CHAMP ÉLECTRIQUE- existe autour d'une charge électrique, matériellement. Propriété principale du champ électrique : l'action avec force sur la charge électrique qui y est introduite. Champ électrostatique- le champ d'une charge électrique stationnaire ne change pas avec le temps. Intensité du champ électrique.- caractéristiques quantitatives d'el. des champs. est le rapport entre la force avec laquelle le champ agit sur la charge ponctuelle introduite et l'amplitude de cette charge. - ne dépend pas de l'ampleur de la charge introduite, mais caractérise le champ électrique !
Direction du vecteur de tension coïncide avec la direction du vecteur force agissant sur une charge positive et opposée à la direction de la force agissant sur une charge négative.
Intensité du champ de charge ponctuelle :
où q0 est la charge créant le champ électrique. En tout point du champ, l’intensité est toujours dirigée le long de la droite reliant ce point à q0.
PRINCIPE DE SUPERPOSITION (OVERPOSITION) DES CHAMPS
Si en un point donné de l'espace il y a différentes particules chargées électriquement 1, 2, 3... etc. créer des champs électriques d'intensité E1, E2, E3... etc., alors l'intensité résultante en un point donné du champ est égale à la somme géométrique des intensités.
Les lignes électriques e-mail les champs sont des lignes continues, tangentes aux vecteurs d'intensité du champ électrique en ces points. Champ électrique homogène- l'intensité du champ est la même en tous points de ce champ. Propriétés des lignes électriques : non fermés (passer de + charge à _), continus, ne se croisant pas, leur densité indique l'intensité du champ (plus les traits sont épais, plus l'intensité est grande).
Graphiquement nécessaire pouvoir montrer champs électriques : une charge ponctuelle, des charges à deux points, des plaques de condensateur (dans le manuel).
CHAMP ÉLECTRIQUE d'une balle chargée.
Il existe une boule conductrice chargée de rayon R.
La charge est uniformément répartie uniquement sur la surface de la balle ! Tension électrique champs à l'extérieur :
Tension à l'intérieur de la balle : E = 0
CAPACITÉ ÉLECTRIQUE- caractérise la capacité de deux conducteurs à accumuler une charge électrique. - ne dépend pas de q et de U. - dépend des dimensions géométriques des conducteurs, de leur forme, de leur position relative, des propriétés électriques du milieu entre les conducteurs.
Unités SI : (F - farad)
CONDENSATEURS
Un appareil électrique qui stocke une charge (deux conducteurs séparés par une couche diélectrique).
où d est beaucoup plus petit que les dimensions du conducteur. Désignation sur les schémas électriques :
Tout le champ électrique est concentré à l’intérieur du condensateur. La charge d'un condensateur est la valeur absolue de la charge sur l'une des plaques du condensateur.
Types de condensateurs : 1. par type de diélectrique : air, mica, céramique, électrolytique 2. par la forme des plaques : plates, sphériques. 3. par capacité : constante, variable (réglable).
Capacité électrique d'un condensateur plat
où S est l'aire de la plaque (plaque) du condensateur d est la distance entre les plaques eo est la constante électrique e est la constante diélectrique du diélectrique
Inclure des condensateurs dans un circuit électrique
parallèle
séquentiel
Alors la capacité électrique totale (C) :
lorsqu'il est connecté en parallèle
.
lorsqu'il est connecté en série
ÉNERGIE D'UN CONDENSATEUR CHARGÉ
Un condensateur est un système de corps chargés et possède de l’énergie. Énergie de n'importe quel condensateur :
où C est la capacité du condensateur q est la charge du condensateur U est la tension sur les plaques du condensateur L'énergie du condensateur est égale au travail que fera le champ électrique lorsque les plaques du condensateur se rapprochent, ou égal au travail de séparation des charges positives et négatives requis lors de la charge du condensateur.
ÉNERGIE DE CHAMP ÉLECTRIQUE D'UN CONDENSATEUR
L'énergie d'un condensateur est approximativement égale au carré de la tension électrique. champs à l’intérieur du condensateur. Densité d'énergie électrique champs de condensateur :
Électricité- mouvement dirigé (ordonné) des particules chargées. De telles particules peuvent être : dans les métaux - des électrons, dans les électrolytes - des ions (cations et anions), dans les gaz - des ions et des électrons, dans le vide sous certaines conditions - des électrons, dans les semi-conducteurs - des électrons et des trous (conductivité électron-trou). Parfois, un courant électrique est également appelé courant de déplacement qui résulte d'un changement du champ électrique au fil du temps].
Force actuelle- une grandeur physique égale au rapport de la quantité de charge traversant une certaine surface pendant le temps à la valeur de cette période de temps :
La section transversale du conducteur est souvent utilisée comme surface considérée.
L'intensité du courant dans le Système international d'unités (SI) est mesurée en ampères (désignation russe : A ; internationale : A), l'ampère est l'une des unités SI à sept bases. 1 A = 1 C/s.
Selon la loi d'Ohm, l'intensité du courant pour une section d'un circuit est directement proportionnelle à la tension appliquée à une section du circuit et inversement proportionnelle à la résistance du conducteur de cette section du circuit :
Les porteurs de charge, dont le mouvement conduit à la génération de courant, sont des particules chargées, qui sont généralement des électrons, des ions ou des trous. L'intensité du courant dépend de la charge de ces particules, de leur concentration, de la vitesse moyenne du mouvement ordonné des particules, ainsi que de la surface et de la forme de la surface traversée par le courant.
Si et sont constants en volume du conducteur et que la surface d'intérêt est plate, alors l'expression de l'intensité du courant peut être représentée par
où est l'angle entre la vitesse des particules et le vecteur normal à la surface.
Dans un cas plus général, lorsque les restrictions formulées ci-dessus ne sont pas respectées, une expression similaire ne peut être écrite que pour le courant circulant à travers un petit élément de surface d'aire :
Alors l’expression du courant circulant à travers toute la surface s’écrit comme une intégrale sur la surface
Dans les métaux, la charge est portée par les électrons ; par conséquent, dans ce cas, l'expression de l'intensité du courant a la forme
où e est la charge électrique élémentaire.
Le vecteur est appelé densité de courant électrique. Comme il ressort de ce qui précède, sa valeur est égale au courant circulant à travers un petit élément de surface d'une unité de surface, situé perpendiculairement à la vitesse, et sa direction coïncide avec la direction du mouvement ordonné des particules chargées.
Pour mesurer le courant, un appareil spécial est utilisé - un ampèremètre (pour les appareils conçus pour mesurer de petits courants, les noms milliampèremètre, microampèremètre, galvanomètre sont également utilisés). Il est inclus dans le circuit ouvert à l'endroit où l'intensité du courant doit être mesurée. Les principales méthodes de mesure de l'intensité du courant sont : magnétoélectrique, électromagnétique et indirecte (en mesurant la tension à une résistance connue avec un voltmètre).
Dans le cas du courant alternatif, on distingue le courant instantané, le courant d'amplitude (crête) et le courant efficace (égal au courant continu, qui produit la même puissance).
La densité actuelle- une grandeur physique vectorielle qui a la signification d'un courant circulant à travers un élément de surface d'unité de surface. Par exemple, avec une distribution uniforme de la densité de courant et l'orthogonalité de son plan de section transversale à travers lequel le courant est calculé ou mesuré, l'amplitude du vecteur de densité de courant est :
Où je- intensité du courant à travers la section transversale du conducteur avec surface S(voir aussi photo).
Parfois, nous pouvons parler de densité de courant scalaire, dans de tels cas, cela signifie exactement cette valeur j, qui est donné dans la formule.
En général:
,
où est la composante normale (orthogonale) du vecteur densité de courant par rapport à l'élément de surface d'aire ; vecteur - un vecteur spécialement introduit d'un élément de surface, orthogonal à l'aire élémentaire et ayant une valeur absolue égale à son aire, permettant d'écrire l'intégrande comme un produit scalaire ordinaire.
Comme le montre cette définition, l’intensité du courant est le flux du vecteur densité de courant à travers une certaine surface fixe donnée.
Dans l'hypothèse la plus simple selon laquelle tous les porteurs de courant (particules chargées) se déplacent avec le même vecteur vitesse et ont les mêmes charges (une telle hypothèse peut parfois être approximativement correcte ; elle nous permet de mieux comprendre la signification physique de la densité de courant), et leur concentration ,
où est la densité de charge de ces porteurs.
La direction du vecteur correspond à la direction du vecteur vitesse avec lequel se déplacent les charges qui créent le courant, si q positivement.
En réalité, même les transporteurs du même type se déplacent généralement et, en règle générale, à des vitesses différentes. Ensuite, nous devrions comprendre la vitesse moyenne.
Dans des systèmes complexes (avec différents types de porteurs de charge, par exemple dans le plasma ou les électrolytes)
c'est-à-dire que le vecteur de densité de courant est la somme des densités de courant pour tous les types d'opérateurs mobiles ; où est la concentration de particules de chaque type, est la charge d'une particule d'un type donné, est le vecteur de la vitesse moyenne des particules de ce type.
L'expression du cas général peut également être écrite en termes de somme de toutes les particules individuelles :
La loi d'Ohm- une loi physique empirique qui détermine la relation entre la force électromotrice d'une source ou une tension électrique et l'intensité du courant et la résistance du conducteur. Créé expérimentalement en 1826 et nommé d'après son découvreur Georg Ohm.
Dans sa forme originale, il a été écrit par son auteur comme suit : 
,
Ici X- lectures du galvanomètre, c'est-à-dire en notations modernes, intensité du courant je , un- une grandeur caractérisant les propriétés d'une source de courant, constante sur une large plage et indépendante de la valeur du courant, c'est-à-dire, dans la terminologie moderne, la force électromotrice (FEM), je - une valeur déterminée par la longueur des fils de connexion, qui dans les concepts modernes correspond à la résistance du circuit externe R. et enfin b un paramètre caractérisant les propriétés de l'ensemble de l'installation, qui apparaît désormais comme prenant en compte la résistance interne de la source de courant r .
Dans ce cas, en termes modernes et conformément à la notation proposée par l’auteur, la formulation d’Ohm (1) exprime
Loi d'Ohm pour un circuit complet:
Les conséquences suivantes découlent de la loi d'Ohm pour un circuit complet :
À r<
À r>>R L'intensité du courant ne dépend pas des propriétés du circuit externe (l'ampleur de la charge). Et la source peut être appelée source de courant.
Souvent l'expression :
(où il y a une tension ou une chute de tension, ou, ce qui revient au même, une différence de potentiel entre le début et la fin d’une section de conducteur) est également appelée « loi d’Ohm ».
Ainsi, la force électromotrice dans un circuit fermé parcouru par le courant conformément à (2) et (3) est égale à :
Autrement dit, la somme des chutes de tension aux bornes de la résistance interne de la source de courant et du circuit externe est égale à la force électromotrice de la source. Les experts appellent le dernier terme de cette équation « tension aux bornes », puisque c'est ce que montre un voltmètre qui mesure la tension de la source entre le début et la fin de la tension qui y est connectée. fermé Chaînes. Dans ce cas, c'est toujours inférieur à la FEM.
A une autre entrée de formule (3), à savoir :
une autre formulation est applicable :
L'expression (5) peut être réécrite comme suit :
où est le coefficient de proportionnalité g appelée conductivité ou conductivité électrique. L'unité de conductivité d'origine était « l'Ohm inversé » - Mo, dans le Système international d'unités (SI), l'unité de conductivité est Siemens(Désignation russe : Cm; international: S), dont la valeur est égale à l'ohm inverse.
LOI JOULE-LENZ
Lorsque le courant traverse un conducteur, celui-ci s'échauffe et un échange de chaleur se produit avec l'environnement, c'est-à-dire le conducteur dégage de la chaleur aux corps qui l'entourent.
La quantité de chaleur dégagée par un conducteur porteur de courant dans l'environnement est égale au produit du carré de l'intensité du courant, de la résistance du conducteur et du temps pendant lequel le courant traverse le conducteur.
Selon la loi de conservation de l'énergie, la quantité de chaleur dégagée par un conducteur est numériquement égale au travail effectué par le courant circulant dans le conducteur pendant ce même temps.
Dans le système SI :
[Q] = 1 J
UN CHAMP MAGNÉTIQUE
Il s’agit d’un type particulier de matière à travers laquelle une interaction se produit entre des particules chargées électriquement en mouvement.
PROPRIÉTÉS DU CHAMP MAGNÉTIQUE (STATIONNAIRE)
Permanent (ou stationnaire) Un champ magnétique est un champ magnétique qui ne change pas dans le temps.
1. Champ magnétique est créé particules et corps chargés en mouvement, conducteurs porteurs de courant, aimants permanents.
2. Champ magnétique valide sur des particules et des corps chargés en mouvement, sur des conducteurs sous courant, sur des aimants permanents, sur un cadre sous courant.
3. Champ magnétique vortex, c'est à dire. n'a aucune source.
Induction magnétique
C'est la force caractéristique d'un champ magnétique.
Le vecteur induction magnétique est toujours orienté de la même manière qu’une aiguille magnétique en rotation libre est orientée dans un champ magnétique.
Unité SI d'induction magnétique :
Direction des lignes d'induction magnétique
Déterminé par la règle de la vrille ou la règle de la main droite.
Règle de la vrille(principalement pour un conducteur droit porteur de courant) :
Si la direction du mouvement de translation de la vrille coïncide avec la direction du courant dans le conducteur, alors le sens de rotation de la poignée de la vrille coïncide avec la direction des lignes de champ magnétique du courant.
Règle de la main droite(principalement pour déterminer la direction des lignes magnétiques à l'intérieur du solénoïde) :
Si vous saisissez le solénoïde avec la paume de votre main droite de manière à ce que quatre doigts soient dirigés le long du courant dans les tours, le pouce étendu indiquera la direction des lignes de champ magnétique à l'intérieur du solénoïde.
Il existe d'autres applications possibles des règles de la vrille et de la main droite.
Puissance en ampères
C'est la force avec laquelle un champ magnétique agit sur un conducteur parcouru par du courant.
Le module ampère-force est égal au produit de l'intensité du courant dans le conducteur par l'amplitude du vecteur induction magnétique, la longueur du conducteur et le sinus de l'angle entre le vecteur induction magnétique et la direction du courant dans le conducteur. .
La force Ampère est maximale si le vecteur induction magnétique est perpendiculaire au conducteur.
Si le vecteur induction magnétique est parallèle au conducteur, alors le champ magnétique n'a aucun effet sur le conducteur parcouru par le courant, c'est-à-dire La force d'Ampère est nulle.
Direction de la force ampère déterminé par règle de la main gauche:
Si la main gauche est positionnée de manière à ce que la composante du vecteur d'induction magnétique perpendiculaire au conducteur pénètre dans la paume et que 4 doigts étendus soient dirigés dans la direction du courant, alors le pouce plié à 90 degrés indiquera la direction de la force agissant sur le conducteur porteur de courant.
ou 
L'effet d'un champ magnétique sur un cadre porteur de courant
Un champ magnétique uniforme oriente le cadre (c'est-à-dire qu'un couple est créé et le cadre tourne vers une position où le vecteur d'induction magnétique est perpendiculaire au plan du cadre).
Un champ magnétique non uniforme oriente + attire ou repousse le cadre porteur de courant. Ainsi, dans le champ magnétique d'un conducteur droit avec courant (il est non uniforme), le cadre avec courant est orienté le long du rayon de la ligne magnétique et est attiré ou repoussé par le conducteur droit avec courant, selon la direction de les courants.
Le moment magnétique d'une bobine avec courant est une grandeur physique, comme tout autre moment magnétique, qui caractérise les propriétés magnétiques d'un système donné. Dans notre cas, le système est représenté par une bobine circulaire alimentée en courant. Ce courant crée un champ magnétique qui interagit avec le champ magnétique externe. Il peut s'agir soit du champ terrestre, soit du champ d'un aimant permanent ou d'un électro-aimant.
Figure - 1 tour circulaire avec courant
Une bobine circulaire avec du courant peut être représentée comme un aimant court. De plus, cet aimant sera dirigé perpendiculairement au plan de la bobine. L'emplacement des pôles d'un tel aimant est déterminé à l'aide de la règle de la vrille. Selon lequel le nord plus sera situé derrière le plan de la bobine si le courant qui s'y trouve se déplace dans le sens des aiguilles d'une montre.
Figure 2 Aimant en bande imaginaire sur l'axe de la bobine
Cet aimant, c'est-à-dire notre bobine circulaire avec courant, comme tout autre aimant, sera affecté par un champ magnétique externe. Si ce champ est uniforme, alors un couple apparaîtra qui aura tendance à faire tourner la bobine. Le champ fera tourner la bobine de sorte que son axe soit situé le long du champ. Dans ce cas, les lignes de champ de la bobine elle-même, comme un petit aimant, doivent coïncider en direction avec le champ externe.
Si le champ externe n’est pas uniforme, un mouvement de translation sera ajouté au couple. Ce mouvement se produira du fait que les sections du champ à induction plus élevée attireront davantage notre aimant sous la forme d'une bobine que les zones à induction plus faible. Et la bobine commencera à se déplacer vers le champ avec une plus grande induction.
L'ampleur du moment magnétique d'une bobine circulaire avec courant peut être déterminée par la formule.
« Physique - 11e année"
Le champ électrique est caractérisé par l'intensité du champ électrique.
L’intensité du champ électrique est une quantité vectorielle. Le champ magnétique est caractérisé par l'induction magnétique.
L'induction magnétique est une quantité vectorielle et est désignée par la lettre .
Direction du vecteur d'induction magnétique
La direction du vecteur induction magnétique est considérée comme la direction qui montre le pôle nord N de l'aiguille magnétique, librement positionnée dans le champ magnétique.
Cette direction coïncide avec la direction de la normale positive à la boucle fermée avec le courant.
À l'aide d'une boucle de courant ou d'une aiguille magnétique, vous pouvez déterminer la direction du vecteur induction magnétique en tout point du champ.
Dans le champ magnétique d'un conducteur droit transportant du courant, l'aiguille magnétique en chaque point est tangente à un cercle dont le plan est perpendiculaire au fil et dont le centre se trouve sur l'axe du fil.
Règle de la vrille
La direction du vecteur induction magnétique est établie à l’aide de la règle de la vrille.
Si le sens du mouvement de translation de la vrille coïncide avec le sens du courant dans le conducteur, alors le sens de rotation de la poignée de la vrille indique la direction du vecteur induction magnétique
Lignes d'induction magnétique
Le champ magnétique peut être représenté à l'aide de lignes d'induction magnétique.
Lignes d'induction magnétique sont appelées lignes dont les tangentes en tout point coïncident avec le vecteur en un point donné du champ. Les lignes du vecteur d'induction magnétique sont similaires aux lignes du vecteur d'intensité du champ électrostatique.
Les lignes d'induction magnétique peuvent être rendues visibles à l'aide de limaille de fer.
Champ magnétique d'un conducteur droit transportant du courant
Pour un conducteur droit avec courant, les lignes d'induction magnétique sont des cercles concentriques situés dans un plan perpendiculaire à ce conducteur avec courant. Le centre des cercles est sur l'axe du conducteur. Les flèches sur les lignes indiquent dans quelle direction est dirigé le vecteur d'induction magnétique tangent à une ligne donnée.
Champ magnétique d'une bobine de courant (solénoïde)
Si la longueur du solénoïde est bien supérieure à son diamètre, alors le champ magnétique à l'intérieur du solénoïde peut être considéré homogène.
Lignes d'induction magnétique d'un tel champ parallèle et sont situés à égale distance les uns des autres.
Le champ magnétique terrestre
Les lignes du champ magnétique terrestre sont similaires aux lignes du champ magnétique d’un solénoïde.
L'axe magnétique terrestre fait un angle de 11,5° avec l'axe de rotation de la Terre.
Périodiquement, les pôles magnétiques changent de polarité.
Champ de vortex
Les lignes de champ électrostatique ont toujours des sources : elles commencent par des charges positives et se terminent par des charges négatives.
Et les lignes d’induction magnétique n’ont ni début ni fin, elles sont toujours fermées.
Les champs avec des lignes vectorielles fermées sont appelés vortex.
Le champ magnétique est un champ vortex.
Le champ magnétique n'a pas de sources.
Les charges magnétiques similaires aux charges électriques n’existent pas dans la nature.
Donc, un champ magnétique est un champ vortex, en chaque point le vecteur induction magnétique est indiqué par une flèche magnétique, la direction du vecteur induction magnétique peut être déterminée par la règle de la vrille
Nous ne pouvons pas voir le champ magnétique, mais pour mieux comprendre les phénomènes magnétiques, il est important d’apprendre à le représenter. Les aiguilles magnétiques vous y aideront. Chacune de ces flèches est un petit aimant permanent qui tourne facilement dans un plan horizontal (Fig. 2.1). Vous apprendrez dans ce paragraphe comment le champ magnétique est représenté graphiquement et quelle grandeur physique le caractérise.
Riz. 2.2. Dans un champ magnétique, les flèches magnétiques sont orientées d'une certaine manière : le pôle nord de la flèche indique la direction du vecteur induction du champ magnétique en un point donné
Nous étudions les caractéristiques de force du champ magnétique
Si une particule chargée se déplace dans un champ magnétique, le champ agira sur la particule avec une certaine force. L'ampleur de cette force dépend de la charge de la particule, de la direction et de la vitesse de son mouvement, ainsi que de l'intensité du champ.
La force caractéristique d’un champ magnétique est l’induction magnétique.
L'induction magnétique (induction de champ magnétique) est une grandeur physique vectorielle qui caractérise l'action de force d'un champ magnétique.
L'induction magnétique est symbolisée par B.
L'unité SI d'induction magnétique est le Tesla ; nommé d'après le physicien serbe Nikola Tesla (1856-1943) :
La direction du vecteur induction magnétique en un point donné du champ magnétique est considérée comme la direction indiquée par le pôle nord de l'aiguille magnétique installée en ce point (Fig. 2.2).
Note! La direction de la force avec laquelle le champ magnétique agit sur des particules chargées en mouvement ou sur un conducteur porteur de courant, ou sur une aiguille magnétique, ne coïncide pas avec la direction du vecteur induction magnétique.
Lignes magnétiques :
Riz. 2.3. Lignes de champ magnétique d'une bande magnétique
En dehors de l'aimant, ils quittent le pôle nord de l'aimant et entrent dans le pôle sud ;
Toujours fermé (le champ magnétique est un champ vortex) ;
Ils sont plus densément situés aux pôles de l’aimant ;
Ne jamais se croiser
Représenter un champ magnétique
En figue. 2.2 on voit comment les aiguilles magnétiques s'orientent dans un champ magnétique : leurs axes semblent former des lignes, et le vecteur induction magnétique en chaque point est dirigé le long de la tangente à la ligne passant par ce point.
Les champs magnétiques sont représentés graphiquement à l'aide de lignes magnétiques :
1) la direction du vecteur induction magnétique en un point donné est prise comme direction de la ligne d'induction magnétique ;
Riz. 2.4. Des chaînes de limaille de fer reproduisent le motif des lignes d'induction magnétique du champ magnétique d'un aimant en fer à cheval
2) plus le module d'induction magnétique est grand, plus les lignes magnétiques sont rapprochées les unes des autres.
Après avoir examiné la représentation graphique du champ magnétique d'une bande magnétique, nous pouvons tirer quelques conclusions (voir Fig. 2.3).
Notez que ces conclusions sont valables pour les lignes magnétiques de n’importe quel aimant.
Quelle direction ont les lignes magnétiques à l’intérieur d’une bande magnétique ?
Le motif des lignes magnétiques peut être reproduit à l’aide de limaille de fer.
Prenons un aimant en fer à cheval, posons une plaque de plexiglas dessus et versons de la limaille de fer sur la plaque à travers une passoire. Dans un champ magnétique, chaque morceau de fer sera magnétisé et se transformera en une petite « aiguille magnétique ». Des « flèches » improvisées sont orientées le long des lignes magnétiques du champ magnétique de l’aimant (Fig. 2.4).
Dessinez les lignes du champ magnétique d’un aimant en fer à cheval.
Découvrons un champ magnétique uniforme
Un champ magnétique dans une certaine partie de l'espace est dit uniforme si en chaque point les vecteurs d'induction magnétique sont les mêmes à la fois en amplitude et en direction (Fig. 2.5).
Dans les zones où le champ magnétique est uniforme, les lignes d'induction magnétique sont parallèles et situées à la même distance les unes des autres (Fig. 2.5, 2.6). Les lignes magnétiques d'un champ magnétique uniforme dirigé vers nous sont généralement représentées par des points (Fig. 2.7, a) - c'est comme si nous voyions des « pointes de flèches » voler vers nous. Si les lignes magnétiques sont dirigées loin de nous, elles sont alors représentées par des croix - c'est comme si nous voyions les « plumes de flèches » s'envoler loin de nous (Fig. 2.7, b).
Dans la plupart des cas, nous avons affaire à un champ magnétique non uniforme - un champ en différents points dont les vecteurs d'induction magnétique ont des valeurs et des directions différentes. Les lignes magnétiques d'un tel champ sont courbes et leur densité est différente.
Riz. 2.6. Le champ magnétique à l'intérieur d'une bande magnétique (a) et entre deux aimants se faisant face avec des pôles opposés (b) peut être considéré comme uniforme.
Étudier le champ magnétique terrestre
Pour étudier le magnétisme terrestre, William Gilbert a fabriqué un aimant permanent en forme de boule (modèle de la Terre). Après avoir placé une boussole sur le ballon, il remarqua que l'aiguille de la boussole se comporte de la même manière qu'à la surface de la Terre.
Les expériences ont permis au scientifique de suggérer que la Terre est un énorme aimant et que son pôle magnétique sud est situé au nord de notre planète. Des recherches plus approfondies ont confirmé l'hypothèse de W. Gilbert.
En figue. La figure 2.8 montre une image des lignes d'induction magnétique du champ magnétique terrestre.
riz. 2.7. Image de lignes d'induction magnétique d'un champ magnétique uniforme, perpendiculaires au plan du dessin et dirigées vers nous (a) ; dirigé par nous (b)
Imaginez que vous marchez vers le pôle Nord, en vous déplaçant exactement dans la direction indiquée par l’aiguille de la boussole. Arriverez-vous à destination ?
Les lignes d'induction magnétique du champ magnétique terrestre ne sont pas parallèles à sa surface. Si vous fixez l'aiguille magnétique dans un cardan, c'est-à-dire de manière à ce qu'elle puisse tourner librement à la fois autour de l'horizontale et
Riz. 2.8. Disposition des lignes magnétiques du champ magnétique de la planète Terre
et autour des axes verticaux, la flèche sera placée selon un angle par rapport à la surface de la Terre (Fig. 2.9).
Comment l'aiguille magnétique sera-t-elle située dans l'appareil de la Fig. 2.9 près du pôle magnétique nord de la Terre ? près du pôle magnétique sud de la Terre ?
Le champ magnétique terrestre aide depuis longtemps les voyageurs, les marins, le personnel militaire et autres à naviguer. Il est prouvé que les poissons, les mammifères marins et les oiseaux s'orientent en fonction du champ magnétique terrestre lors de leurs migrations. Certains animaux, comme les chats, naviguent également lorsqu'ils cherchent le chemin du retour.
En savoir plus sur les orages magnétiques
Des études ont montré que, dans n'importe quelle région, le champ magnétique terrestre change périodiquement, chaque jour. De plus, de légers changements annuels dans le champ magnétique terrestre sont observés. Cependant, il y a aussi des changements soudains. Les fortes perturbations du champ magnétique terrestre, qui couvrent la planète entière et durent de un à plusieurs jours, sont appelées tempêtes magnétiques. Les personnes en bonne santé ne les ressentent pratiquement pas, mais pour celles qui souffrent de maladies cardiovasculaires et de maladies du système nerveux, les orages magnétiques provoquent une détérioration de leur bien-être.
Le champ magnétique terrestre est une sorte de « bouclier » qui protège notre planète des particules chargées provenant de l'espace, principalement du Soleil (« vent solaire »). Près des pôles magnétiques, des flux de particules volent assez près de l'atmosphère terrestre. Avec l'augmentation de l'activité solaire, les particules cosmiques pénètrent dans les couches supérieures de l'atmosphère et ionisent les molécules de gaz - des aurores sont observées sur Terre (Fig. 2.10).
Résumons-le
L'induction magnétique B est une grandeur physique vectorielle qui caractérise l'action de force d'un champ magnétique. La direction du vecteur induction magnétique coïncide avec la direction vers laquelle pointe le pôle nord de l’aiguille magnétique. L'unité SI d'induction magnétique est le tesla (T).
Les lignes orientées conditionnelles, en chaque point dont la tangente coïncide avec la ligne le long de laquelle le vecteur d'induction magnétique est dirigé, sont appelées lignes d'induction magnétique ou lignes magnétiques.
Les lignes d'induction magnétique sont toujours fermées, à l'extérieur de l'aimant elles quittent le pôle nord de l'aimant et entrent dans le pôle sud, et sont plus denses dans les zones du champ magnétique où le module d'induction magnétique est plus grand.
La planète Terre possède un champ magnétique. Près du pôle géographique nord de la Terre se trouve son pôle magnétique sud, et près de son pôle géographique sud se trouve son pôle magnétique nord.
Questions de contrôle
1. Définir l’induction magnétique. 2. Quelle est la direction du vecteur induction magnétique ? 3. Quelle est l’unité SI d’induction magnétique ? De qui porte-t-il le nom ? 4. Donnez la définition des lignes d'induction magnétique. 5. Quelle direction est acceptée comme direction des lignes magnétiques ? 6. Qu'est-ce qui détermine la densité des lignes magnétiques ? 7. Quel champ magnétique est appelé uniforme ? 8. Prouver que la Terre possède un champ magnétique. 9. Comment les pôles magnétiques de la Terre sont-ils situés par rapport aux pôles géographiques ? 10. Que sont les orages magnétiques ? Comment affectent-ils une personne ?
Exercice n°2
1. Sur la fig. La figure 1 montre les lignes d'induction magnétique dans une certaine section du champ magnétique. Pour chaque cas a-c, déterminez : 1) de quel type de champ il s'agit - homogène ou hétérogène ; 2) la direction du vecteur induction magnétique aux points A et B du champ ; 3) à quel point - A ou B - l'induction du champ magnétique est-elle plus grande.
2. Pourquoi une grille de fenêtre en acier peut-elle se magnétiser avec le temps ?
3. Sur la fig. La figure 2 montre les lignes du champ magnétique créé par deux aimants permanents identiques se faisant face avec des pôles similaires.
1) Y a-t-il un champ magnétique au point A ?
2) Quelle est la direction du vecteur induction magnétique au point B ? au point C ?
3) À quel point - A, B ou C - l'induction du champ magnétique est-elle la plus grande ?
4) Quelle est la direction des vecteurs d’induction magnétique à l’intérieur des aimants ?
4. Auparavant, lors d'expéditions au pôle Nord, des difficultés surgissaient pour déterminer la direction du mouvement, car près du pôle, les boussoles ordinaires ne fonctionnaient presque pas. Pourquoi pensez-vous?
5. Utilisez des sources d'informations supplémentaires et découvrez quelle est l'importance du champ magnétique pour la vie sur notre planète. Que se passerait-il si le champ magnétique terrestre disparaissait soudainement ?
6. Il existe des zones de la surface terrestre où l'induction magnétique du champ magnétique terrestre est beaucoup plus importante que dans les zones voisines. Utilisez des sources d’informations supplémentaires et apprenez-en davantage sur les anomalies magnétiques.
7. Expliquez pourquoi tout corps non chargé est toujours attiré par un corps qui a une charge électrique.
Ceci est du matériel de manuel
Lignes d'induction magnétique. Une image claire du champ magnétique peut être obtenue en construisant ce que l'on appelle les lignes d'induction magnétique. Les lignes d'induction magnétique sont des lignes dont les tangentes sont orientées de la même manière que le vecteur B en un point donné du champ (Fig. 214). À cet égard, les lignes d’induction magnétique sont similaires aux lignes d’intensité de champ électrostatique.
Construisons des lignes d'induction magnétique pour le champ magnétique d'un conducteur droit transportant du courant. Des expériences précédentes, il résulte que les lignes d'induction magnétique seront dans ce cas des cercles concentriques situés dans un plan perpendiculaire au conducteur parcouru par le courant. Le centre des cercles est sur l'axe du conducteur (Fig. 215). Les flèches sur les lignes indiquent dans quelle direction est dirigé le vecteur d'induction tangent à une ligne donnée. Comme pour les lignes de tension
zéro électrique, les lignes d'induction magnétique sont tracées de manière à ce que leur densité soit d'autant plus grande que le champ est fort dans une zone donnée de l'espace.
Donnons également une image du champ magnétique d'une bobine conductrice de courant (solénoïde). L'image des lignes d'induction magnétique construites à l'aide d'aiguilles magnétiques ou de petits circuits avec courant est illustrée à la figure 21 6 (le solénoïde est représenté en coupe).
Si la longueur du solénoïde est bien supérieure à son diamètre, alors le champ à l'intérieur du solénoïde peut être considéré comme uniforme. Les lignes d'induction magnétique d'un tel champ sont parallèles, leur densité est la même partout.
Le motif des lignes d’induction magnétique peut être rendu « visible » en utilisant de fines limaille de fer. Vous connaissez déjà cette méthode grâce au cours de physique de septième année.
Dans un champ magnétique, chaque morceau de fer saupoudré sur une feuille de carton devient magnétisé et se comporte comme une petite flèche. La présence d'un grand nombre de flèches permet de déterminer la direction du champ magnétique en un plus grand nombre de points et, par conséquent, de déterminer plus précisément l'emplacement des lignes d'induction magnétique. Certains des modèles de champ magnétique obtenus à l'aide de limaille de fer sont illustrés dans les figures 217 à 228.
Champ de vortex. Une caractéristique importante des lignes d’induction magnétique est qu’elles n’ont ni début ni fin. Ils sont toujours fermés. Rappelons qu’avec un champ électrique la situation est différente. Ses lignes de force commencent dans tous les cas par des charges positives et se terminent par des charges négatives.
Les champs avec des lignes de force fermées sont appelés champs de vortex. Le champ magnétique est un champ vortex.
La fermeture des lignes d'induction magnétique est une propriété fondamentale d'un champ magnétique. Cela réside dans le fait que le champ magnétique n’a pas de sources. Il n’existe pas de charges magnétiques similaires aux charges électriques dans la nature.
1. Quelles forces sont appelées magnétiques ? 2. Énumérez les principales propriétés du champ magnétique. 3. Comment une boucle fermée avec du courant et une aiguille magnétique se déplace-t-elle dans un champ magnétique uniforme ? 4. Indiquez la méthode permettant de déterminer la direction du vecteur induction magnétique. 5. Comment s’appellent les lignes d’induction magnétique ? 6. Quels champs sont appelés champs vortex ?
Pour représenter visuellement le champ magnétique, des lignes d'induction magnétique sont utilisées. Ligne d'induction magnétique ils appellent une ligne en chaque point de laquelle l'induction du champ magnétique (vecteur) est dirigée tangentiellement à la courbe. La direction de ces lignes coïncide avec la direction du champ. Il a été convenu que les lignes d'induction magnétique devraient être tracées de manière à ce que le nombre de ces lignes par unité de surface du site perpendiculaire à celles-ci soit égal au module d'induction dans une zone de champ donnée. Ensuite, le champ magnétique est jugé par la densité des lignes d'induction magnétique. Là où les lignes sont plus denses, le module d’induction du champ magnétique est plus grand. Les lignes d'induction magnétique sont toujours fermées Contrairement à lignes d'intensité de champ électrostatique, qui sont ouverts (début et fin payants). La direction des lignes d'induction magnétique se trouve selon la règle de la vis à droite : si le mouvement de translation de la vis coïncide avec le sens du courant, alors sa rotation se produit dans le sens des lignes d'induction magnétique. A titre d'exemple, donnons une image des lignes d'induction magnétique d'un courant continu circulant perpendiculairement au plan du dessin depuis nous au-delà du dessin (Fig. 2).
|
|
|
| |
Riz. 3 Trouvons la circulation de l'induction du champ magnétique autour d'un cercle de rayon arbitraire un, coïncidant avec la ligne d'induction magnétique. Le champ est créé par le courant et la force je, circulant le long d'un conducteur infiniment long situé perpendiculairement au plan du dessin (Fig. 3). L'induction du champ magnétique est dirigée tangentiellement à la ligne d'induction magnétique. Transformons l'expression, puisque a = 0 et cosa = 1. L'induction du champ magnétique créé par un courant circulant dans un conducteur infiniment long est calculée par la formule : B = m0m JE/(2p un), Que 
La circulation du vecteur le long de ce contour se trouve à l'aide de la formule (3) : 
m 0 m je, parce que 
- circonférence. Donc, 
On peut montrer que cette relation est valable pour un contour de forme arbitraire entourant un conducteur porteur de courant. Si un champ magnétique est créé par un système de courants je 1, je 2, ... , je n, alors la circulation de l'induction du champ magnétique le long d'une boucle fermée entourant ces courants est égale à
(4)
La relation (4) est la loi du courant total : la circulation de l'induction du champ magnétique le long d'un circuit fermé arbitraire est égale au produit de la constante magnétique, de la perméabilité magnétique et de la somme algébrique des courants parcourus par ce circuit.
L'intensité du courant peut être trouvée en utilisant la densité de courant j: Où S- la section transversale du conducteur. Alors la loi actuelle totale s’écrit
(5)
FLUX MAGNÉTIQUE.
Par analogie avec le flux d'intensité de champ électrique, un flux d'induction de champ magnétique ou flux magnétique est introduit. Flux magnétique à travers une surface appelez le nombre de lignes d’induction magnétique qui le pénètrent. Soit une surface d'une aire de S. Pour trouver le flux magnétique qui la traverse, on divise mentalement la surface en zones élémentaires de superficie DS, qui peuvent être considérés comme plats, et le champ à l'intérieur est uniforme (Fig. 4). Alors le flux magnétique élémentaire dФ Bthrough cette surface est égale à : dФ B = BdS parce qu'un =B n DS, Où B est le module d'induction de champ magnétique à l'emplacement du site, a est l'angle entre le vecteur et la normale au site, B n =B cos a est la projection de l'induction du champ magnétique sur la direction normale. Flux magnétique F B sur toute la surface est égal à la somme de ces flux dФ B, c'est-à-dire
  Riz. 4 |
(6)
puisque la somme de quantités infinitésimales est l’intégration.
En unités SI, le flux magnétique est mesuré en webers (Wb). 1 Wb = 1 T·1 m2.
THÉORÈME DE GAUSS POUR LE CHAMP MAGNÉTIQUE
En électrodynamique, le théorème suivant est prouvé : le flux magnétique pénétrant une surface fermée arbitraire est nul , c'est à dire.
Ce rapport est appelé Théorème de Gauss pour un champ magnétique. Ce théorème est une conséquence du fait que dans la nature, il n'y a pas de « charges magnétiques » (contrairement aux charges électriques) et que les lignes d'induction magnétique sont toujours fermées (contrairement aux lignes d'intensité du champ électrostatique, qui commencent et se terminent par des charges électriques).
TRAVAIL SUR LE MOUVEMENT D'UN CONDUCTEUR AVEC COURANT DANS UN CHAMP MAGNÉTIQUE
|
On sait qu’une force Ampère agit sur un conducteur transportant du courant dans un champ magnétique. Si le conducteur bouge, cette force fonctionne pendant son mouvement. Définissons-le pour un cas particulier. Considérons un circuit électrique, une des sections CC qui peut glisser (sans frottement) le long des contacts. Dans ce cas, la chaîne forme un contour plat. Ce circuit est dans un champ magnétique uniforme avec induction perpendiculaire au plan du circuit, dirigé vers nous (Fig. 5). Vers le site CC La force ampère agit
F = BIl sina =BIl, (8)
Où je- longueur du tronçon, je- l'intensité du courant circulant dans le conducteur. - l'angle entre les directions du courant et du champ magnétique. (Dans ce cas, a = 90° et sin a = 1). Nous trouvons la direction de la force en utilisant la règle de gauche. Lors du déplacement d'une zone CCà une distance élémentaire dx le travail élémentaire est fait dA, égal dA = Fdx. En tenant compte de (8), on obtient :
dA = BIl dx = IB dS = I dФ B, (9)
parce que le dS = ldx- la zone décrite par le conducteur lors de son déplacement, dФ B =B·dS- flux magnétique à travers cette zone ou modification du flux magnétique à travers la zone d'une boucle plate fermée. L'expression (9) est également valable pour un champ magnétique non uniforme. Ainsi, le travail effectué pour déplacer une boucle fermée avec un courant constant dans un champ magnétique est égal au produit de l'intensité du courant et de la variation du flux magnétique à travers la zone de cette boucle.
PHÉNOMÈNE D'INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE
Le phénomène d’induction électromagnétique est le suivant : avec tout changement dans le flux magnétique pénétrant dans la zone couverte par le circuit conducteur, une force électromotrice y apparaît. Ils l'appellent f.e.m. induction . Si le circuit est fermé, alors sous l'influence de la force électromotrice. un courant électrique apparaît, appelé induction .
Considérons l'une des expériences menées par Faraday pour détecter le courant induit, et donc la force électromotrice. induction. Si un aimant est poussé ou tiré dans un solénoïde connecté à un appareil de mesure électrique très sensible (galvanomètre) (Fig. 6), alors lorsque l'aimant se déplace, une déviation de l'aiguille du galvanomètre est observée, indiquant l'apparition d'un courant induit. La même chose est observée lorsque le solénoïde se déplace par rapport à l'aimant. Si l’aimant et le solénoïde sont immobiles l’un par rapport à l’autre, aucun courant induit ne se produit. Ainsi, avec le mouvement mutuel de ces corps, une modification se produit dans le flux magnétique créé par le champ magnétique de l'aimant à travers les spires du solénoïde, ce qui conduit à l'apparition d'un courant induit provoqué par la force électromotrice émergente. induction.
|
LA RÈGLE DE LENZ
La direction du courant d'induction est déterminée La règle de Lenz :le courant induit a toujours une direction telle que le champ magnétique qu'il crée empêche le changement de flux magnétique qui provoque ce courant. Il s'ensuit qu'à mesure que le flux magnétique augmente, le courant induit résultant aura une direction telle que le champ magnétique généré par celui-ci sera dirigé contre le champ externe, neutralisant ainsi l'augmentation du flux magnétique. Une diminution du flux magnétique, au contraire, conduit à l'apparition d'un courant d'induction, qui crée un champ magnétique coïncidant en direction avec le champ extérieur.
|
Supposons, par exemple, que dans un champ magnétique uniforme, il y ait un cadre carré en métal et pénétré par un champ magnétique (Fig. 7). Supposons que le champ magnétique augmente. Cela conduit à une augmentation du flux magnétique à travers la zone du cadre. Selon la règle de Lenz, le champ magnétique du courant induit résultant sera dirigé contre le champ externe, c'est-à-dire le vecteur de ce champ est opposé au vecteur. En appliquant la règle de la vis droite (si l'on fait tourner la vis pour que son mouvement de translation coïncide avec la direction du champ magnétique, alors son mouvement de rotation donne le sens du courant), on trouve le sens du courant d'induction II.
LOI DE L'INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE.
La loi de l'induction électromagnétique, qui détermine la force électromotrice émergente, a été découverte expérimentalement par Faraday. Cependant, il peut être obtenu sur la base de la loi de conservation de l'énergie.
Revenons au circuit électrique représenté sur la Fig. 5 placé dans un champ magnétique. Trouvons le travail effectué par une source actuelle avec emf. e dans une période de temps élémentaire dt, lorsque les charges se déplacent le long du circuit. De la définition de emf. Emploi dA les forces tierces sont égales à : dA magasin = e·dq, Où qq- la quantité de charge circulant dans le circuit au cours du temps dt. Mais dq = Idt, Où je- l'intensité du courant dans le circuit. Alors
dA magasin = e·I·dt. (10)
Le travail de la source de courant est consacré à la libération d'une certaine quantité de chaleur dQ et travailler dA par le mouvement du conducteur CC dans un champ magnétique. Selon la loi de conservation de l'énergie, l'égalité doit être satisfaite
dA magasin = dQ + dA.(11)
De la loi Joule-Lenz on écrit :
dQ = je 2R dt, (12)
Où R. est la résistance totale d'un circuit donné, et d'après l'expression (9)
dA = je dФ B, (13)
Où dФ B est la variation du flux magnétique à travers la zone d'une boucle fermée lorsque le conducteur se déplace. En remplaçant les expressions (10), (12) et (13) dans la formule (12), après réduction par je, on a e· dt = IR dt + dФ B. Diviser les deux côtés de cette égalité par dt, nous trouvons: je = (e – De cette expression, il s'ensuit que dans le circuit, en plus de la force électromotrice. e, une autre force électromotrice agit ei, égal
(14)
et provoqué par une modification du flux magnétique pénétrant dans la zone du circuit. Ce f.e.m. et c'est la FEM. induction électromagnétique ou emf pour faire court. induction. La relation (14) est loi de l'induction électromagnétique, qui est formulé : f.e.m. L'induction dans un circuit est égale au taux de variation du flux magnétique pénétrant dans la zone couverte par ce circuit. Le signe moins dans la formule (14) est une expression mathématique de la règle de Lenz.