naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Сила из скорости. Часть вторая


репетитор,гдз,преподователь,учитель
Сила из скорости. Часть первая К содержанию Сила из скорости. Часть третья
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

Итак, согласно первой части рассуждений, не существует в природе единицы магнетизма. Вот, к примеру, намагниченная палочка. У нее обязательно оба полюса - северный и южный. Разрежем пополам - опять два полюса, и так, сколько не режь, все равно два полюса будет. Сам Фарадей над этой загадкой голову ломал, и ведь сломал, точнее, додумался! Не зря все-таки Фарадея называли величайшим физиком XIX столетия...

Вот что придумал Фарадей: взял он глубокую медную чашку и налил в нее ртуть. Примерно в центре чашки опустил в ртуть конец провода. Взял стальной намагниченный стерженек, воткнул его в пробку и опустил плавать в чашку (рис. 1).


Опыт Фарадея

Рис. 1 - Опыт Фарадея с магнитом

Вот что получается: течет ток по проводнику, а обратно возвращается вблизи поверхности ртути. Вокруг проводника магнитное поле, и в этом магнитном поле один только северный (или южный) полюс магнита. А противоположный полюс магнита в ртуть утоплен, его как бы нет.

Теперь опять придется немного пофантазировать. Представим, что мы идем в плавание в этой самой чашке Фарадея. Вместо мачты воткнем магнит. Ну и на весла! Начинаем грести вокруг проводника (что в центре чашки). На магнит (который вместо мачты) действует магнитное поле с силой, равной μB, где μ - это постоянный коэффициент, зависящий от того, насколько сильно намагничен магнит, а B - магнитная индукция, точнее, вектор магнитной индукции. Раз мы в лодке движемся, да еще на нас сила действует, значит совершается работа. Плывем по кругу, расстояние от лодки до проводника везде одинаковое. Соответственно, сила везде одинаковая. А работа равна силе, помноженной на путь.

Ну а теперь суть всех этих фантазий. Суть в том, что проделанная за один полный оборот вокруг проводника работа не зависит от радиуса этого самого оборота. Чем ближе к проводнику плывем, тем короче путь, но тем большую силу приходится преодолевать. Чем дальше от проводника - тем дальше путь, но и сила меньше, ведь магнитная индукция, а следовательно, и сила обратно пропорциональны расстоянию от провода. Ну а поскольку работа от расстояния не зависит, сразу можно сказать, что по какому бы замкнутому пути вокруг проводника мы не плыли, работа будет всегда одна и та же. А если внутри замкнутого пути будет два проводника, магнитные поля токов складываются, и работы тоже складываются.

Теперь вспомним предыдущую страницу, а именно рисунок с толстым проводом. Справа - проводник, слева - пустота между как бы пластинами конденсатора. Только что мы описали процесс путешествия в лодке вокруг проводника, который справа. Попробуем сделать то же самое вокруг пустоты с левой стороны рисунка. К слову сказать, Максвелл считал, что ничего не изменится. То есть, если и там совершить полный оборот, придется совершить в точности такую же работу, хотя двигаться придется не вокруг проводника с током, а вокруг пространства между пластинами конденсатора. Множество опытов подтвердили эту гипотезу Максвелла.

Итак, если справа по проводнику течет ток, то слева на пластинах конденсатора накапливаются заряды. Пусть, например, электроны движутся по правому проводнику снизу вверх. Тогда на верхней пластине конденсатора по мере протекания тока накапливается отрицательный электрический заряд, а на нижней пластине конденсатора, наоборот, - положительный. Изменение зарядов на пластинах конденсатора приводит к изменению электрического поля внутри конденсатора. Сила электрического тока - это скорость движения зарядов. Но чем скорее заряды движутся, тем скорее поле меняется. Значит, справа - сила электрического тока, слева - скорость изменения электрического поля.

Другими словами, пусть справа через поперечное сечение проводника протекает в одну секунду ровно один кулон количества электричества. Это значит, что сила тока равна одному амперу. За ту же самую секунду слева заряд на пластинах конденсатора изменяется на величину ровно одному кулону. Но напряженность электрического поля в конденсаторе прямо пропорциональна заряду на его обкладках. Чем сильнее ток, протекающий по проводнику, тем скорее меняется электрическое поле и в то же время тем больше магнитная индукция.

Если где-то в какой-то точке пространства изменяется электрическое поле, то вокруг этой точки тут же возникает магнитное поле. Направление магнитной индукции всегда лежит в плоскости, перпендикулярной направлению электрического поля. Линии магнитного поля всегда замкнуты, нет у них ни начала, ни конца. Поэтому магнитное поле называется вихревым. Вот до чего додумался Максвелл.

Чуть ранее, когда мы представляли, что плавали в лодке, установили: сила, действующая на лодку в любой точке пути есть f = μB. Полная работа, совершаемая этой силой на любом замкнутом пути, равна сумме произведений длин отдельных маленьких участков этого пути на величины проекций силы f на касательные к траектории.

Если поделить такую сумму на постоянный коэффициент μ, то получится величина, называемая циркуляцией вектора магнитной индукции вдоль данного замкнутого пути. Циркуляция вектора (любого) вдоль замкнутого пути (любого) - это сумма произведений длины малых отрезков пути на величины проекций вектора на касательные к контуру пути. Работа, которая совершалась нами, когда мы в лодке объезжали вокруг провода или вокруг конденсатора равна циркуляции вектора магнитной индукции вдоль нашего пути, помноженной на коэффициент μ.

Выделим теперь внутри провода маленькую площадочку (рис. 2) и в какой-нибудь точке этой площадочки построим вектор, который по направлению будет совпадать с направлением течения электрического тока, а по величине будет равен силе тока, протекающего через площадочку, поделенной на величину этой площадочки. Такой вектор называется вектором плотности электрического тока.


Вектор плотности электрического тока

Рис. 2 - Вектор плотности электрического тока

Величина тока, протекающего через эту площадку равна произведению проекции вектора плотности тока на направление, перпендикулярное к площадке, на величину этой площадки. Подобные произведения называются элементарными потоками. Ну а полная величина электрического тока, текущего по проводу, равна потоку вектора плотности тока через любое сечение провода.

Теперь можно сформулировать закон Максвелла. Циркуляция вектора магнитной индукции вдоль любого замкнутого пути пропорциональна сумме потоков вектора плотности тока и вектора скорости изменения напряженности электрического поля через любую площадь, ограничиваемую контуром пути.

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Сила из скорости. Часть первая К содержанию Сила из скорости. Часть третья
репетитор,гдз,преподователь,учитель
Новости:




 

copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь