Magnetinio lauko teorija

Magnetinis laukas vakume 1. Kas kuria magnetinį lauką? Kokie dydžiai apibūdina magnetinį lauką? Paaiškinkite kaip jie apibrėžiami. Magnetinį lauką kuria nuolatinis magnetas, judantis įelektrintas kūnas, elektros srovė. Kiekvienas laike kintantis elktrinis laukas kuria magnetinį lauką ir kiekvienas kintantis magnetinis laukas kuria elektrinį lauką. Magnetinė indukcija – vienalyčio magnetinio lauko magnetinė indukcija skaitine verte lygi srovės rėmelį, kurio magnetinis momentas lygus vienetui, veikiančiam didžiausiam sukimo momentui B=Mmax/(IS);[N/(A*m)] Magnetinio laukos stirpumas H=B/mmo Magnetiniams laukams galioja superpozicijos principas, Visi magnetiniai laukai yra sūkuriniai. Ir elektrinis ir magnetinsi laukai apibūdinami dviem dydžiais, vienas jų priklauso nuo medžiagos kurioje kuriams savybių (E ir B), kitas nepriklauso (H ir D) Magnetiniam laukui būdinga veidrodinė simetrija krūvininko greičio krypties atžvilgiu. Magnetinis laukas nepotencialinis, jo indukcijos linijos uždaros. Magnetinio srauto SI vienetas 1Wb=1T*1m – vėberis Jis lygus magnetiniam srautui, kurį sukuria 1T indukcijos vienalytis magnetinis laukas, praeinantis pro 1 m2 ploto paviršių, statmeną magnetinio lauko krypčiai. Gauso teorema: kiekvieno magnetinio lauko indukcijos vektoriaus srautas pro bet kokį ploto S uždarajį pavirišių visuomet lygus nuliui. Iš jos išplaukia, kad gamtoje magnetinių krūvių nėra. 2. Ką vadiname magnetiniu dipoliu? Kam lygus jo momentas? Kokios jėgos magnetinį dipolį veikia magnetiniame lauke? Apskritiminė srovė dar vadinama magnetiniu dipoliu 3. Kokios jėgos veikia laidininką su srove magnetiniame lauke? Suformuluokite Ampero dėsnį. Kiekvienas srovės elementas kuria magnetinį lauką, todėl išorinis magnetinis laukas jį veikia tam tikra jėga.. F=IlB sin a Lygiagretūs laidai, kai jais teka tos pašios krypties elektros srovės vienas kitą traukia, kai priešingos – stumia. Ampero dėsnis: dviejų lygiagrečių be galo ilgų ir plonų laidų, kuriais teka srovės, kiekvianą ilgio metrą veikianti jėga yra teisiogiai proporcinga srovių stiprumų sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumui tarp laidų. SI Ampero [A] apibrėžimas: amperas yra lygus stiprumui nuolatinės srovės, kuriai tekant dviem lygiagrečiais be galo ilgais nykstamai mažo apvalaus skerspjūvio laidais, esančiais vakuume 1 m atstumu vienas nuo kito, vienas laidas veikia kiekvieną laido metrą 2*10-7 N jėga. 4. Suformuluokite Bio Savaro Laplaso dėsnį. Kokį magnetinį lauką sukuria tiesus laidininkas su srove ir apskritiminė srovė? Elektrodinamikos dėsnis siejantis srovės stiprumą su jos kuriammo magnetinio lauko indukcija. Magnetinė indukcija tiesiogiai proporcinga medžiagos magnetinei skvarbai, srovės stiprumui, bei sinusui kampo alfa iki matuojamo taško ir atvirkščiai proporcinga atstumo iki to taško kvadratui. Tiesiu laidu tekančios elektros srovės kuriamo magnetinio lauko indukcija priklauso nuo tos srovės stiprumo, laido matmenų, nagrinėjamo taško nuotolio iki laido ir erdvę užpildančios medžiagos magnetinių savybių. Tiesiu laidu tekančios srovės magnetinio lauko indukcijos linijos yra koncentriški apskritimai. Apskritiminės srovės magnetinio lauko indukcijos linijos yra “piltuvėlio formos”. 5. Išveskite ir paaiškinkite pilnutinės srovės dėsnį. Kur šis dėsnis taikomas? Nuolatinių elektros srovių kuriamo magnetinio lauko indukcijos vektoriaus cirkuliacija uždaru kontūru yra lygi to kontūro juosiamų srovių algebrinei sumai. Magnetinis laukas nepotencialinis, jo indukcijos linijos uždaros. ??Solenoidų, toroidų magnetinėms indukcijoms skaiciuoti 6. Kokios jėgos veikia judantį krūvį magnetiniame lauke? Apibrėžkite Lorenco jėgą. Kam ji lygi ir kokia jos kryptis? Judančių elektringųjų dalelių sąveika, vadinama elektromagnetine sąveika. F=qv x B, ši jėga statmena greičio vektoriui, mechaninio darbo neatlieka, jai veikiant dalelės greičio modulis nekinta, ji suteikia dalelei normalinį pagreiti, dėl ko kinta daleles judėjimo kryptis. 7. Kokiu principu veikia greitintuvai ir masių spektrografas? Greitintuvai priklausomai nuo to kokias daleles jie greitina būna – elektronų, protonų ir jonų, pagal judėjimo trajektoriją tiesiniai ir cikliniai. Veikimo principas pagrystas tuo, kad kruvio q elektringąją dalelę veikianti elektrinė jėga f+qe atlieka teigiamą darbą, kartu tai padidina dalelės kinetinę energiją dažniausiai greitinimui naudojamas tarp specialių elektrodų susidaančiu potencialų skirtumu Masių spektrografo veikimo principas pagrystas jonų judėjimo elektriniame ir magnetiniame lauke dėsniais. Į vairaus greičio jonų srautas iš šaltinio pro diafragmas patenka į kondensatoriaus elektrinį lauką, čia lėtesni jonai juda ilgiau, nei greitesni, maženės masės jonams elktrinio lauko jėga suteikia didesnį pagreitį, pagal greičius ir specifinius krūvius išskleistas pluoštelis patenka į vienalytį magnetinį lauką, čia jie veikiami Lorenco jėgos juda lankais, kuriu kreivumai tuo didesni, kuo didesni greičiai ir specifiniai krūviai, dėl ko srautas išsiskalaido į kelis pluoštelius,kurie nukreipaimi į fotoplokštelę, gaunamas atspaudas, kurio apatinę dalį sudaro lėčiausi, viršutinę greičiausi jonai. 8 Paaiškinkite magnitohidrodinaminio generatoriaus veikimo principą. Magnetohidrodinaminiai (MHD) generatoriai medžiagos vidinę energiją tiesiogiai verčia elektros energija. Plazma iš šaltinio nukreipiama į kanalą esantį stipriame magnetiniame lauke, magnetinis laukas teigiamsu ir neigiamus krūvininkus nukreipia į priešingas puses, tekančia plazmą veikiant magnetinei Lorenco jėgai, susidaro skersinė Holo srovė, prie elektrodų prijungiami elektros energijos ėmikliai 8. Ką vadiname Holo efektu ir kaip jis aiškinamas? Laidininku tekant srovei, jos tankio plokštumos yra ekvipotencialinės. Laidininke, kuriuo teka srovė, sudarius magnetinį lauką, kurio magnetinė indukcija B statmena srovės tankio vektoriui j, atsiranda skersinis elektrinis laukas. Kiekvieną dreifuojantį krūvininką išoriniame magnetiniame lauke veikia Lorenco jėga, ši jėga krūvininkus perskirsto, todėl susidaro skersinis elektrinis Holo laukas. Elektromagnetinė indukcija 1. Ką vadiname elektromagnetinės indukcijos reiškiniu? Aprašykite Faradėjaus bandymus Kai kinta laidų kontūrą veriantis magnetinis srautas, jame atsiranda elektrovaros jėga. Jei tas kontūras uždaras, juo teka elektros srovė. 2. Suformuluokite Faradėjaus ir Lenco dėsnius elektromagnetinei indukcijai. Pailiustruokite juos pavyzdžiais. Faradėjaus dėsnis: Indukcinė elektrovaros jėga nepriklauso nuo magnetinio srauto kitimo priežasties, o priklauso tik nuo jo kitimo spartos. Lenco dėsnis: indukuotoji srovė teka tokia kryptimi, kad jos pačios kuriamas magnetinis laukas priešinasi tam magnetinio lauko kitimui, dėl kurio atsiranda srovė. 3. Parodykite, kad pagrindinis elektromagnetinės indukcijos dėsnis yra energijos tvermės dėsnio išdava 4. Raskite indukcinės elektrovaros jėgos ir indukcinės srovės, atsirandančios plokščioje vijoje, tolygiai besisukančioje vienalyčiame magnetiniame lauke, išraiškas. (Epsilon)i=-d(Fi)/dt 5 Kokia elektromagnetinės elektrovaros prigimtis? Laidininkui esant magnetiniame lauke ir jam judant (veikiant kintamam magnetiniam laukui) kiekvieną laidininko krūvininką veikia Lorenco jėga, jos modulis Fm=qovB, kuri perskirsto krūvininkus, dėl kos susidaro potencialų skirtumas, laidininke susidaro elektrostatinis laukas E, kuris veikia krūvininkus jėga Fe=qoE, ji veikia priesinga kryptimi nei Fm. Jei šių jėgų moduliai vienodi, nusistovi pusiausvyra ir potencialų skirtumas daugiau nekinta, easnt atvirai grandinei potencialų skirtumas lygus elektrovaros jėgai su (-) ženklu 5. Kas yra sūkurinės srovės? Kur jos pritaikomos praktikoje? Kokiomis priemonėmis su jomis kovojama? Laidininku tekant kintamai elektros srovei apie jį susdaro kintamasis magnetinis laukas, esant aukštam dažniui, laidininko plokštumose statmenose magnetinės indukcijos linijoms indukuojasi sūkurinės srovės, jos laidininko paviršiuje pagrindinę srovės stiprina, o gilumoje silpnina, to pasekoje aukšto dažnio kintamosios srovės teka laidininko pavirišiumi. 6. Kas yra saviindukcijos ir abipusės indukcijos reiškiniai? Parašykite abiems atvėjams indukcinės elektrovaros jėgos išraiškas. Induktyvumo vienetas henris [1H=1Wb/1A]henris – induktyvumas tokio uždaro kontūro, kurį veria 1 Wb magnetinis srautas, kai juo teka 1 A nuolatinė elektros srovė. Jei kinta laidaus kontūro ribojamą paviršių kertantis magnetinis srautas, tai jame indukuojasi elektrovaros jėga, šis reiškinys vadinamas saviindukcija. Saviindukcijos evj sukelia induktyvumo arba srovės stiprumo arba abiejų dydžių kitimas laike. Saviindukcijos srovė teka priešinga išorinio šaltinio kuriamai srovei kryptimi ir priešinasi pastarosios kitimui. Grandinės induktyvumo įtaka analogiška inercijos įtakai mechanikoje Esant dviems laidiems kontūrams, vienu iš šių kontūrų tekant elektros srovei, kitame indukuojasi evj, šis reiškinys vadinams abipuse indukcija proporcingumo koeficientas tarp kontūrų induktyvumų vadinamas abipusiu induktyvumu, abipusės indukcijos reiškiniu pagrystas transformatoriaus veikimas, matavimo vientas henris [H] 7. Ką vadiname laidaus kontūro induktyvumu ir dviejų kontūrų abipusiu induktyvumu? Nuo ko jie priklauso, ir kokia jų fizinė prasmė. Laidaus kontūro induktyvumu vadiname dydį priklausantį nuo kontūro geometrinių matmenų bei erdvę užpildančios medžiagos magnetinių savybių Dviejų kontūrų induktyvumų proporcingumo koeficientas vadinams kontūrų abipusiu induktyvumu. 8. Kam lygi solenoido magnetinio lauko energija? wm=W/V; W=wm*V 9. Parodykite, kad magnetinis laukas turi energijos ir raskite magnetinio ir elektromagnetinio lauko energijos tūrinių tankių išraiškas. Sukuriant magnetinį lauką, tam tikras energijos kiekis W perkeliamas iš srovės šaltinio į elektros grandinę supančią erdvę. Magnetinis laukas medžiagoje 1. Kokios medžiagos vadinamos diamagnetikais? Aprašykite diamagnetiko elgseną magnetiniame lauke. Jei neveikiant magnetiniam laukui medžiagos atstojamasis magnetinis momentas lygus nuliui, medžiaga vadinama diamagnetiku.(inertinės dujos, stiklas, varis, sidabras)Medžiagos įmagnetėjimas J išoriniame magnetiniame lauke yra priešingos krypties negu įmagnetinančio lauko vektorius H. Veikiant magnetiniam laukui diamagnetiko elektronai precesuoja(kinta judesio kiekio momentas), įsimagnetinamas diamagnetikas stengiasi kompensuoti magnetinio lauko poveikį. Makroskopinio kūno magnetinis momentas yra lygus jį sudarančių mikrodalelių magnetinių momentų geometrinei sumai, jei kūno magnetinis momentas nelygus nuliui, tai jis kuria magnetinį lauką – sakoma, kad kūnas yra įmagnetintas (J-įmagnetėjimas) [A/m]. Tolygiai įmagnetinto kūno įmagnetėjimas skaitine verte lygus medžiagos tūrio vieneto magnetiniam momentui. 2. Kokios medžiagos vadinamos paramgnetikais? Kas darosi paramgnetike, kai jis patenka į magnetinį lauką? Jei medžiagos neveikia magnetinis laukas, o jos atstojamasis magnetinis momentas nelygus nuliui, medžiaga vadinama paramagnetiku (deguonis, aliuminis, platina) Paramagnetizmu vadinama medžiagos savybė išoriniame magnetiniame lauke įsimagnetinti lauko kryptimi. Nors paramagnetiko molekulės magnetinis momentas yra nelygus nuliui, neesant išoriniam magnetiniam laukui, dėl chaotiškojo judėjimo mometų geometrinė suma ir įmagnetėjimas lygūs nuliui, veikiami išorinio magnetinio lauko atomai įgauna įgauna potencinės energijos. Neesant šiluminiam judėjimui jie orientuotūsi taip, kad , kad jų sąveikos energija būtų mažiausia. Dėl šiluminio juėjimo jie pasiskirsto Bolcmano dėsniu, dėl dalinės orientacijos magnetinių omentų suma pasidaro nelygi nuliui – paramagnetikas įmagnetėja. 3. Kuo skiriasi diamagnetikų ir paramagnetikų magnetinės savybės? Diamagnetikų virsmai vyksta elektronų lygyje, paramagnetikų – atomų lygyje, diamagnetikas kompensuoja magnetinio lauko poveikį, paramgnetikas – įmagnetėja. Diamagnetikų x0 Magnetinio lauko stiprumo vektoriaus H cirkuliacija priklauso tik nuo makroskopinių srovių ir nepriklauso nuo aplinkos magnetinių savybių. 4. Kokiomis įpatingomis savybėmis pasižymi feromagnetikai? Koks feromagnetikų įmagnetėjimo mechanizmas? Feromagnetikai, tai tokie metalai, kuriuose B‘>>Bo /magnetinė indukcija/ (Fe,Ni,Co ir t.t.) Jų savybės: Gali būti įsimagnetinę savaime, jų skvarba artima vienetui ir nepriklauso nuo išorinio magnetinio lauko stiprumo, magnetinė skvarba stiprinant įmagnetinantį lauką didėja, pasiekia maksimumą, po to palaipsniui mažėja ir labai stipriuose laukuose artėja prie vieneto. Feromagnetikų įmagnetėjimo priklausomybė nuo nuo išorinio magnetinio lauko H: didinant H iš pradžių įmagnetėjimas sparčiai didėja, toliau ši sparta mažėja iki pasiekiama įmagnetėjimo soties vertė. 5. Kaip tarpusavyje susiję šie vektoriai: magnetinės indukcijos (B), magnetinio lauko stiprumo (H), įmagnetėjimo (J) B statmena H. 6. Paaiškinkite, kas lemia histerizės kilpos susidarymą feromagnetikuose? Histerizės kilpa feromagnetikuose susidaro veikiant juos magnetiniu lauku, iš pardžių įmagnetėjimas, didėja kol pasiekiama soties vertė, mažinant lauko stiprumą, įmagnetėjimas mažėja, bet feromagnetikas lieka šiek tiek įmagnetintas, norint jį išmagnetinti, reikia paveikti priešingos krypties magnetiniu lauku, toliau didinant priešingos srovės magnetinio lauko stiprumą vėl pasiekima įsisotinimo vertė , tik ji yra priešingo ženklo, norint įmagnetinti, tenka vėl paveikti priešingu magnetiniu lauku iki ankstesnės įsisotinimo vertės, taips susidaro histerizės kilpa. Kietamagnetinėms medžiagoms ji yra plati, minkštamagnetinėms – siaura. Pagal domeninę feromagnetizmo teoriją feromagnetizmas susijęs su elektronų savaisiais magnetiniais momentais. Daugiaelektronių atomų elektronai pasisikirsto tam tikrais sluoksniais. Feromagnetikai tik tos medžiagos, kurių atomų priešpaskutiniai elektronų sluoksniai yra nepilni ir dėl to savieji magnetiniai momentai nesikompensuoja. Pakaitinės jėgos elektronų savuosius magnetinius momentus orientuoja lygiagrečiai, suformuodamos įmagnetėjimos sritis – domenus. Stiprinant magnetinį lauką domenai orientuojami ta pačia kryptimi (Barkhauzeno reiškinys), įsisotinus visų domenų magnetiniai momentai būna orientuoti H (magnetinio) kryptimi, silpninat lauką dėl vidinės trinties jie negali greitai persiorientuoti (histerizė ir liekamasis įmagnetėjimas) Elekromagnetiniai virpesiai 1 Paaiškinkite laisvųjų elektromagnetinių virpesių susidarymą idealiajame kontūre. Sudarykite šių virpesių diferencialinę lygtį, parašykite ir paaiškinkite jos sprendinį. Elektromagnetiniai virpesiai t.y. elektrinio ir magnetinio lauko, elektros srovės, įtampos, elektros krūvio kitimas tam tikrais dėsningumais. Virpesiai susidaro virpesių kontūre. Virpesių kontūras – bet koia elektrinė grandinė turinti induktyvumą ir talpą. Virpesių kontūras, kurio varža lygi nuliui, vadinamas idealiuoju. Virpesiai vykstantys vieną kartą suteikus impulsą vadinami laisvaisiais. Svyravimai vyksta tarp talpos (kondensatorius) ir induktyvumo (ritė). Įkrovus kondensatorių elektrinio lauko energija pasiekia maksimumą, magnetinio – minimumą, išsikrovus kondensatoriui elektrinio lauko energija – nulis, magnetinio – maksimumas. Elektrinė – potencinė, Magnetinė – kinetinė. Srovės stiprumo fazė dydžiu pi/2 pralenkia kondensatoriaus įtampos fazę. 1. Paaiškinkite slopinamųjų virpesių susidarymą realiajame kontūre. Užrašykite ir paaiškinkite šių virpesių diferencialinę lygtį bei jos sprendinį. Realiajame kontūre varža nera lygi nuliui, todėl pardinio impulso elektromagnetinė energija vėliau virsta šilumine ir virpesiai silpsta. Svyravimai susidaro ir vyksta analogiškai idealiajam kontūrui, tik dėl varžos poveikio jie slopsta. Slopinamieji virpesiai yra neharmoniniai ir neperiodiniai. 2. Kas yra logaritminis slopinimo dekrementas ir kontūro kokybė? Logaritminis slopinimo dekrementas yra fizikinis dydis, skaitine verte atvirkštinis skaičiui virpesių, po kurių amplitudė sumažėja e kartų. Kontūro kokybė – dydis atvirkščiai proporcingas logaritminiam slopinimo dekrementui 3. Kokie virpesiai vadinami priverstiniais? Užrašykite ir paaiškinkite jų diferencialinę lygtį bei sprendinį. Virpesiai vykstantys veikiant išorinei priverstinei EVJ ar įtampai, vadinami priverstiniais. 4. Paaiškinkite virpesių rezonanso reiškinį. Kuo skiriasi įtampų ir srovių rezonansas. Elektros srovės amplitudė priklauso nuo virpesių kontūro parametrų R,C,L, taip pat nuo išorinės įtampos dažnio.Kai srovės amplitudė didžiausia turime srovės rezonansą. Srovės rezonansinis dažnis lygus virpesių kontūro savajam dažniui. Maksvelio teorijos pagrindai 1. Kokį fizikinį dydį vadiname slinkties srove? Kas sąlygoja slinkties srovę vakuume ir dielektrike? Kiekvienas kintamasis magnetinis laukas erdvėje kuria sūkurinį elektrinį lauką ir kiekvienas kintamas elektrinis laukas kuria sūkurinį magnetinį lauką. Kintamas elektrinis laukas magnetinio lauko kūrimo aspektu yra ekvivalentus elektros srovei, todėl jis vadinamas slinkties srove. 2. Užrašykite ir paaiškinkite visuminės srovės stiprumo ir tankio išraiškas, apimančias laidumo ir slinkties sroves. Laidumo srovės tankis j yra tos pačios krypties, kaip ir slinkties srovės tankis. Kintant elektriniam laukui (D), tiek vakuume, tiek dielektrike „teka“ slinkties srovė, kurianti magnetinį lauką visai taip pat kaip ir laidumo srovė. Kaip ir nuolatinės srovės, kintamosios srovės grandinės yra uždaros ir bet kuriame jų skerspjūvyje kvazistacionariosios pilnutinės srovės stiprumas tuo pačiu momentu yra vienodas. 3. Užrašykite ir paaiškinkite pirmąją Maksvelio integralinę lygtį, kaip visuminės srovės dėsnį 4. Užrašykite ir paaiškinkite antrąją Maksvelio integralinę lygtį, kaip Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį. 5. Užrašykite ir paaiškinkite trečiąją ir ketvirtąją maksvelio integralines lygtis, kaip Gauso teoremas elektromagnetiniam laukui. III lygtis apibendrina Kulono dėsnį ir rodo, kad elektrinį lauką kuria elektros krūviai. IV lygtis reiškia, kad gamtoje nėra laisvųjų magnetinių krūvių, visi magnetiniai laukai yra sūkuriniai Jei elektrinis ir magnetinis laukai nekinta makc\svelio sistema galima suskaldyti į dvi atskiras sistemas elektrinio lauko ir magnetinio lauko 6. Nurodykite elektrinio lauko stiprumo, slinkties, magnetinės indukcijos, magnetinio lauko stiprumo ir srovės tankio vektorių tarpusavio ryšį, išreikšdami jį per aplinkos parametrus: dielektrinę ir magnetinę skvarbas bei savitą laidumą. elektrinio lauko stiprumo –E, slinkties -D, magnetinės indukcijos -B, magnetinio lauko stiprumo –H, srovės tankio –j, eklektromagnetinių bangų greitis –v E, H ir v statmeni tarpusavyje 7. Užrašykite ir paaiškinkite tampriųjų ir elektromagnetinių bangų diferencialines lygtis? 8. Kaip apskaičiuojamas elektromagnetinių bangų fazinis greitis ir lūžio rodiklis? 9. Kas yra energijos srauto tankis. Kam lygus elektromagnetinių bangų energijos srauto tankis (Pointingo vektorius).

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!