тока. Работа
тока на участке
цепи равна
произведению
силы тока, напряжения
и времени, в
течение которого
совершалась
работа.
Любой электрический
прибор рассчитан
на потребление
определённой
энергии в единицу
времени. Поэтому
наряду с работой
тока очень
важное значение
имеет понятие
мощность тока.
Мощность тока
– равна отношению
работы тока
за время к этому
интервалу
времени.
Электрическое
поле заряженных
частиц не способно
поддерживать
постоянный
ток в цепи. Любые
силы, действующие
на электрически
заряженные
частицы, за
исключением
сил электростатического
происхождения
называют сторонними
силами.
При замыкании
цепи создаётся
электрическое
поле во всех
проводниках
цепи. Внутри
источника тока
заряды движутся
под действием
сторонних сил
против кулоновских
сил, а во всей
остальной цепи
их приводит
в движение
электрическое
поле.
Действие
сторонних сил
характеризуется
важной физической
величиной,
называемой
электродвижущей
силой. Электродвижущая
сила в замкнутом
контуре представляет
собой отношение
работы сторонних
сил при перемещении
заряда вдоль
контура к заряду.
Электродвижущая
сила гальванического
элемента есть
работа сторонних
сил при перемещении
единичного
положительного
заряда внутри
элемента от
одного полюса
к другому. Работа
сторонних сил
не может быть
выражена через
разность потенциалов,
так как сторонние
силы непотенциальные
и их работа
зависит от
формы траектории.
Постоянный
ток не может
существовать
в замкнутой
цепи, если в
ней не действуют
сторонние силы.
Закон Джоуля
– Ленца
Закон Джоуля
– Ленца – это
закон, определяющий
количество
теплоты, которое
выделяет проводник
с током в окружающую
среду.
Закон Джоуля
– Ленца сформулирован
следующим
образом: количество
теплоты, выделяемое
проводником
с током, равно
произведению
квадрата силы
тока, сопротивления
проводника
и времени прохождения
тока по проводнику.
Закон Ома для
полной цепи
Сопротивление
источника часто
называют внутренним
сопротивлением
в отличие от
внешнего
сопротивления
цепи. Закон Ома
для замкнутой
цепи связывает
силу тока в
цепи, ЭДС и полное
сопротивление
цепи. Эта связь
может быть
установлена
теоретически,
если использовать
закон сохранения
энергии и закон
Джоуля – Ленца.
Произведение
силы тока и
сопротивления
участка цепи
называют падением
напряжения
на этом участке.
Таким образом,
ЭДС равна сумме
падений напряжения
на внутреннем
и внешнем участках
замкнутой цепи.
Сила тока в
полной цепи
равна отношению
ЭДС цепи к её
полному сопротивлению.
Сила тока зависит
от трёх величин:
ЭДС, сопротивлений
внешнего и
внутреннего
участков цепи.
Внутреннее
сопротивление
источника тока
не оказывает
заметного
влияния на силу
тока, если оно
мало по сравнению
с сопротивлением
внешней части
цепи.
Магнитное
поле
Взаимодействия
между проводниками
с током, то есть
взаимодействия
между движущимися
электрическими
зарядами, называют
магнитными.
Силы, с которыми
проводники
с током действуют
друг на друга,
называют магнитными
силами. Согласно
теории близкодействия
ток в одном из
проводников
не может непосредственно
действовать
на ток в другом
проводнике.
Подобно тому,
как в пространстве,
окружающем
неподвижные
электрические
заряды, возникает
электрическое
поле, в пространстве,
окружающем
токи, возникает
поле, называемое
магнитным.
Магнитное поле
представляет
собой особую
форму материи,
посредством
которой осуществляется
взаимодействие
между движущимися
электрически
заряженными
частицами.
Существует
два основных
свойства магнитного
поля:
Подобно электрическому
полю, магнитное
поле существует
реально. Магнитное
поле создаётся
не только
электрическим
током, но и
постоянными
магнитами.
Линии магнитной
индукции
За направление
вектора магнитной
индукции принимается
направление
от южного полюса
к северному
магнитной
стрелки, свободно
устанавливающейся
в магнитном
поле. Это направление
совпадает с
направлением
положительной
нормали к замкнутому
контуру с током.
Положительная
нормаль направлена
в ту сторону,
куда перемещается
буравчик, если
вращать его
по направлению
тока в рамке.
Правило буравчика
сформулировано
так: если направление
поступательного
движения буравчика
совпадает с
направлением
тока в проводнике,
то направление
вращения ручки
буравчика
совпадает с
направлением
вектора магнитной
индукции.
В магнитном
поле прямолинейного
проводника
с током магнитная
стрелка устанавливается
по касательной
окружности.
Линии магнитной
индукции –
это линии,
касательные
к которым направлены
так же, как и
вектор в данной
точке поля.
Линии магнитной
индукции однородного
поля – параллельны.
Важная особенность
линий магнитной
индукции состоит
в том, что они
не имеют ни
начала, ни конца.
Они всегда
замкнуты. Поля
с замкнутыми
силовыми линиями
называют –
вихревыми.
Магнитное поле
– вихревое
поле. Магнитное
поле не имеет
источников.
Магнитных
зарядов, подобных
электрическим,
в природе нет.
Сила достигает
максимального
значения, когда
магнитная
индукция
перпендикулярна
проводнику.
Модулем вектора
магнитной
индукции – это
отношение
максимальной
силы, действующей
со стороны
магнитного
поля на участок
проводника
с током, к произведению
силы тока на
длину этого
участка. В каждой
точке магнитного
поля могут быть
определены
направление
вектора магнитной
индукции и его
модуль с помощью
измерения силы,
действующей
на участок
проводника
с током.
Сила Ампера
равна произведению
вектора магнитной
индукции на
силу тока, длину
участка проводника
и на синус угла
между магнитной
индукции и
участком проводника.
Направление
силы Ампера
определяется
правилом левой
руки: если левую
руку расположить
так, чтобы
перпендикулярная
к проводнику
составляющая
вектора магнитной
индукции входила
в ладонь, а четыре
вытянутых
пальца были
направлены
по направлению
тока, то отогнутый
на 90є большой
палец покажет
направление
силы, действующей
на отрезок
проводника.
За единицу
магнитной
индукции можно
принять магнитную
индукцию однородного
поля.
Единица магнитной
индукции имеет
название тесла
в честь югославского
учёного-электротехника
Н. Тесла.
Силу, действующую
на движущуюся
заряженную
частицу со
стороны магнитного
поля, называют
силой Лоренца.
Эта сила названа
в честь великого
голландского
физика Х. Лоренца,
основателя
электронной
теории строения
вещества. Эту
силу можно
найти с помощью
закона Ампера.
Сила Лоренца
перпендикулярна
векторам и её
направление
определяется
с помощью правила
левой руки,
аналогично
силе Ампера.
Если левую руку
расположить
так, чтобы
составляющая
магнитной
индукции
перпендикулярна
скорости заряда,
входила в ладонь,
а четыре пальца
были направлены
по движению
положительного
разряда, то
отогнутый на
90є большой палец
покажет направление
действующей
на заряд силы
Лоренца. Так
как сила Лоренца
перпендикулярна
скорости частицы,
то она не совершает
работу. Согласно
теореме о
кинетической
энергии сила
Лоренца не
меняет кинетической
энергии частицы
и модуль её
скорости. Под
действием силы
Лоренца меняется
только направление
скорости частицы.
Магнитные
свойства вещества
Постоянные
магниты могут
быть изготовлены
только из немногих
веществ, но все
вещества, помещённые
в магнитное
поле, намагничиваются,
то есть сами
создают магнитное
поле. Магнитные
свойства тела
можно объяснить
циркулирующими
внутри него
токами. Магнитные
свойства любого
тела определяются
замкнутыми
электрическими
токами внутри
него. В телах
с большой магнитной
проницаемостью,
называемых
ферромагнетиками,
магнитные поля,
создаются не
вследствие
обращения
электронов
вокруг ядер,
а вследствие
их собственного
вращения. Электроны
всегда как бы
вращаются
вокруг своей
оси и создают
магнитное поле
наряду с полем,
появляющемся
за счёт их
орбитального
движения вокруг
ядра. Первые
исследования
магнитных
свойств ферромагнетиков
были выполнены
русским физиком
А. Г. Столетовым.
Хотя ферромагнитных
тел в природе
не так уж много,
именно они
имеют наибольшее
практическое
значение. Вставляя
железный или
стальной сердечник
в катушку, можно
во много раз
увеличить
создаваемое
ею магнитное
поле, не увеличивая
силу тока в
катушке. Это
экономит
электроэнергию.
Магнитная
проницаемость
ферромагнетиков
непостоянна.
Она зависит
от вектора
магнитной
индукции.
Большое применение
получили ферриты
– ферромагнитные
материалы, не
проводящие
электрического
тока. Они представляют
собой химические
соединения
оксидов железа
с оксидами
других веществ.
Заключение
Рассмотрев
всё выше сказанное,
мы видим, что
законы электродинамики
в основном
зависят друг
от друга и для
открытия нового
закона приходиться
рассматривать
и проверять
все законы чуть
ли ни с самого
начала. Мы так
же понимаем,
что без всех
этих законов
в наше время,
можно так сказать,
не прожить. Они
применяются
везде. У каждого
человека есть
своё магнитное
поле. Но кроме
учёных никто
и не задумывается
над тем, что
если бы не было
всего этого
люди так бы и
остановились
на первых стадиях
развития.
Цель, поставленная
перед работой,
рассмотреть
один из основных
разделов физики
– электродинамики,
можно сказать,
выполнена, и
каждый прочитавший
её сможет понять
всю важность
и суть физики,
в общем, и каждого
закона или
какого либо
открытия в
отдельности.
Список используемой
литературы:
Мякишев
Г. Я. Буховцев
Б.Б “Физика
для 10 классов
средней школы”
– М.
Просвещение,
1990г. 223с
Спасский
Б.И. “Физика
в её развитие”,
пособие для
учащихся. - М.
Просвещение,
1979г. 208с.
Дягилев
Ф.М. “Из
истории физики
и жизни ее творцов”
- М.
Просвещение,
1986г., 255с.
kirensky.krascience.rssi/master/concept/mcpr7.htm
www-koi8.yspu.yar/projects/publish/zfsh/18.htm
Муниципальное
общеобразовательное
учреждение
школы № 54.
Исполнитель:
Буханов Павел
Ученик 10 «А»
Курсовая
Применение
законов Электродинамики
Руководитель:
Спасова
Марина Николаевна
Учитель II
категории
Санкт-Петербург
2000