Магнетизъм за манекени: основни формули, определение, примери. Електричество

Сесията наближава и е време да преминем от теория към практика. През уикенда седнахме и си помислихме, че за много студенти би било добре да имат под ръка колекция от основни формули по физика. Сухи формули с обяснение: кратко, стегнато, нищо повече. Много полезно нещо при решаване на проблеми, нали знаете. Да, и на изпита, когато точно това, което беше жестоко запомнено предишния ден, може да „изскочи“ от главата ми, такъв избор ще ви служи добре.

Повечето от задачите обикновено се дават в трите най-популярни раздела на физиката. Това Механика, термодинамикаИ Молекулярна физика, електричество. Да ги вземем!

Основни формули във физиката динамика, кинематика, статика

Да започнем с най-простото. Доброто старо любимо праволинейно и равномерно движение.

Кинематични формули:

Разбира се, нека не забравяме за движението в кръг, а след това да преминем към динамиката и законите на Нютон.

След динамиката е време да разгледаме условията за равновесие на тела и течности, т.е. статика и хидростатика

Сега даваме основните формули по темата "Работа и енергия". Къде щяхме да сме без тях!

Основни формули на молекулярната физика и термодинамика

Нека завършим частта от механиката с формули за вибрации и вълни и да преминем към молекулярната физика и термодинамиката.

Ефективност, законът на Гей-Люсак, уравнението на Клапейрон-Менделеев - всички тези сладки формули са събрани по-долу.

Между другото! Има отстъпка за всички наши читатели 10% На .

Основни формули във физиката: електричество

Време е да преминем към електричеството, въпреки че термодинамиката го обича по-малко. Да започнем с електростатиката.

И към барабана завършваме с формулите за закона на Ом, електромагнитната индукция и електромагнитните трептения.

Това е всичко. Разбира се, може да се даде цяла планина от формули, но това е безполезно. Когато има твърде много формули, лесно можете да се объркате и след това напълно да разтопите мозъка. Надяваме се, че нашата таблица с основни формули по физика ще ви помогне да решите любимите си задачи по-бързо и по-ефективно. И ако искате да изясните нещо или не сте намерили формулата, от която се нуждаете: попитайте експертите студентски сервиз. Нашите автори държат стотици формули в главите си и щракат задачи като ядки. Свържете се с нас и скоро всяка задача ще бъде "твърде трудна" за вас.

Заредените тела са способни да създават, в допълнение към електрическото, друг вид поле. Ако зарядите се движат, то в пространството около тях се създава особен вид материя, т.нар магнитно поле. Следователно електрическият ток, който е подредено движение на заряди, също създава магнитно поле. Подобно на електрическото поле, магнитното поле не е ограничено в пространството, то се разпространява много бързо, но все пак с крайна скорост. Той може да бъде открит само чрез въздействието му върху движещи се заредени тела (и в резултат на това токове).

За да се опише магнитното поле, е необходимо да се въведе силовата характеристика на полето, подобна на вектора на интензитета делектрическо поле. Такава характеристика е векторът бмагнитна индукция. В системата от единици SI 1 тесла (T) се приема като единица за магнитна индукция. Ако в магнитно поле с индукция бпоставете дължината на проводника лс ток аз, тогава се обади сила със силата на Ампер, което се изчислява по формулата:

Където: IN– индукция на магнитно поле, азе токът в проводника, л- дължината му. Силата на Ампер е насочена перпендикулярно на вектора на магнитната индукция и посоката на тока, протичащ през проводника.

За да се определи посоката на силата на Ампер, обикновено се използва правило на лявата ръка: ако поставите лявата си ръка така, че линиите на индукция да влизат в дланта, а протегнатите пръсти са насочени по протежение на тока, тогава прибраният палец ще покаже посоката на силата на Ампер, действаща върху проводника (виж фигурата).

Ако ъгълът α между посоките на вектора на магнитната индукция и тока в проводника е различен от 90 °, тогава за да се определи посоката на силата на Ампер, е необходимо да се вземе компонентът на магнитното поле, който е перпендикулярен на посоката на течението. Необходимо е да се решат проблемите на тази тема по същия начин, както в динамиката или статиката, т.е. чрез записване на силите по координатните оси или чрез събиране на силите по правилата за добавяне на вектори.

Моментът на силите, действащи върху контура с ток

Нека контурът с ток е в магнитно поле и равнината на контура е перпендикулярна на полето. Силите на Ампер ще компресират рамката и тяхната резултатна ще бъде равна на нула. Ако промените посоката на тока, тогава силите на Ампер ще променят посоката си и рамката няма да се свие, а ще се разтегне. Ако линиите на магнитна индукция лежат в равнината на рамката, тогава възниква въртящ момент на силите на Ампер. Ротационен момент на силите на Амперравно на:

Където: С- площ на рамката, α - ъгъл между нормалата към рамката и вектора на магнитната индукция (нормалата е вектор, перпендикулярен на равнината на рамката), н- броя на завоите, б– индукция на магнитно поле, аз- силата на тока в рамката.

Сила на Лоренц

Сила на Ампер, действаща върху парче проводник с дължина Δ лс ток азразположени в магнитно поле бможе да се изрази чрез силите, действащи върху отделните носители на заряд. Тези сили се наричат Сили на Лоренц. Сила на Лоренц, действаща върху частица със заряд рв магнитно поле бдвижейки се със скорост v, се изчислява по следната формула:

Ъгъл α в този израз е равен на ъгъла между скоростта и вектора на магнитната индукция. Посока на действащата сила на Лоренц положителнозаредена частица, както и посоката на силата на Ампер, могат да бъдат намерени по правилото на лявата ръка или по правилото на гимлета (както и силата на Ампер). Векторът на магнитната индукция трябва да бъде мислено залепен в дланта на лявата ръка, четири затворени пръста трябва да бъдат насочени по скоростта на заредената частица, а огънатият палец ще покаже посоката на силата на Лоренц. Ако частицата има отрицателензаряд, тогава посоката на силата на Лоренц, намерена от правилото на лявата ръка, ще трябва да бъде заменена с противоположната.

Силата на Лоренц е насочена перпендикулярно на векторите на индукция на скоростта и магнитното поле. Когато заредена частица се движи в магнитно поле Силата на Лоренц не работи. Следователно модулът на вектора на скоростта не се променя, когато частицата се движи. Ако заредена частица се движи в еднородно магнитно поле под действието на силата на Лоренц и нейната скорост лежи в равнина, перпендикулярна на вектора на индукция на магнитното поле, тогава частицата ще се движи в окръжност, чийто радиус може да се изчисли от следната формула:

Силата на Лоренц в този случай играе ролята на центростремителна сила. Периодът на въртене на частица в еднородно магнитно поле е:

Последният израз показва, че за заредени частици с дадена маса мпериодът на въртене (и следователно честотата и ъгловата скорост) не зависи от скоростта (и следователно от кинетичната енергия) и радиуса на траекторията Р.

Теория на магнитното поле

Ако два успоредни проводника носят ток в една и съща посока, те се привличат; ако са в противоположни посоки, те се отблъскват. Закономерностите на това явление са експериментално установени от Ампер. Взаимодействието на токовете се дължи на техните магнитни полета: магнитното поле на един ток действа чрез силата на Ампер върху друг ток и обратно. Експериментите показват, че модулът на силата, действаща върху сегмент с дължина Δ лвсеки от проводниците, е правопропорционална на силата на тока аз 1 и аз 2 в проводници, дължина на сегмента Δ ли обратно пропорционална на разстоянието Рмежду тях:

Където: μ 0 е постоянна стойност, която се нарича магнитна константа. Въвеждането на магнитната константа в SI опростява писането на редица формули. Числената му стойност е:

μ 0 = 4π 10 -7 H / A 2 ≈ 1,26 10 -6 H / A 2.

Сравнявайки току-що дадения израз за силата на взаимодействие на два проводника с ток и израза за силата на Ампер, лесно е да се получи израз за индукция на магнитното поле, създадено от всеки от праволинейните проводници с токна разстояние РОт него:

Където: μ - магнитната проницаемост на веществото (повече за това по-долу). Ако токът тече в кръгова верига, тогава център на индукцията на магнитното поле на бобинатасе определя по формулата:

силови линииМагнитното поле се нарича линиите по допирателните, към които са разположени магнитните стрелки. магнитна игланаречен дълъг и тънък магнит, неговите полюси са заострени. Магнитната игла, окачена на конец, винаги се върти в една посока. В същото време единият му край е насочен на север, а другият - на юг. Оттук и името на полюсите: север ( н) и южна ( С). Магнитите винаги имат два полюса: северен (обозначен в синьо или буквата н) и южен (в червено или букви С). Магнитите взаимодействат по същия начин като зарядите: еднаквите полюси се отблъскват, а противоположните полюси се привличат. Невъзможно е да се получи магнит с един полюс. Дори ако магнитът е счупен, всяка част ще има два различни полюса.

Вектор на магнитна индукция

Вектор на магнитна индукция- векторна физическа величина, която е характеристика на магнитно поле, числено равна на силата, действаща върху токов елемент от 1 A ​​и дължина 1 m, ако посоката на линията на полето е перпендикулярна на проводника. Означено IN, мерна единица - 1 тесла. 1 T е много голяма стойност, следователно в реални магнитни полета магнитната индукция се измерва в mT.

Векторът на магнитната индукция е насочен тангенциално към силовите линии, т.е. съвпада с посоката на северния полюс на магнитна стрелка, поставена в дадено магнитно поле. Посоката на вектора на магнитната индукция не съвпада с посоката на силата, действаща върху проводника, следователно линиите на магнитното поле, строго погледнато, не са силови линии.

Линия на магнитно поле на постоянни магнитинасочени по отношение на самите магнити, както е показано на фигурата:

Кога магнитно поле на електрически токза да определите посоката на линиите на полето, използвайте правилото "Дясна ръка": ако вземете проводника в дясната си ръка, така че палецът да е насочен по протежение на тока, тогава четири пръста, захващащи проводника, показват посоката на силовите линии около проводника:

При постоянен ток линиите на магнитната индукция са кръгове, чиито равнини са перпендикулярни на тока. Векторите на магнитната индукция са насочени тангенциално към окръжността.

Соленоид- проводник, навит върху цилиндрична повърхност, през който протича електрически ток азподобно на полето на директен постоянен магнит. вътрешна дължина на соленоида ли броя на завоите неднообразно магнитно поле се създава с индукция (неговата посока също се определя от правилото на дясната ръка):

Линиите на магнитното поле изглеждат като затворени линиие общо свойство на всички магнитни линии. Такова поле се нарича вихрово поле. При постоянните магнити линиите не завършват на повърхността, а проникват вътре в магнита и се затварят вътре. Тази разлика между електрическите и магнитните полета се обяснява с факта, че за разлика от електрическите, магнитните заряди не съществуват.

Магнитни свойства на материята

Всички вещества имат магнитни свойства. Характеризират се магнитните свойства на веществото относителна магнитна проницаемост μ , за което е вярно следното:

Тази формула изразява съответствието на вектора на магнитната индукция на полето във вакуум и в дадена среда. За разлика от електрическото взаимодействие, по време на магнитното взаимодействие в средата може да се наблюдава както засилване, така и отслабване на взаимодействието в сравнение с вакуума, при който магнитната проницаемост μ = 1. диамагнитимагнитна пропускливост μ малко по-малко от единица. Примери: вода, азот, сребро, мед, злато. Тези вещества донякъде отслабват магнитното поле. Парамагнетици- кислород, платина, магнезий - до известна степен засилват полето, като μ малко повече от един. При феромагнетици- желязо, никел, кобалт - μ >> 1. Например за желязо μ ≈ 25000.

магнитен поток. Електромагнитна индукция

Феномен електромагнитна индукцияе открит от изключителния английски физик М. Фарадей през 1831г. Състои се в възникването на електрически ток в затворена проводяща верига с промяна във времето на магнитния поток, проникващ във веригата. магнитен поток Φ през площада Сконтурът се нарича стойност:

Където: бе модулът на вектора на магнитната индукция, α е ъгълът между вектора на магнитната индукция би нормално (перпендикулярно) на контурната равнина, С- контурна зона, н- броят на завоите във веригата. Единицата за магнитен поток в системата SI се нарича Вебер (Wb).

Фарадей експериментално установи, че когато магнитният поток се промени в проводяща верига, Индукция на ЕМП ε ind, равна на скоростта на промяна на магнитния поток през повърхността, ограничена от контура, взета със знак минус:

Промяна в магнитния поток, проникващ в затворена верига, може да възникне по две възможни причини.

1. Магнитният поток се променя поради движението на веригата или нейните части в постоянно магнитно поле. Такъв е случаят, когато проводници, а с тях и свободни носители на заряд, се движат в магнитно поле. Възникването на индукционната ЕМП се обяснява с действието на силата на Лоренц върху свободните заряди в движещи се проводници. Силата на Лоренц в този случай играе ролята на външна сила.
2. Втората причина за промяната на магнитния поток, проникващ във веригата, е промяната във времето на магнитното поле, когато веригата е неподвижна.

При решаването на проблеми е важно незабавно да се определи как се променя магнитният поток. Възможни са три варианта:

1. Магнитното поле се променя.
2. Площта на контура се променя.
3. Ориентацията на рамката спрямо полето се променя.

В този случай при решаване на проблеми ЕМП обикновено се счита за модулно. Нека обърнем внимание и на един частен случай, при който възниква явлението електромагнитна индукция. И така, максималната стойност на индукционната ЕДС във верига, състояща се от нзавои, площ С, въртящи се с ъглова скорост ω в магнитно поле с индукция IN:

Движение на проводник в магнитно поле

При преместване на дължината на проводника лв магнитно поле бсъс скорост vв краищата му възниква потенциална разлика, причинена от действието на силата на Лоренц върху свободните електрони в проводника. Тази потенциална разлика (строго погледнато, EMF) се намира по формулата:

Където: α - ъгълът, който се измерва между посоката на скоростта и вектора на магнитната индукция. ЕМП не възниква в неподвижните части на веригата.

Ако прътът е дълъг Лсе върти в магнитно поле INоколо единия му край с ъглова скорост ω , тогава в краищата му ще има потенциална разлика (ЕМП), която може да се изчисли по формулата:

Индуктивност. Самоиндукция. Енергия на магнитното поле

самоиндукцияе важен специален случай на електромагнитна индукция, когато променящ се магнитен поток, причиняващ ЕМП на индукция, се създава от ток в самата верига. Ако токът в разглежданата верига се промени по някаква причина, тогава магнитното поле на този ток се променя и следователно собственият магнитен поток, проникващ във веригата. Във веригата възниква ЕМП на самоиндукция, която според правилото на Ленц предотвратява промяна на тока във веригата. Собствен магнитен поток Φ , проникващ във веригата или намотката с ток, е пропорционален на силата на тока аз:

Фактор на пропорционалност Лв тази формула се нарича коефициент на самоиндукция или индуктивностбобини. Единицата SI за индуктивност е Хенри (H).

Помня:индуктивността на веригата не зависи нито от магнитния поток, нито от силата на тока в нея, а се определя само от формата и размера на веригата, както и от свойствата на околната среда. Следователно, когато силата на тока във веригата се промени, индуктивността остава непроменена. Индуктивността на намотка може да се изчисли по формулата:

Където: н- концентрация на навивки на единица дължина на бобината:

ЕМП самоиндукция, възникващи в намотка с постоянна стойност на индуктивност, съгласно формулата на Фарадей е равна на:

Така че ЕМП на самоиндукция е право пропорционална на индуктивността на намотката и скоростта на промяна на силата на тока в нея.

Магнитното поле има енергия.Точно както зареденият кондензатор има захранване с електрическа енергия, намотка с ток, протичащ през нейните намотки, има захранване с магнитна енергия. Енергия У m намотка за магнитно поле с индуктивност Лгенерирани от ток аз, могат да се изчислят по една от формулите (те следват една от друга, като се вземе предвид формулата Φ = LI):

Като съпоставим формулата за енергията на магнитното поле на намотката с нейните геометрични размери, можем да получим формула за обемна енергийна плътност на магнитното поле(или енергия на единица обем):

Правилото на Ленц

Инерция- феномен, който се среща както в механиката (когато ускоряваме кола, ние се накланяме назад, противодействайки на увеличаване на скоростта, а при спиране, ние се накланяме напред, противодействайки на намаляването на скоростта), така и в молекулярната физика (когато течността се нагрява, скоростта на изпарение се увеличава, най-бързите молекули напускат течността, намалявайки скоростта на нагряване) и т.н. В електромагнетизма инерцията се проявява в противопоставяне на промяната в магнитния поток, проникващ във веригата. Ако магнитният поток се увеличи, тогава индукционният ток, възникващ във веригата, е насочен така, че да предотврати увеличаването на магнитния поток, а ако магнитният поток намалява, тогава индукционният ток, възникващ във веригата, е насочен така, че да предотврати магнитното поток от намаляване.

На този уебсайт. За да направите това, не ви трябва абсолютно нищо, а именно: да отделяте три до четири часа всеки ден за подготовка за CT по физика и математика, изучаване на теория и решаване на задачи. Факт е, че CT е изпит, при който не е достатъчно само да знаете физика или математика, трябва също така да можете бързо и без грешки да решавате голям брой задачи по различни теми и различна сложност. Последното може да се научи само чрез решаване на хиляди проблеми.

Успешното, усърдно и отговорно изпълнение на тези три точки ще ви позволи да покажете отличен резултат на CT, максимума от това, на което сте способни.

Открихте грешка?

Ако, както ви се струва, сте намерили грешка в учебните материали, моля, пишете за това по пощата. Можете също да пишете за грешката в социалната мрежа (). В писмото посочете предмета (физика или математика), името или номера на темата или теста, номера на задачата или мястото в текста (страницата), където според вас има грешка. Също така опишете каква е предполагаемата грешка. Писмото ви няма да остане незабелязано, грешката или ще бъде коригирана, или ще ви бъде обяснено защо не е грешка.

Формули на електричеството и магнетизма. Изучаването на основите на електродинамиката традиционно започва с електрическо поле във вакуум. За да се изчисли силата на взаимодействие между два точни заряда и да се изчисли силата на електрическото поле, създадено от точков заряд, човек трябва да може да приложи закона на Кулон. За изчисляване на напрегнатостта на полето, създадено от разширени заряди (заредена нишка, равнина и т.н.), се прилага теоремата на Гаус. За система от електрически заряди е необходимо да се приложи принципът

При изучаване на темата "Постоянен ток" е необходимо да се вземат под внимание във всички форми законите на Ом и Джаул-Ленц При изучаване на "Магнетизъм" е необходимо да се има предвид, че магнитното поле се генерира от движещи се заряди и действа върху движещи се заряди . Тук трябва да обърнем внимание на закона на Био-Савар-Лаплас. Особено внимание трябва да се обърне на силата на Лоренц и да се разгледа движението на заредена частица в магнитно поле.

Електрическите и магнитните явления са свързани със специална форма на съществуване на материята - електромагнитно поле. Основата на теорията за електромагнитното поле е теорията на Максуел.

Таблица с основни формули за електричество и магнетизъм

В проводниците при определени условия може да възникне непрекъснато подредено движение на свободни носители на електрически заряд. Такова движение се нарича токов удар. Посоката на движение на положителните свободни заряди се приема за посока на електрическия ток, въпреки че в повечето случаи се движат електрони - отрицателно заредени частици.

Количествената мярка за електрически ток е силата на тока азе скаларна физическа величина, равна на отношението на заряда р, пренесен през напречното сечение на проводника за интервал от време T, до този интервал от време:

Ако токът не е постоянен, тогава за да се намери количеството заряд, преминал през проводника, се изчислява площта на фигурата под графиката на зависимостта на силата на тока от времето.

Ако силата на тока и неговата посока не се променят с времето, тогава се нарича такъв ток постоянен. Силата на тока се измерва с амперметър, който е свързан последователно към веригата. В Международната система единици SI токът се измерва в ампери [A]. 1 A = 1 C/s.

Намира се като отношението на общия заряд към общото време (т.е. според същия принцип като средната скорост или всяка друга средна стойност във физиката):

Ако токът се променя равномерно във времето от стойността аз 1 за стойност аз 2, тогава стойността на средния ток може да се намери като средна аритметична стойност на екстремните стойности:

плътност на тока- силата на тока на единица напречно сечение на проводника се изчислява по формулата:

Когато токът протича през проводник, токът изпитва съпротивление от проводника. Причината за съпротивлението е взаимодействието на зарядите с атомите на веществото на проводника и един с друг. Единицата за съпротивление е 1 ом. Съпротивление на проводника Рсе определя по формулата:

Където: л- дължината на проводника, Се неговата площ на напречното сечение, ρ - съпротивление на материала на проводника (внимавайте да не объркате последната стойност с плътността на веществото), което характеризира способността на материала на проводника да устои на преминаването на ток. Тоест, това е същата характеристика на веществото като много други: специфичен топлинен капацитет, плътност, точка на топене и др. Единицата за измерване на съпротивлението е 1 Ohm m. Специфичното съпротивление на дадено вещество е таблична стойност.

Съпротивлението на проводника също зависи от неговата температура:

Където: Р 0 – съпротивление на проводника при 0°С, Tе температурата, изразена в градуси по Целзий, α е температурният коефициент на съпротивление. То е равно на относителната промяна на съпротивлението при повишаване на температурата с 1°C. За металите винаги е по-голямо от нула, за електролитите, напротив, винаги е по-малко от нула.

Диод в DC верига

Диод- Това е нелинеен елемент на веригата, чието съпротивление зависи от посоката на протичане на тока. Диодът е обозначен, както следва:

Стрелката в схематичния символ на диод показва в каква посока преминава ток. В този случай съпротивлението му е нула и диодът може да бъде заменен просто с проводник с нулево съпротивление. Ако токът протича през диода в обратна посока, тогава диодът има безкрайно голямо съпротивление, т.е. той изобщо не пропуска ток и е прекъсване на веригата. Тогава участъкът от веригата с диода може просто да бъде зачеркнат, тъй като токът не протича през него.

Закон на Ом. Последователно и паралелно свързване на проводници

Немският физик Г. Ом през 1826 г. експериментално установи, че силата на тока аз, протичащ през хомогенен метален проводник (т.е. проводник, в който не действат външни сили) със съпротивление Р, пропорционална на напрежението Uв краищата на проводника:

стойността РНаречен електрическо съпротивление. Проводник с електрическо съпротивление се нарича резистор. Това съотношение изразява Закон на Ом за хомогенен участък от веригата: Силата на тока в проводник е право пропорционална на приложеното напрежение и обратно пропорционална на съпротивлението на проводника.

Наричат ​​се проводници, които се подчиняват на закона на Ом линеен. Графична зависимост на силата на тока азот напрежение U(такива графики се наричат ​​характеристики ток-напрежение, съкратено VAC) се изобразява с права линия, минаваща през началото. Трябва да се отбележи, че има много материали и устройства, които не се подчиняват на закона на Ом, като например полупроводников диод или газоразрядна лампа. Дори при метални проводници при достатъчно високи токове се наблюдава отклонение от линейния закон на Ом, тъй като електрическото съпротивление на металните проводници се увеличава с повишаване на температурата.

Проводниците в електрически вериги могат да бъдат свързани по два начина: последователни и паралелни. Всеки метод има свои собствени модели.

1. Модели на серийна връзка:

Формулата за общото съпротивление на последователно свързани резистори е валидна за произволен брой проводници. Ако веригата е свързана последователно нсъщото съпротивление Р, тогава общото съпротивление Р 0 се намира по формулата:

2. Модели на паралелно свързване:

Формулата за общото съпротивление на паралелно свързани резистори е валидна за произволен брой проводници. Ако веригата е свързана паралелно нсъщото съпротивление Р, тогава общото съпротивление Р 0 се намира по формулата:

Електрически измервателни уреди

За измерване на напрежения и токове в DC електрически вериги се използват специални устройства - волтметриИ амперметри.

Волтметърпроектиран да измерва потенциалната разлика, приложена към неговите клеми. Той е свързан паралелно с участъка от веригата, на който се измерва потенциалната разлика. Всеки волтметър има някакво вътрешно съпротивление. Р b. За да не може волтметърът да въведе забележимо преразпределение на токовете, когато е свързан към измерваната верига, неговото вътрешно съпротивление трябва да бъде голямо в сравнение със съпротивлението на участъка от веригата, към който е свързан.

Амперметърпредназначен за измерване на тока във веригата. Амперметърът е свързан последователно към прекъсването на електрическата верига, така че целият измерен ток преминава през него. Амперметърът има и известно вътрешно съпротивление. РА. За разлика от волтметъра, вътрешното съпротивление на амперметъра трябва да бъде достатъчно малко в сравнение с общото съпротивление на цялата верига.

ЕМП. Закон на Ом за пълна верига

За съществуването на постоянен ток е необходимо да има устройство в електрическа затворена верига, способно да създава и поддържа потенциални разлики в участъци от веригата поради работата на сили от неелектростатичен произход. Такива устройства се наричат източници на постоянен ток. Наричат ​​се сили от неелектростатичен произход, действащи върху свободни носители на заряд от източници на ток външни сили.

Естеството на външните сили може да бъде различно. В галванични клетки или батерии те възникват в резултат на електрохимични процеси, в DC генератори възникват външни сили, когато проводниците се движат в магнитно поле. Под действието на външни сили електрическите заряди се движат вътре в източника на ток срещу силите на електростатичното поле, поради което в затворена верига може да се поддържа постоянен електрически ток.

Когато електрическите заряди се движат по DC верига, външните сили, действащи вътре в източниците на ток, действат. Физическа величина, равна на съотношението на работата А st външни сили при движение на заряд рот отрицателния полюс на източника на ток към положителния до стойността на този заряд, се нарича източник на електродвижеща сила (EMF):

По този начин ЕМП се определя от работата, извършена от външни сили при преместване на един положителен заряд. Електродвижещата сила, подобно на потенциалната разлика, се измерва във волтове (V).

Закон на Ом за пълна (затворена) верига:силата на тока в затворена верига е равна на електродвижещата сила на източника, разделена на общото (вътрешно + външно) съпротивление на веригата:

Съпротива r– вътрешно (собствено) съпротивление на източника на ток (зависи от вътрешната структура на източника). Съпротива Р– съпротивление на натоварване (външно съпротивление на веригата).

Падане на напрежение във външната веригадокато е равен (нарича се още напрежение на изходните клеми):

Важно е да разберете и запомните: ЕМП и вътрешното съпротивление на източника на ток не се променят, когато са свързани различни товари.

Ако съпротивлението на натоварване е нула (източникът се затваря сам) или много по-малко от съпротивлението на източника, тогава веригата ще тече ток на късо съединение:

Ток на късо съединение - максималният ток, който може да се получи от даден източник с електродвижеща сила ε и вътрешно съпротивление r. За източници с ниско вътрешно съпротивление токът на късо съединение може да бъде много голям и да причини разрушаване на електрическата верига или източника. Например, оловно-киселинните батерии, използвани в автомобилите, могат да имат ток на късо съединение от няколкостотин ампера. Особено опасни са късите съединения в осветителните мрежи, захранвани от подстанции (хиляди ампера). За да се избегне разрушителният ефект на такива големи токове, във веригата се включват предпазители или специални прекъсвачи.

Множество източници на ЕМП в една верига

Ако веригата съдържа няколко ЕДС, свързани последователно, Че:

1. При правилно (положителният полюс на единия източник е свързан с отрицателния на другия) свързване на източниците, общият ЕМП на всички източници и тяхното вътрешно съпротивление могат да бъдат намерени по формулите:

Например, такава връзка на източници се осъществява в дистанционни управления, камери и други домакински уреди, които работят с няколко батерии.

2. Ако източниците са свързани неправилно (източниците са свързани с еднакви полюси), тяхната обща ЕМП и съпротивление се изчисляват по формулите:

И в двата случая общото съпротивление на източниците нараства.

При паралелна връзкаима смисъл да се свързват източници само с едно и също ЕМП, в противен случай източниците ще се разреждат един в друг. По този начин общият ЕМП ще бъде същият като ЕМП на всеки източник, тоест при паралелна връзка няма да получим батерия с голям ЕМП. Това намалява вътрешното съпротивление на батерията на източниците, което ви позволява да получите повече ток и мощност във веригата:

Това е смисълът на паралелното свързване на източниците. Във всеки случай, когато решавате проблеми, първо трябва да намерите общата EMF и общото вътрешно съпротивление на получения източник и след това да напишете закона на Ом за цялата верига.

Работа и мощност на тока. Закон на Джаул-Ленц

работа Аелектрически ток азпротичащ през неподвижен проводник със съпротивление Р, превърнат в топлина Q, който се откроява на проводника. Тази работа може да се изчисли с помощта на една от формулите (като се вземе предвид закона на Ом, всички те следват един от друг):

Законът за превръщане на работата на тока в топлина е експериментално установен независимо от J. Joule и E. Lenz и се нарича Закон на Джаул-Ленц. Сила на електрически токравно на съотношението на работата на тока Акъм интервала от време Δ T, за които е извършена тази работа, така че може да се изчисли по следните формули:

Работата на електрически ток в SI, както обикновено, се изразява в джаули (J), мощността - във ватове (W).

Енергиен баланс на затворена верига

Помислете сега за пълна постоянна верига, състояща се от източник с електродвижеща сила ε и вътрешно съпротивление rи външна хомогенна зона със съпротивление Р. В този случай полезната мощност или мощността, освободена във външната верига, е:

Максимално възможната полезна мощност на източника се постига, ако Р = rи е равно на:

Ако, когато е свързан към един и същ източник на ток с различни съпротивления Р 1 и РНа тях се разпределят 2 равни мощности, тогава вътрешното съпротивление на този източник на ток може да се намери по формулата:

Загуба на мощност или мощност вътре в източника на ток:

Общата мощност, развита от източника на ток:

Текуща ефективност на източника:

Електролиза

електролитиОбичайно е да се наричат ​​проводими среди, в които протичането на електрически ток е придружено от пренос на материя. Носители на свободни заряди в електролитите са положително и отрицателно заредени йони. Електролитите включват много съединения на метали с металоиди в разтопено състояние, както и някои твърди вещества. Въпреки това, основните представители на електролитите, широко използвани в техниката, са водни разтвори на неорганични киселини, соли и основи.

Преминаването на електрически ток през електролита е придружено от отделяне на вещество върху електродите. Това явление е наименувано електролиза.

Електрическият ток в електролитите е движението на йони от двата знака в противоположни посоки. Положителните йони се движат към отрицателния електрод ( катод), отрицателни йони - към положителния електрод ( анод). Йони от двата знака се появяват във водни разтвори на соли, киселини и основи в резултат на разделянето на някои неутрални молекули. Това явление се нарича електролитна дисоциация.

закон на електролизатае експериментално установен от английския физик М. Фарадей през 1833г. Закон на Фарадейопределя количеството първични продукти, отделени върху електродите по време на електролизата. Така че масата мвеществото, освободено от електрода, е право пропорционално на заряда Qпреминали през електролита:

стойността кНаречен електрохимичен еквивалент. Може да се изчисли по формулата:

Където: не валентността на веществото, нА е константата на Авогадро, Ме моларната маса на веществото, де елементарният заряд. Понякога се въвежда и следната нотация за константата на Фарадей:

Електрически ток в газове и във вакуум

Електрически ток в газовете

При нормални условия газовете не провеждат електричество. Това се дължи на електрическата неутралност на газовите молекули и следователно на липсата на носители на електрически заряд. За да може един газ да стане проводник, един или повече електрони трябва да бъдат отделени от молекулите. Тогава ще има свободни носители на заряд - електрони и положителни йони. Този процес се нарича газова йонизация.

Възможно е да се йонизират газови молекули чрез външно въздействие - йонизатор. Йонизаторите могат да бъдат: поток от светлина, рентгенови лъчи, електронен поток или α - частици. Газовите молекули също се йонизират при висока температура. Йонизацията води до появата на свободни носители на заряд в газовете - електрони, положителни йони, отрицателни йони (електрон, комбиниран с неутрална молекула).

Ако в пространството, заето от йонизиран газ, се създаде електрическо поле, тогава носителите на електрически заряди ще започнат да се движат по подреден начин - така възниква електрически ток в газовете. Ако йонизаторът спре да работи, тогава газът отново става неутрален, тъй като рекомбинация– образуване на неутрални атоми от йони и електрони.

Електрически ток във вакуум

Вакуумът е такава степен на разреждане на газ, при която може да се пренебрегне сблъсъкът между неговите молекули и да се приеме, че средният свободен път надвишава линейните размери на съда, в който се намира газът.

Електрическият ток във вакуум се нарича проводимост на междуелектродната междина във вакуумно състояние. В този случай има толкова малко газови молекули, че процесите на тяхната йонизация не могат да осигурят такъв брой електрони и йони, необходими за йонизация. Проводимостта на междуелектродната междина във вакуум може да се осигури само с помощта на заредени частици, които са възникнали поради емисионни явления на електродите.

• обратно
• Напред

Как да се подготвим успешно за КТ по ​​физика и математика?

За да се подготвите успешно за КТ по ​​физика и математика, освен всичко друго, трябва да бъдат изпълнени три критични условия:

1. Проучете всички теми и изпълнете всички тестове и задачи, дадени в учебните материали на този сайт. За да направите това, не ви трябва абсолютно нищо, а именно: да отделяте три до четири часа всеки ден за подготовка за CT по физика и математика, изучаване на теория и решаване на задачи. Факт е, че CT е изпит, при който не е достатъчно само да знаете физика или математика, трябва също така да можете бързо и без грешки да решавате голям брой задачи по различни теми и различна сложност. Последното може да се научи само чрез решаване на хиляди проблеми.
2. Научете всички формули и закони във физиката и формули и методи в математиката. Всъщност също е много лесно да се направи това, има само около 200 необходими формули във физиката и дори малко по-малко в математиката. Във всеки от тези предмети има около дузина стандартни методи за решаване на проблеми с основно ниво на сложност, които също могат да бъдат научени и по този начин напълно автоматично и без затруднения да се реши по-голямата част от дигиталната трансформация в точното време. След това ще трябва да мислите само за най-трудните задачи.
3. Явете се и на трите етапа на репетиционното изпитване по физика и математика. Всеки RT може да бъде посетен два пъти, за да се решат и двете опции. Отново, на CT, в допълнение към способността за бързо и ефективно решаване на проблеми и познаването на формули и методи, е необходимо също да можете да планирате правилно времето, да разпределяте силите и най-важното да попълвате правилно формуляра за отговор , без да бъркате нито номерата на отговорите и задачите, нито собственото си име. Освен това по време на RT е важно да свикнете със стила на задаване на въпроси в задачите, което може да изглежда много необичайно за неподготвен човек на DT.

Успешното, усърдно и отговорно изпълнение на тези три точки ще ви позволи да покажете отличен резултат на CT, максимума от това, на което сте способни.

Открихте грешка?

Ако, както ви се струва, сте намерили грешка в учебните материали, моля, пишете за това по пощата. Можете също да пишете за грешката в социалната мрежа (). В писмото посочете предмета (физика или математика), името или номера на темата или теста, номера на задачата или мястото в текста (страницата), където според вас има грешка. Също така опишете каква е предполагаемата грешка. Писмото ви няма да остане незабелязано, грешката или ще бъде коригирана, или ще ви бъде обяснено защо не е грешка.

Често се случва проблемът да не може да бъде решен поради факта, че необходимата формула не е под ръка. Извеждането на формула от самото начало не е най-бързото нещо и всяка минута е от значение.

По-долу сме събрали заедно основните формули по темата "Електричество и магнетизъм". Сега, когато решавате задачи, можете да използвате този материал като справка, за да не губите време в търсене на необходимата информация.

Магнетизъм: определение

Магнетизмът е взаимодействието на движещи се електрически заряди, което възниква чрез магнитно поле.

Поле е специална форма на материята. В рамките на стандартния модел има електрически, магнитни, електромагнитни полета, поле на ядрени сили, гравитационно поле и поле на Хигс. Може би има други хипотетични полета, за които можем само да гадаем или изобщо да не предполагаме. Днес се интересуваме от магнитното поле.

Магнитна индукция

Точно както заредените тела създават електрическо поле около себе си, движещите се заредени тела генерират магнитно поле. Магнитното поле не само се създава от движещи се заряди (електрически ток), но и действа върху тях. Всъщност магнитното поле може да бъде открито само чрез ефекта му върху движещи се заряди. И им действа със сила, наречена сила на Ампер, за която ще стане дума по-късно.

Преди да започнем да даваме конкретни формули, трябва да поговорим за магнитната индукция.

Магнитната индукция е вектор на мощността, характерен за магнитно поле.

Отбелязва се с буквата б и измерено в Тесла (Tl) . По аналогия със силата на електрическото поле д магнитната индукция показва колко силно магнитното поле действа върху заряда.

Между другото, ще намерите много интересни факти по тази тема в нашата статия за.

Как да определим посоката на вектора на магнитната индукция?Тук се интересуваме от практическата страна на въпроса. Най-често срещаният случай в задачите е магнитно поле, създадено от проводник с ток, който може да бъде както прав, така и във формата на кръг или намотка.

За да се определи посоката на вектора на магнитната индукция, има правило на дясната ръка. Пригответе се да използвате абстрактно и пространствено мислене!

Ако вземете проводника в дясната си ръка, така че палецът да сочи посоката на тока, тогава пръстите, свити около проводника, ще покажат посоката на линиите на магнитното поле около проводника. Векторът на магнитната индукция във всяка точка ще бъде насочен тангенциално към силовите линии.

Мощност на усилвателя

Представете си, че има магнитно поле с индукция б. Ако поставим проводник с дължина л , през който протича ток аз , тогава полето ще действа върху проводника със силата:

Това е, което е амперна мощност . Ъгъл алфа е ъгълът между посоката на вектора на магнитната индукция и посоката на тока в проводника.

Посоката на силата на Ампер се определя от правилото на лявата ръка: ако поставите лявата си ръка така, че линиите на магнитната индукция да влизат в дланта, а протегнатите пръсти показват посоката на тока, палецът, поставен настрани, ще покаже посоката на силата на Ампер.

Сила на Лоренц

Открихме, че полето действа върху проводник с ток. Но ако това е така, тогава първоначално той действа отделно върху всеки движещ се заряд. Нарича се силата, с която магнитното поле действа върху движещ се в него електрически заряд Сила на Лоренц . Тук е важно да се отбележи думата "движещ се", така че магнитното поле не действа върху стационарни заряди.

И така, частица със заряд р се движи в магнитно поле с индукция IN със скорост v , А алфа е ъгълът между вектора на скоростта на частицата и вектора на магнитната индукция. Тогава силата, действаща върху частицата, е:

Как да определим посоката на силата на Лоренц?Правило на лявата ръка. Ако индукционният вектор влезе в дланта и пръстите сочат посоката на скоростта, тогава огънатият палец ще покаже посоката на силата на Лоренц. Имайте предвид, че така се определя посоката за положително заредени частици. За отрицателни заряди получената посока трябва да бъде обърната.

Ако частица от маса м лети в полето, перпендикулярно на линиите на индукция, тогава ще се движи в кръг и силата на Лоренц ще играе ролята на центростремителна сила. Радиусът на окръжността и периодът на въртене на частица в еднородно магнитно поле могат да бъдат намерени по формулите:

Взаимодействие на токовете

Нека разгледаме два случая. Първо, токът тече в прав проводник. Вторият е в кръгова линия. Както знаем, токът създава магнитно поле.

В първия случай, магнитната индукция на проводник с ток аз на разстояние Р от него се изчислява по формулата:

Му е магнитната пропускливост на веществото, mu с индекс нула е магнитната константа.

Във втория случай магнитната индукция в центъра на кръгова верига с ток е:

Също така, при решаване на проблеми, формулата за магнитното поле вътре в соленоида може да бъде полезна. - това е намотка, тоест набор от кръгови завои с ток.

Нека броят им бъде н , а дължината на самия соленоил е л . Тогава полето вътре в соленоида се изчислява по формулата:

Между другото! За нашите читатели вече има 10% отстъпка от

Магнитен поток и ЕМП

Ако магнитната индукция е векторна характеристика на магнитно поле, тогава магнитен поток е скаларна стойност, която също е една от най-важните характеристики на полето. Нека си представим, че имаме някаква рамка или контур, който има определена площ. Магнитният поток показва колко силови линии преминават през единица площ, т.е. характеризира интензитета на полето. измерено в Веберах (Wb) и означено Е .

С - контурна зона, алфа е ъгълът между нормалата (перпендикуляра) към равнината на контура и вектора IN .

При промяна на магнитния поток през веригата, веригата се индуцира ЕМП , равна на скоростта на изменение на магнитния поток през веригата. Между другото, можете да прочетете повече за това какво е електродвижещата сила в друга наша статия.

По същество формулата по-горе е формулата за закона на Фарадей за електромагнитната индукция. Напомняме ви, че скоростта на изменение на всяка величина не е нищо друго освен нейна производна по отношение на времето.

Обратното е вярно и за магнитния поток и индукционната ЕМП. Промяната на тока във веригата води до промяна в магнитното поле и съответно до промяна в магнитния поток. В този случай възниква ЕМП на самоиндукция, което предотвратява промяната на тока във веригата. Магнитният поток, който прониква във веригата с ток, се нарича собствен магнитен поток, пропорционален е на силата на тока във веригата и се изчислява по формулата:

Л е фактор на пропорционалност, наречен индуктивност, който се измерва в Хенри (Gn) . Индуктивността се влияе от формата на веригата и свойствата на средата. За дължина на намотката л и с броя на завоите н индуктивността се изчислява по формулата:

Формулата за ЕМП на самоиндукция:

Енергия на магнитното поле

Електричество, ядрена енергия, кинетична енергия. Магнитната енергия е една форма на енергия. При физически задачи най-често е необходимо да се изчисли енергията на магнитното поле на намотката. Магнитна енергийна намотка с ток аз и индуктивност Л е равно на:

Обемна енергийна плътност на полето:

Разбира се, това не са всички основни формули от раздела по физика. « електричество и магнетизъм » , но често могат да помогнат при решаването на стандартни задачи и изчисления. Ако срещнете проблем със звездичка и просто не можете да намерите ключа към него, опростете живота си и се свържете с