1. Garis vektor. Untuk menggambarkan medan elektrostatis secara grafis, garis vektor digunakan - garis tersebut digambar sehingga pada setiap titik garis, vektor diarahkan secara tangensial ke garis tersebut (Gbr. 3.6). Garis-garis tersebut tidak berpotongan di mana pun; garis-garis tersebut dimulai pada muatan positif, berakhir pada muatan negatif, atau berlanjut hingga tak terhingga. Contoh representasi grafis dari bidang muatan titik ditunjukkan pada Gambar. 3.6, b, c, d. Sudah jelas itu
untuk muatan satu titik, garisnya adalah garis lurus yang keluar atau masuk muatan. Dalam kasus medan listrik seragam (Gbr. 3.6, e), pada setiap titik yang vektornya sama besar dan arahnya, garis-garisnya adalah garis lurus, sejajar satu sama lain dan berjarak sama dari masing-masing titik. lainnya.
Gambar grafis bidang menggunakan garis memungkinkan Anda melihat arah dengan jelas gaya Coulomb, bertindak biaya poin, ditempatkan di titik ini bidang, yang nyaman untuk analisis kualitatif perilaku biaya.
Biasanya garis digambar sedemikian rupa sehingga kepadatannya (jumlah garis yang menusuk tegak lurus) permukaan rata luas tetap) pada setiap titik bidang yang ditentukan nilai angka vektor Oleh karena itu, berdasarkan tingkat kedekatan garis satu sama lain, seseorang dapat menilai perubahan modulus dan, dengan demikian, perubahan modulus gaya Coulomb yang bekerja pada partikel bermuatan dalam medan listrik.
2. Permukaan ekuipotensial. Permukaan ekuipotensial adalah permukaan dengan potensial yang sama; pada setiap titik di permukaan, potensial φ tetap konstan. Oleh karena itu, usaha dasar untuk memindahkan muatan Q pada permukaan seperti itu akan sama dengan nol: . Oleh karena itu vektor pada setiap titik permukaan akan tegak lurus terhadapnya, yaitu. akan diarahkan sepanjang vektor normal (Gbr. 3.6, d). Memang, jika tidak demikian, maka akan ada komponen vektor () yang diarahkan secara tangensial ke permukaan, dan oleh karena itu, potensial pada titik-titik berbeda di permukaan akan berbeda ( 
¹const), yang bertentangan dengan definisi permukaan ekuipotensial.
Gambar 3.6 menunjukkan representasi grafis medan listrik menggunakan permukaan ekuipotensial (garis putus-putus) untuk muatan titik (Gambar 3.6, b, c, ini adalah bola yang di tengahnya terdapat muatan titik), untuk medan yang diciptakan secara bersamaan oleh muatan negatif dan muatan positif ( Gambar 3.6, d), untuk medan listrik seragam (Gambar 3.6, d, ini adalah bidang yang tegak lurus terhadap garis).
Kami sepakat untuk melaksanakannya permukaan ekuipotensial sehingga beda potensial antar permukaan yang berdekatan adalah sama. Ini memungkinkan Anda melihat perubahannya dengan jelas energi potensial muatan ketika bergerak dalam medan listrik.
Fakta bahwa vektor tegak lurus terhadap permukaan ekuipotensial di setiap titik membuatnya cukup mudah untuk berpindah dari representasi grafis medan listrik menggunakan garis ke permukaan ekuipotensial dan sebaliknya. Jadi, dengan menggambar garis putus-putus pada Gambar 3.6, b, c, d, e, tegak lurus terhadap garis, Anda dapat memperoleh representasi grafis dari medan menggunakan permukaan ekuipotensial pada bidang gambar.
Representasi grafis suatu medan menggunakan vektor tegangan di berbagai titik di lapangan sangat merepotkan. Vektor ketegangan saling tumpang tindih, dan hasilnya adalah gambaran yang sangat membingungkan. Metode penggambaran medan listrik menggunakan garis gaya yang dikemukakan oleh Faraday lebih bersifat visual.
Garis tegangan (garis medan) adalah garis yang ditarik dalam medan sedemikian sehingga garis singgungnya pada setiap titik berimpit dengan arah vektor kuat medan pada suatu titik tertentu (Gbr. 8).
Garis ketegangan tidak berpotongan, karena di setiap titik dalam medan vektor intensitas hanya mempunyai satu arah. Gambar 9 menunjukkan medan elektrostatik muatan titik dan dipol serta bidang yang sangat besar.
Biarkan muatan q bergerak sepanjang muatan seragam bidang tak terbatas dari poin 1 ke poin 2. Saluran listrik medan elektrostatis dan vektor intensitas medan ini diarahkan tegak lurus terhadap bidang (Gbr. 9). Mari kita hitung pekerjaannya kekuatan listrik saat memindahkan muatan.
, Karena
Namun usaha yang sama dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan. Dan karena sama dengan nol, maka potensial medan di titik 1 dan 2 adalah sama. Akibatnya, permukaan dengan potensi yang sama, yaitu. ekuipotensial dan permukaan yang terletak sepanjang bidang dan normal terhadap garis tegangan. Hal ini juga berlaku untuk bidang muatan titik, bidang bola yang bermuatan di atas permukaan atau di atas volume, dan bidang lainnya.
Jadi, garis tegangan selalu tegak lurus terhadap permukaan ekuipotensial, yaitu. permukaan yang potensialnya sama.
Gambar 9 menunjukkan bidang muatan titik yang dimilikinya simetri pusat. Garis tegangan adalah garis lurus, meninggalkan muatan jika positif dan masuk muatan jika negatif. Oleh karena itu, muatan positif dapat dianggap sebagai awal dari garis tegangan, dan muatan negatif dapat dianggap sebagai tempat ujungnya. Garis singgung garis-garis gaya bertepatan dengan garis-garis itu sendiri dan diarahkan pada setiap titik medan searah dengan tegangan.
Dalam kasus dipol, garis-garis ini melengkung. Perlu dicatat bahwa dalam semua kasus ini, medan elektrostatik tidak seragam - di setiap titik medan, intensitasnya berbeda dalam besaran dan arahnya. Jelas sekali garisnya lapangan seragam adalah garis lurus yang sejajar dengan vektor tegangan.
Jumlah saluran listrik yang dipasang di ruang angkasa tidak dibatasi dengan cara apa pun. Garis tegangan, meskipun mencirikan arah tegangan, tidak mencirikan besarnya tegangan. Namun, Anda dapat memperkenalkan kondisi yang menghubungkan besarnya tegangan dengan jumlah garis gaya yang dihantarkan. Jika tegangannya lebih besar, maka garisnya akan ditarik lebih tebal, dan jika tegangannya lebih kecil, maka garisnya akan ditarik kurang rapat. Diakui bahwa jumlah garis yang melalui suatu satuan permukaan yang letaknya tegak lurus terhadap garis gaya adalah sama dengan nilai numerik ketegangan.
Jumlah keseluruhan garis tegangan yang menembus suatu permukaan tertentu disebut aliran tegangan yang melalui permukaan tersebut.
Kami memperoleh persamaan untuk menghitung aliran tegangan – N E . Pertama, kita menentukan aliran tegangan melalui suatu luas dasar yang terletak pada sudut tertentu terhadap vektor tegangan (Gbr. 10).
Mempelajari medan elektrostatik menggunakan kertas penghantar listrik
Medan listrik dan ciri-cirinya. Representasi grafis dari medan listrik. Garis medan dan permukaan ekuipotensial.
Medan listrik – jenis khusus materi yang ada di sekitar benda atau partikel bermuatan listrik, serta ketika medan magnet berubah (misalnya, dalam gelombang elektromagnetik). Medan listrik tidak terlihat secara langsung, tetapi dapat dideteksi karena pengaruhnya yang kuat pada benda bermuatan.
Sifat utama medan elektrostatis adalah pengaruhnya terhadap muatan listrik stasioner.
Untuk hitungan medan listrik, karakteristik gaya diperkenalkan - kekuatan medan listrik.
Kekuatan medan listrik– besaran fisis vektor, secara numerik sama dengan kekuatan, bekerja pada satuan muatan titik positif yang ditempatkan pada suatu titik tertentu di lapangan:
Arah vektor E pada setiap titik dalam ruang berimpit dengan arah gaya yang bekerja pada satu satuan muatan positif.
Potensi listrik - Ini karakteristik energi medan listrik, yang menyatakan intensitasnya. Ini menentukan “potensi”, pasokan energi, pekerjaan yang dapat dilakukan.
Potensial secara numerik sama dengan energi potensial suatu titik muatan positif, ditempatkan pada titik tertentu di lapangan:
Setiap titik medan listrik mempunyai potensial, dan antara dua poin yang berbeda beda potensial terbentuk dan tegangan. Ini mencirikan pasokan energi yang dapat dilepaskan ketika muatan bergerak antara dua titik dalam medan listrik yang sedang dipertimbangkan.
Tegangan ditentukan oleh perbandingan usaha yang dilakukan oleh medan listrik A untuk jumlah biaya Q, yang bergerak di dalamnya:
Untuk tujuan visual representasi grafis bidang, akan lebih mudah untuk menggunakan garis gaya - garis berarah, yang garis singgungnya pada setiap titik bertepatan dengan arah vektor kuat medan listrik (Gbr. 153).
Garis-garis gaya medan yang ditimbulkan oleh suatu muatan titik adalah sekumpulan garis lurus yang meninggalkan (untuk positif) atau memasuki (untuk negatif) titik di mana muatan itu berada (Gbr. 154).
Sifat-sifat garis medan listrik:
1. Garis gaya tidak berpotongan.
2. Saluran listrik tidak ada kekusutan.
3.Garis medan elektrostatik dimulai dan diakhiri pada muatan atau berlanjut hingga tak terhingga.
Permukaan ekuipotensial– permukaan di semua titik yang mempunyai potensial medan listrik nilai yang sama:
φ ( X; kamu; z) = konstanta.
Permukaan ekuipotensial tertutup dan tidak berpotongan. Antara dua titik pada permukaan ekuipotensial, beda potensialnya adalah nol. Artinya vektor gaya pada setiap titik lintasan muatan sepanjang permukaan ekuipotensial tegak lurus terhadap vektor kecepatan. Akibatnya, garis kuat medan elektrostatis tegak lurus terhadap permukaan ekuipotensial.
Usaha yang dilakukan oleh gaya medan listrik untuk setiap pergerakan muatan sepanjang permukaan ekuipotensial adalah dA = 0, karena dφ = 0.
Permukaan ekuipotensial medan muatan listrik titik adalah bola yang pusat muatannya berada (Gbr. 136).
Permukaan ekuipotensial medan listrik seragam adalah bidang yang tegak lurus terhadap garis tegangan (Gbr. 137).
Lebih mudah untuk merepresentasikan medan elektrostatis secara grafis menggunakan garis gaya dan permukaan ekuipotensial.
saluran listrik– ini adalah garis yang setiap titik singgungnya berimpit dengan arah vektor tegangan (lihat gambar). Garis gaya diberi arah oleh anak panah. Properti saluran listrik:
1 ) Garis-garis gaya itu kontinu. Mereka mempunyai awal dan akhir - mereka mulai dengan muatan positif dan berakhir dengan muatan negatif.
2 ) Garis-garis bidang tidak dapat saling berpotongan, karena ketegangan adalah gaya, dan tidak mungkin ada dua gaya pada suatu titik dari satu muatan.
3 ) Garis-garis gaya ditarik sedemikian rupa sehingga jumlahnya melalui suatu satuan luas yang tegak lurus sebanding dengan besarnya tegangan.
4 ) Garis gaya “keluar” dan “masuk” selalu tegak lurus terhadap permukaan benda.
5 ) Garis gaya tidak sama dengan lintasan muatan yang bergerak. Garis singgung lintasan bertepatan dengan arah kecepatan, dan garis singgung garis gaya bertepatan dengan gaya dan, oleh karena itu, percepatan.
Permukaan ekuipotensial disebut permukaan yang setiap titiknya mempunyai nilai potensial yang sama j = konstanta.
Garis medan selalu tegak lurus terhadap permukaan ekuipotensial. Mari kita buktikan. Biarkan muatan titik bergerak sepanjang permukaan ekuipotensial Q. Pekerjaan dasar, dilakukan dalam hal ini sama dengan dA=qE×cosa×dl = q×dj = 0, Karena dj = 0. Karena q ,E Dan ×dl¹ 0, oleh karena itu
cosa = 0 Dan A= 90o.
 | Gambar tersebut menunjukkan medan elektrostatis dari dua muatan titik yang identik. Garis dengan panah adalah garis gaya, kurva tertutup adalah permukaan ekuipotensial. Di tengah garis aksial yang menghubungkan muatan, tegangannya 0. Sangat jarak jauh |
 | dari muatan, permukaan ekuipotensial menjadi bulat. |
.
Gambar ini menunjukkan medan homogen - ini adalah medan di setiap titik yang besar dan arahnya vektor intensitasnya tetap konstan. Permukaan ekuipotensial adalah bidang yang tegak lurus terhadap garis gaya. Vektor tegangan selalu mengarah ke penurunan potensial.
Topik 1. Pertanyaan 6. Prinsip superposisi. Berdasarkan data percobaan diperoleh ) prinsip superposisi ( hamparan muatan, kuat medan yang dihasilkan sama dengan jumlah vektor, dan potensialnya adalah jumlah aljabar (dengan mempertimbangkan tanda) dari medan yang diciptakan oleh setiap muatan secara terpisah. Pada distribusi yang berkelanjutan muatan dalam suatu benda, jumlah vektor diganti dengan integral, dimana dE Dan dj– intensitas dan potensi medan muatan dasar (titik) yang dialokasikan dalam tubuh. Secara matematis prinsip superposisi dapat dituliskan sebagai berikut.
Topik 2. Pertanyaan 1.
teorema Gauss.
Pertama kami memperkenalkan konsep “ aliran vektor" - Ini besaran skalar
 (N×m 2 /Cl = V×m) | fluks dasar dari vektor tegangan E, n – normal ke situs, dS– situs dasar adalah situs kecil di dalamnya E= konstanta; E n– proyeksi vektor E ke arah normal N | ||
 | aliran vektor tegangan melalui lokasi terminal S | ||
 | -²- -²- -²-melalui permukaan tertutup S | ||
1) Bola, dibebankan dengan kepadatan permukaan mengenakan biaya S(C/m 2)
Mari kita perhatikan luasnya: 1) di luar bola () dan di dalamnya (). Mari kita pilih permukaan: 1) S 1 dan 2) S 2– kedua permukaannya berbentuk bola, konsentris dengan bola bermuatan. Pertama, mari kita cari aliran vektornya E melalui permukaan yang dipilih, dan kemudian gunakan teorema.
 (¨)
| Benang vektor E melalui S 1() Dan S 2. () E^N, a = 0, cosa = 1. |  | |
 (¨¨)
| dengan teorema Gauss; F 2= 0, karena S 2 tidak mencakup biaya apa pun. Menyamakan aliran dari (¨) dan (¨¨), kita temukan E(kanan). | ||
 | |||
 Q = s×2pR 2– muatan penuh bola | Di luar bola, medannya sama dengan medan muatan titik. Pada batas bola terjadi lonjakan tegangan. |
Topik 2. Pertanyaan 2.
teorema Gauss.
2) Benang panjang tipis, bermuatan dengan kerapatan muatan linier T(C/m)
Dalam hal ini, permukaan “Gaussian” adalah silinder yang panjangnya koaksial dengan ulir aku.
Pertama, cari alirannya, lalu gunakan teorema Gauss.
Topik 2. Pertanyaan 3.
teorema Gauss.
3) Silinder panjang berdinding tipis, dibebankan:
1) dengan kerapatan muatan linier T atau
2) dengan kepadatan muatan permukaan S.
Contoh ini mirip dengan contoh sebelumnya. Kami memilih permukaan Gaussian dalam bentuk silinder koaksial, dan membagi permukaan menjadi satu lateral dan dua torsional. Dalam kasus pertama, untuk kerapatan linier tertentu T kami mendapatkan rumus yang sama seperti untuk utas panjang. Dalam kasus kedua, biaya yang ditanggung sama dengan ( s×2p×R×l) dan rumus untuk E agak berbeda, meskipun tergantung pada R- adalah sama.
  |  |  |
Topik 2. Pertanyaan 4.
1. Muatan listrik. hukum Coulomb.
2. Medan listrik. Ketegangan, potensial, beda potensial. Representasi grafis dari medan listrik.
3. Konduktor dan dielektrik, konstanta dielektrik relatif.
4. Arus, kuat arus, rapat arus. Efek termal saat ini
5. Medan magnet, induksi magnet. Saluran listrik. Pengaruh medan magnet pada konduktor dan muatan. Pengaruh medan magnet pada rangkaian pembawa arus. Permeabilitas magnetik.
6. Induksi elektromagnetik. Toki Fuko. Induksi diri.
7. Kapasitor dan induktor. Energi medan listrik dan magnet.
8. Konsep dasar dan rumus.
9. Tugas.
Karakteristik medan listrik dan magnet yang diciptakan atau dipengaruhi oleh sistem biologis merupakan sumber informasi tentang keadaan suatu organisme.
10.1. Muatan listrik. hukum Coulomb
Muatan suatu benda terdiri dari muatan elektron dan protonnya, yang muatannya sama besar dan berlawanan tanda (e = 1,67x10 -19 C).
Benda yang jumlah elektron dan protonnya sama disebut tidak bermuatan.
Jika karena alasan tertentu persamaan antara jumlah elektron dan proton dilanggar, maka benda tersebut disebut dibebankan dan dia muatan listrik ditentukan oleh rumus
hukum Coulomb
Interaksi tidak bergerak poin mematuhi biaya hukum Coulomb dan dipanggil Coulomb atau elektrostatis.
Kekuatan interaksi dua poin biaya stasioner berbanding lurus dengan hasil kali nilainya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya:
10.2. Medan listrik. Ketegangan, potensial, beda potensial. Representasi grafis dari medan listrik
Medan listrik adalah suatu bentuk materi yang melaluinya interaksi antara muatan listrik terjadi.
Medan listrik diciptakan oleh benda bermuatan. Sifat kekuatan medan listrik adalah besaran vektor, disebut kekuatan medan.
Kekuatan medan listrik(E) pada suatu titik tertentu dalam ruang sama dengan gaya yang bekerja pada satuan muatan titik yang ditempatkan pada titik tersebut:
Potensi, perbedaan potensial
Ketika suatu muatan berpindah dari satu titik dalam medan ke titik lainnya, gaya-gaya medan melakukan kerja yang tidak bergantung pada bentuk lintasannya. Untuk menghitung pekerjaan ini, gunakan yang khusus kuantitas fisik, ditelepon potensi.
Representasi grafis dari medan listrik
Untuk mewakili medan listrik secara grafis, gunakan saluran listrik atau permukaan ekuipotensial(biasanya satu hal). saluran listrik- garis yang garis singgungnya berimpit dengan arah vektor tegangan pada titik-titik yang bersesuaian.
Kerapatan garis medan sebanding dengan kuat medan. Permukaan ekuipotensial- permukaan yang semua titiknya mempunyai potensial yang sama.
Permukaan-permukaan ini dibuat sedemikian rupa sehingga beda potensial antara permukaan-permukaan yang berdekatan adalah konstan.
Beras. 10.1. Garis medan dan permukaan ekuipotensial bola bermuatan
Garis medan tegak lurus terhadap permukaan ekuipotensial.
Gambar 10.1 menunjukkan garis medan dan permukaan ekuipotensial bidang bola bermuatan.
Gambar 10.2, a menunjukkan garis-garis medan dan permukaan ekuipotensial untuk medan yang ditimbulkan oleh dua pelat, yang muatannya sama besar dan berlawanan tanda. Gambar 10.2, b menunjukkan garis-garis medan dan permukaan ekuipotensial medan listrik bumi dekat pria yang berdiri.
Beras. 10.2. Medan listrik dua pelat (a); medan listrik bumi di dekat orang yang berdiri (b).
10.3. Konduktor dan dielektrik, konstanta dielektrik relatif
Zat yang mempunyai muatan bebas disebut konduktor.
Jenis konduktor utama adalah logam, larutan elektrolit, dan plasma. Dalam logam, muatan bebas adalah elektron pada kulit terluar yang terpisah dari atom. Dalam elektrolit, muatan bebas adalah ion-ion zat terlarut. Dalam plasma, muatan bebas adalah elektron, yang dipisahkan dari atom ketika suhu tinggi, dan ion positif.
Zat yang tidak mengandung biaya gratis, disebut dielektrik.
Semua gas adalah dielektrik suhu rendah, resin, karet, plastik dan banyak non-logam lainnya. Molekul dielektrik bersifat netral, tetapi pusatnya positif dan muatan negatif tidak cocok. Molekul seperti itu disebut polar dan digambarkan sebagai dipol. Gambar 10.3 menunjukkan struktur molekul air (H 2 O) dan dipolnya yang bersesuaian.
Beras. 10.3. Molekul air dan gambarannya berupa dipol
Jika ada konduktor dalam medan elektrostatik (bermuatan atau tidak - tidak ada bedanya), maka muatan bebas didistribusikan kembali sedemikian rupa sehingga medan listrik yang diciptakan olehnya memberi kompensasi bidang luar. Oleh karena itu, kuat medan listrik di dalam konduktor sama dengan nol.
Jika terdapat dielektrik dalam medan elektrostatis, maka molekul polarnya “cenderung” memposisikan diri di sepanjang medan tersebut. Hal ini menyebabkan penurunan medan di dalam dielektrik.
Konstanta dielektrik (ε) - besaran skalar tak berdimensi yang menunjukkan berapa kali kuat medan listrik dalam dielektrik berkurang dibandingkan dengan medan dalam ruang hampa:
10.4. Arus, kekuatan arus, rapat arus. Efek termal dari arus
Sengatan listrik disebut pergerakan teratur muatan bebas dalam suatu zat. Arah arus dianggap sebagai arah pergerakan positif biaya.
Arus listrik timbul pada suatu penghantar yang ujung-ujungnya ditopang tegangan listrik(kamu).
Secara kuantitatif listrik dicirikan menggunakan besaran khusus - kekuatan saat ini.
Kekuatan saat ini dalam suatu penghantar adalah besaran skalar yang menunjukkan banyaknya muatan yang melewati penampang penghantar dalam waktu 1 s.
Untuk menunjukkan distribusi arus dalam konduktor bentuk yang kompleks, gunakan rapat arus (j).
Kepadatan arus dalam suatu penghantar sama dengan perbandingan arus terhadap luas penampang penghantar:
Di sini R adalah karakteristik konduktor yang disebut resistansi. Satuan pengukuran adalah Ohm.
Nilai resistansi suatu konduktor tergantung pada bahan, bentuk dan ukurannya. Untuk konduktor berbentuk silinder, hambatannya berbanding lurus dengan panjangnya (aku) dan berbanding terbalik dengan luas persilangan(S):
Koefisien proporsionalitas ρ disebut spesifik hambatan listrik bahan konduktor; dimensinya adalah Omm.
Aliran arus melalui suatu penghantar disertai dengan pelepasan kalor Q. Banyaknya kalor yang dilepaskan dalam penghantar selama waktu t dihitung dengan menggunakan rumus
Efek termal arus pada titik tertentu pada suatu konduktor ditandai dengan daya termal tertentu Q.
Daya termal spesifik - jumlah panas yang dilepaskan per satuan volume konduktor per satuan waktu.
Untuk mencari nilai ini, Anda perlu menghitung atau mengukur jumlah kalor dQ yang dilepaskan di sekitar titik kecil, lalu membaginya dengan waktu dan volume di sekitar titik tersebut:
dimana ρ - resistivitas konduktor.
10.5. Medan magnet, induksi magnet. Saluran listrik. Permeabilitas magnetik
Medan magnet adalah suatu bentuk materi yang melaluinya interaksi muatan listrik yang bergerak terjadi.
Di mikrokosmos, medan magnet tercipta memisahkan partikel bermuatan yang bergerak. Pada kacau pergerakan partikel bermuatan dalam materi, medan magnetnya saling mengimbangi dan medan magnet di makrokosmos tidak muncul. Jika pergerakan partikel dalam suatu zat terjadi dengan cara apapun mengatur, kemudian medan magnet juga muncul di makrokosmos. Misalnya, medan magnet muncul di sekitar konduktor yang membawa arus. Rotasi elektron yang teratur secara khusus pada beberapa zat juga menjelaskan sifat-sifat magnet permanen.
Sifat kekuatan medan magnet adalah vektor induksi magnetikB. Satuan induksi magnet - tesla(Tl).
Saluran listrik
Medan magnet direpresentasikan secara grafis menggunakan garis induksi magnetik(garis gaya magnet). Garis singgung garis medan menunjukkan arah vektor DI DALAM pada titik-titik yang sesuai. Kepadatan garis sebanding dengan modulus vektor DI DALAM. Berbeda dengan garis medan elektrostatis, garis induksi magnet tertutup (Gbr. 10.4).
Beras. 10.4. Garis gaya magnet
Pengaruh medan magnet pada konduktor dan muatan
Mengetahui besarnya induksi magnet (V) dalam tempat ini, Anda dapat menghitung gaya yang diberikan oleh medan magnet pada konduktor berarus atau muatan bergerak.
A) kekuatan ampere, bekerja pada bagian lurus penghantar pembawa arus tegak lurus terhadap kedua arah B dan penghantar pembawa arus (Gbr. 10.5, a):
dimana saya adalah kekuatan saat ini; aku- panjang konduktor; α adalah sudut antara arah arus dan vektor B.
B) gaya Lorentz yang bekerja pada muatan yang bergerak tegak lurus terhadap arah B dan arah kecepatan muatan (Gbr. 10.5, b):
dimana q adalah jumlah biaya; ay- kecepatannya; α - sudut antar arah ay dan V.
Beras. 10.5. Gaya Ampere (a) dan Lorentz (B).
Permeabilitas magnetik
Seperti halnya dielektrik yang ditempatkan pada medan listrik luar terpolarisasi dan menciptakan medan listriknya sendiri, zat apa pun yang ditempatkan di medan magnet luar, termagnetisasi dan menciptakan medan magnetnya sendiri. Oleh karena itu, besarnya induksi magnet di dalam zat (B) berbeda dengan besarnya induksi magnet dalam ruang hampa (B 0). Induksi magnet pada suatu zat dinyatakan melalui induksi medan magnet dalam ruang hampa sesuai rumus
di mana μ adalah permeabilitas magnetik suatu zat. Untuk vakum μ = 1
Permeabilitas magnetik suatu zat(μ) adalah besaran tak berdimensi yang menunjukkan berapa kali perubahan induksi medan magnet suatu zat dibandingkan dengan induksi medan magnet dalam ruang hampa.
Berdasarkan kemampuannya dalam melakukan magnetisasi, zat dibagi menjadi tiga kelompok:
1) bahan diamagnetik, untuk itu μ< 1 (вода, стекло и др.);
2) paramagnet, yang μ > 1 (udara, karet keras, dll.);
3) feromagnet, yang μ >>1 (nikel, besi, dll.).
Untuk bahan dia- dan paramagnetik, perbedaan permeabilitas magnetik dari kesatuan sangat kecil (~0,0001). Magnetisasi zat-zat ini ketika dikeluarkan dari medan magnet menghilang.
Untuk bahan feromagnetik, permeabilitas magnetnya bisa mencapai beberapa ribu (misalnya, untuk besi = 5.000-10.000). Ketika dihilangkan dari medan magnet, magnetisasi feromagnet sebagian terjadi disimpan. Ferromagnet digunakan untuk membuat magnet permanen.
10.6. Induksi elektromagnetik. Toki Fuko. Induksi diri
Pada suatu rangkaian penghantar tertutup yang ditempatkan dalam medan magnet, pada kondisi tertentu timbul arus listrik. Untuk menggambarkan fenomena ini, besaran fisika khusus digunakan - fluks magnet. Fluks magnet melalui kontur luas S, normalnya (N) membentuk sudut dengan arah medan (Gbr. 10.6), dihitung dengan rumus
Beras. 10.6. Fluks magnet melalui loop
Fluks magnet adalah besaran skalar; satuan weber[Wb].
Menurut hukum Faraday, dengan perubahan apapun fluks magnet menembus sirkuit, gaya gerak listrik muncul di dalamnya E(ggl induksi), yang sama dengan laju perubahan fluks magnet yang melewati rangkaian:
E.m.f. induksi terjadi pada rangkaian yang masuk variabel medan magnet atau berputar dalam medan magnet konstan. Pada kasus pertama, perubahan fluks disebabkan oleh perubahan induksi magnet (B), dan pada kasus kedua, oleh perubahan sudut . Rotasi rangka kawat antara kutub magnet digunakan untuk menghasilkan listrik.
Toki Fuko
Dalam beberapa kasus, induksi elektromagnetik muncul bahkan tanpa adanya sirkuit yang dibuat khusus. Jika di variabel Jika terdapat benda penghantar dalam medan magnet, maka timbul arus eddy di seluruh volumenya, yang alirannya disertai dengan pelepasan panas. Mari kita jelaskan mekanisme kemunculannya dengan menggunakan contoh piringan penghantar yang terletak di medan magnet yang berubah-ubah. Disk dapat dianggap sebagai “kumpulan” kontur tertutup yang bersarang satu sama lain. Pada Gambar. 10.7 Kontur bersarang adalah segmen cincin di antaranya
Beras. 10.7. Arus Foucault dalam piringan penghantar terletak pada medan magnet bolak-balik yang seragam. Arah arus sesuai dengan peningkatan V
lingkaran. Ketika medan magnet berubah, fluks magnet juga berubah. Oleh karena itu, arus yang ditunjukkan oleh panah diinduksi pada setiap rangkaian. Himpunan semua arus tersebut disebut
Arus Foucault.
Dalam teknologi, kita harus melawan arus Foucault (kehilangan energi). Namun, dalam pengobatan, arus ini digunakan untuk menghangatkan jaringan.
Induksi diri Fenomena induksi elektromagnetik juga dapat diamati kapan luar tidak ada medan magnet. Misalnya, jika Anda melewati kontur tertutup variabel
arus, maka akan timbul medan magnet bolak-balik, yang selanjutnya akan menimbulkan fluks magnet bolak-balik melalui rangkaian, dan akan timbul ggl di dalamnya. Induksi diri
Gaya gerak listrik induksi diri berbanding lurus dengan laju perubahan arus dalam rangkaian:
Tanda “-” berarti ggl induktif diri mencegah perubahan kuat arus dalam rangkaian. Faktor proporsionalitas L disebut karakteristik rangkaian induktansi. Satuan induktansi - Henry (Hn).
10.7. Kapasitor dan induktor. Energi medan listrik dan magnet
Dalam teknik radio untuk menciptakan medan listrik dan magnet yang terkonsentrasi daerah kecil spasi, gunakan perangkat khusus - kapasitor Dan induktor.
Kapasitor terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh lapisan dielektrik, di mana ditempatkan muatan-muatan yang besarnya sama dan berlawanan tanda. Konduktor ini disebut piring kapasitor.
Isi daya kapasitor disebut muatan pelat positif.
Pelat-pelat tersebut mempunyai bentuk yang sama dan letaknya pada jarak yang sangat kecil dibandingkan dengan ukurannya. Dalam hal ini, medan listrik kapasitor hampir seluruhnya terkonsentrasi di ruang antara pelat.
Kapasitas listrik Kapasitor disebut perbandingan muatannya dengan beda potensial antar pelat:
Satuan kapasitas - farad(F = Cl/V).
Sebuah kapasitor datar terdiri dari dua pelat sejajar dengan luas S, dipisahkan oleh lapisan dielektrik dengan ketebalan d dengan konstanta dielektrik ε. Jarak antar lempeng jauh lebih kecil dibandingkan jari-jarinya. Kapasitas kapasitor tersebut dihitung dengan rumus:
Induktor adalah kumparan kawat dengan inti feromagnetik (untuk meningkatkan medan magnet). Diameter kumparan jauh lebih kecil dibandingkan panjangnya. Dalam hal ini, medan magnet yang diciptakan oleh arus yang mengalir hampir seluruhnya terkonsentrasi di dalam kumparan. Perbandingan fluks magnet (F) dengan arus (I) merupakan ciri-ciri kumparan yang disebut nya induktansi(kiri):
Satuan induktansi - Henry(Gn = Wb/A).
Energi medan listrik dan magnet
Listrik dan Medan gaya bersifat material dan, sebagai hasilnya, memiliki energi.
Energi medan listrik dari kapasitor bermuatan:
dimana saya adalah kuat arus pada kumparan; L adalah induktansinya.
10.8. Konsep dan rumus dasar
Kelanjutan tabel
Kelanjutan tabel
Kelanjutan tabel
Akhir meja
10.9. Tugas
1. Berapakah gaya tarik menarik muatan 1 C yang terletak pada jarak 1 m satu sama lain?
Larutan
Dengan menggunakan rumus (10.1) kita menemukan: F = 9*10 9* 1*1/1 = 9x10 9 N. Menjawab: F = 9x10 9 N.
2. Dengan gaya berapa inti atom besi ( nomor seri 26) menarik elektron pada kulit bagian dalam dengan jari-jari r = 1x10 -12 m?
Larutan
Muatan nuklir q = +26е. Kita mencari gaya tarik menarik menggunakan rumus (10.1). Menjawab: F = 0,006 N.
3. Perkirakan muatan listrik bumi (negatif) jika kuat medan listrik di permukaan bumi E = 130 V/m. Jari-jari bumi adalah 6400 km.
Larutan
Kuat medan dekat bumi adalah kuat medan bola bermuatan:
E = k*q|/R 2, dimana k = 1/4πε 0 = 910 9 Nm 2 / Cl 2.
Dari sini kita menemukan |q| = ER 2 /k = )
