Вопрос 1. Работа и мощность тока. Кпд. Закон Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа.
Мощность электрического тока (в интегральной форме для неоднородного и однородного участков):
Закон Джоуля-Ленца:
В случае, когда проводник неподвижен и химических превращений в нём нет, работа тока идёт на нагревание:
Для переменного тока:
В дифференциальной форме:
КПД:
Правила Кирхгофа:
Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю
Алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивление отдельных участков произвольного замкнутого контура (сумма падения напряжения) равна алгебраической сумме ЭДС, действующих на этих участках в замкнутом контуре:
Вопрос 2. Ферромагнетики. Техническое намагничение. Петля Гистерезиса.
Ферромагнетики
– магнетики,
способные обладать намагниченностью
в отсутствие внешнего магнитного поля.
Их намагниченность во много раз (до
)
превосходит намагниченность диа- и
парамагнетиков.
Петля гистерезиса (Кривая намагничения ферромагнетиков):
Здесь Br – остаточная индукция, Hc – коэрцетивная сила – значение магнитной напряжённости, при которой остаточная индукция обращается в ноль.
Если петля гистерезиса широкая (Hc – велика), то такой ферромагнетик называют магнитожёстким. Их используют в качестве постоянных магнитов. Если петля гистерезиса узкая (Hc – мала), то такой ферромагнетик называют магнитомягким. Их используют в качестве сердечника трансформатора.
Техническое намагничение. При внесении ферромагнитного образца во внешнее магнитное поле домены, в которых векторы намагничивания ориентированы по полю (или составляют острый угол с вектором Н), растут за счет соседних доменов, у которых векторы намагничивания ориентированы против поля (или составляют тупой угол с вектором Н). Когда установится единое направление магнитных моментов доменов, они начнут поворот в направлении поля.
Билет 20.
Вопрос 1. Классическая теория электропроводности металлов (теория Друде-Лоренца) и её затруднения. Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца.
Классическая теория электропроводности металлов (теория Друде-Лоренца):
В
данной теории предполагается, что
электроны проводимости в металле ведут
себя подобно молекулам идеального газа.
В промежутках между соударениями с
ионами кристаллической решётки они
движутся совершенно свободно, пробегая
в среднем некоторый путь: λ ≈ 1 Å =
м.
При
этом, средняя скорость: ʋ ≈
м/с.
Но электрический ток складывается из упорядоченного движения:
j – плотность тока; n – концентрация электронов; e – заряд электрона.
Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца.
Из формулы:
Средняя скорость упорядоченного движения:
Где:
Совмещая, получаем:
Следовательно, удельная электропроводность (формула Друде-Лоренца):
Далее исходя из 2-х формул:
Находим Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной (локальной) форме:
Вопрос 2. Обобщение Максвеллом закона электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Ток смещения.
Рассмотрим проволочный контур:
Преобразуем правую часть по теореме Стокса:
Отсюда, Максвелл предположил, что источниками электрического поля могут быть либо электрические заряды, либо магнитные поля, меняющиеся во времени.
Электрическое поле вихревое порождается переменным магнитным полем. Магнитное поле (всегда вихревое) порождается электрическим током и подвижными электрическими зарядами, но также порождается переменным электрическим полем.
Чтобы согласовать эти уравнения:
Максвелл
ввёл ток смещения
.
Сумма тока проводимости и тока смещения
даёт полный ток:
=
+
Ток смещения - это изменяющееся со временем электрическое поле. Из всех свойств присуще только одно – оно способно создавать магнитное поле.
