Фарадей заңы болып табылады маңызды жеке жағдайы электромагниттік индукция, қашан изменяющийся магнит ағынын туғызатын индукция ЭҚК-і құрылады токпен өзінде контуры. Егер ток қаралатын контурға қандай да бір себептермен өзгеретін болса, өзгертіледі және магнит өрісі, сол токты, ал меншікті магнит ағыны, контурды. Контурға ЭҚК-і пайда болады өздік, ол ережесіне сәйкес ленц заңдарының дифференциалдық түрі кедергі өзгерту ток контуры.
Меншікті магнит ағыны Φ, контурды немесе оның тогы, пропорционалды ток күші I:
Φ = LI.
Коэффициенті пропорционалдық L осы формула деп аталады коэффициентімен өздік немесе индуктивностью катушкалар. Бірлік индуктивтілік ТИ деп аталады генри (Гн). Индуктивтілік контурдың немесе катушкалар тең 1 Гн, егер күші тұрақты ток 1 А меншікті ағыны тең 1 Дб:
1 Гн = 1 Дб / 1 А.
Мысал ретінде есептейміз ұзын соленоидтың индуктивтілігі бар N ораммен, қимасының ауданы S және ұзындығы l болатын. Магнит өрісі түзу келесі формуламен анықталады (қараңыз § 1.17)
B = μ0 I n,
мұнда I – ток соленоиде, n = N / e – саны ораммен ұзындығының бірлігіне түзу.
Магнит ағыны, пронизывающий барлық N орам түзу, тең
Φ = B S N = μ0 n2 S l I.
Демек, индуктивтілік тең түзу
L = μ0 n2 S l = μ0 n2 V,
мұндағы V = Sl – көлемі түзу, онда шоғырланған магнит өрісі. Алынған нәтиже ескермейді өлкелік әсерлер, сондықтан ол шамамен әділ ғана үшін жеткілікті ұзын катушкадан. Егер соленоид затпен толтырылған магниттік проницаемостью μ болса, онда берілген токта І индукциясы магнит өрісінің артады модуль бойынша қр μ рет (қараңыз § 1.17); сондықтан индуктивтілік катушкалар с сердечником сондай-ақ өседі, μ рет:
Lμ = μ L = μ0 μ n2 V.
ЭҚК өздік пайда болған орамада тұрақты мәнімен индуктивтік, Фарадей заңына сәйкес тең
ЭҚК өздік тікелей пропорционалды индуктивтілік катушкалар мен ток күшінің өзгеру жылдамдығы оған.
Магнит өрісі ие энергиясын. Конденсаторы, заряженном конденсатордағы қоры бар электр энергиясын, орамада, виткам болатын ток ағады, қоры бар магниттік энергиясы. Егер қосу электр шам параллель орамада үлкен индуктивностью электр тізбегіне ток болса, размыкании кілтті байқалады қысқа мерзімді жарқыл шамдар (сур. 1.21.1). Ток тізбегінде туындайды әсерінен ЭҚК өздік. Энергия көзі, бөлінетін бұл ретте электр тізбектері, магниттік өріс катушкалар.
Сурет 1.21.1.
Магниттік энергиясы катушкалар. Кезінде размыкании кілт K шам айқын вспыхивает
Бірі-энергияның сақталу заңын жөн, бұл барлық энергия, запасенная орамада, выделится түрінде джоулева жылу. Егер белгілеу арқылы R-тізбектің толық кедергісі, онда уақыт Δt выделится саны жылу ΔQ = I2 R Δt.
Ток тізбектері тең
Білдіру үшін ΔQ жазуға болады түрінде
ΔQ = –L I ΔI = –Φ (I) ΔI.
Бұл көріністе ΔI < 0; ток тізбегінде біртіндеп убывает бастапқы мәндер T0 нөлге дейін. Толық жылу саны, бөлініп тізбегінде болады, орындап операциясын интегралдау шегінде T0 ден 0-ге дейін. Бұл
Бұл формуланы алуға болады графикалық әдіспен, изобразив кестеде тәуелділігі магнит ағынының Φ (I) ток I (сур. 1.21.2). Толық саны бөлініп жылу, тең бастапқы запас энергияны магнит өрісінің анықталады алаңы изображенного-сур. 1.21.2 үшбұрыш.
Сурет 1.21.2.
Есептеу магнит өрісінің энергиясының
Осылайша, энергия Wм магнит өрісінің катушкалар бастап индуктивностью L құрылатын тогы I тең
Применим алынған білдіру үшін энергия катушкалар – ұзын соленоиду с магнитті сердечником. Пайдалана отырып, жоғарыда келтірілген формулалар үшін коэффициентін өздік Lμ түзу және магнит өрісі үшін B құрылатын тогы I, алуға болады:
мұндағы V – көлемі түзу. Бұл өрнек көрсеткендей, магниттік энергия жойылуы емес витках катушкалар, олар бойынша өтетін ток, а рассредоточена бүкіл көлемі, құрылған магнит өрісі. Физикалық шама
тең магнит өрісінің энергиясының көлемінің бірлігіндегі деп аталады көлемдік тығыздығы магниттік энергия. Дж. Максвелл көрсеткендей білдіру үшін көлемдік тығыздығы магниттік энергия пайдаланылудан шығарылған мындасыз жағдайы үшін ұзын түзу, әділ кез келген магниттік өрістер.
Алдымен замкнем соленоид L көзі ЭҚК , оған өтуі ток . Содан кейін уақыт переключим кілт ережеге 2 – замкнем соленоид арналған кедергісі R. тізбегінде болады ағып убывающий ток I. бұл Ретте мәміле жұмыс: немесе
, (5.5.1)
Бұл жұмыс жұмсалады қыздыру өткізгіштер. Бірақ қайдан пайда болды? бұл энергия? Өйткені басқа да өзгерістер, басқа құрып кету магнит өрісі окружном кеңістікте болған жоқ, қалады жасасуға, бұл энергия болды жойылуы магнит өрісі. Демек, жолсерік индуктивностью L, течет ток I, ие энергиясымен
, (5.5.3)
Выразим энергиясын магнит өрісінің параметрлері арқылы магнит өрісі. Үшін түзу:
.
; осыдан
Подставим бұл мәндер формула (5.5.3):
, (5.5.4)
Белгілейміз w – энергиясының тығыздығы, немесе энергия көлемі V болса, онда
, (5.5.5)
және т. б. болса , онда
немесе (5.5.6)
Энергия біртекті магнит өрісінің ұзын соленоиде есептелуі мүмкін формула бойынша
, (5.5.7)
ал энергиясының тығыздығы
, (5.5.8)
Магнит өрісінің энергиясының тығыздығы осы соленоиде с сердечником құралатын болады энергиясы өріс вакуумдегі және магнетике өзекшені:
, осыдан,.
Т. к. вакуумда емес ,
Бақылау сұрақтары
1. Қандай тәжірибелер Фарадей негізіне ашу құбылыс электромагниттік индукция?
2. Пайда болу себебі индукция ЭҚК-і тұйық жүргізетін контурындағы? Неден және қалай байланысты индукция ЭҚК-і пайда болған контурға?
3. Неде электромагниттік индукция құбылысы?
4. Неге табу үшін индукциялық токтың жақсы пайдалану, тұйық өткізгіш түріндегі катушкалар емес, түрінде бір орамды сымдар?
5. Диагнозды ленц ережесі, проиллюстрировав оның мысалдары.
6. Қалай бағытталған индукциялық ток?
7. Енді өзгерген кезде магниттік индукция жүргізетін контурындағы онда индукция ЭҚК-і қандай? индукциялық ток?
8. Неге тең индукция ЭҚК-і контурды?
9. Диагнозды бөлігі үшін Ом заңы контурдың.
10. Ретінде байланысты бағыты индукциялық тоқтың бағыты өзгеру жылдамдығы ағынының магниттік индукция?
11. Диагнозды заңы Фарадейдің үшін контурдың тогы тұратын бір және бірнеше орам.
12. Па индукциялық ток өткізгіш рамка, үдемелі қозғалатын в однородном магнит өрісінде?
13. Көрсетіңіз, Фарадей заңы бар тергеу энергияның сақталу заңын.
14. Қандай табиғат ЭҚК электромагниттік индукция?
15. Выведите білдіру үшін ЭҚК индукция жазық рамка бірқалыпты айналмалы в однородном магнит өрісі. Осының есебінен оның арттыруға болады?
16. Бұл құйынды токтар? Зиянды немесе пайдалы?
17. Неге өзекшелері трансформаторлардың емес, тұтас?
18. Қандай құбылыс деп аталады скин-эффектісі?
19. Жүргізіңіз жіктелуін үдеткіштер.
20. Қандай параметрлері желілік жылдамдатқыш.
21. Қашан заряженная бәрі де жылжып магнит өрісінде спираль бойынша? Неге тәуелді қадам спираль? Жауаптар растаңыз тұжырымдар, формулалар.
22. Бұл зарядталған бөлшектер үдеткіші? Олар қандай және немен сипатталады?
23. Неге жеделдету электрондардың қолданылмайды циклотроны?
24. Неде принципі автофазировки? Ол пайдаланылады?
25. Кезде ЭҚК өздік көп – тұйықталу кезінде немесе размыкании тұрақты ток тізбектері?
26. Қандай физикалық мағынасы индуктивтілік контурдың? өзара индуктивтілікті екі контурларды? Олар неге тәуелді?
27. Неде өзара және өздік индукция құбылысы? Ойда есептеңіз индукция ЭҚК-і үшін екі жағдай тіркелген.
28. Қандай физикалық мағынасы уақыт релаксация ? Әлемде, ол өлшемі.
29. Жазыңыз жəне талдаңыз білдіру үшін көлемдік тығыздығы энергия электростатикалық және магниттік өрістер. Неге тең энергиясының көлемдік тығыздығы электромагниттік өріс?
30. Магниттік өрістің кернеулігі екі есе артты. Қалай өзгерді магнит өрісінің энергиясының көлемдік тығыздығы қандай?
31. Келтіріңіз арасындағы ара нүктелер бастапқы және екінші реттік орамаларындағы арттыратын трансформатор.
5.1-кестеде келтірілген салыстырмалы сипаттамалары электрлік және магниттік өрістер.