Билет №7. F12=-F21. Равенство выражает третий закон Ньютона: тела взаимодействуют друг с другом силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

1. Третий закон Ньютона; формулировка третьего закона Ньютона; характеристика сил действия и противодействия: модуль, направление, точка приложения, природа.
2. Закон электромагнитной индукции Фарадея; правило Ленца; индуктивность; энергия электромагнитного поля.

1. За единицу силы в СИ принята такая сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с2. Эту единицу силы обозначают 1 Н и называют ньютоном:

1Н=1кг·1м/с2=1кг·м·с-2.

F₁₂=-F₂₁. Равенство выражает третий закон Ньютона: тела взаимодействуют друг с другом силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

Приведем примеры, иллюстрирующие третий закон Ньютона. Возьмем в руки два одинаковых динамометра, сцепим их крюками и будем тянуть в разные стороны (рис.). Оба динамометра покажут одинаковые по модулю силы натяжения, т. е. F1=-F2.

третий закон Ньютона выполняется как в случае взаимодействия тел при непосредственном контакте, так и при взаимодействии посредством поля. Третий закон Ньютона, так же как и первый и второй законы динамики, выполняется только в инерциальных системах отсчета.

2.

Явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 г. Он опытным путем установил, что при изменении магнитного поля внутри замкнутого контура в нем возникает электрический ток, который называют индукционным током. Опыты Фарадея можно воспроизвести следующим образом: при внесении или вынесении магнита в катушку, замкнутую на гальванометр, в катушке возникает индукционный ток (рис. 34). Если рядом расположить две катушки (например, на общем сердечнике или одну катушку внутри другой) и одну катушку через ключ соединить с источником тока, то при замыкании или размыкании ключа в цепи первой катушки во второй катушке появится индукционный ток (рис. 35). Объяснение этого явления было дано Максвеллом. Любое переменное магнитное поле всегда порождает переменное электрическое поле.

Для количественной характеристики процесса изменения магнитного поля через замкнутый контур вводится физическая величина под названием «магнитный поток». Магнитным потоком через замкнутый контур площадью S называют физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции B на площадь контура S и на косинус угла, а между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к площади контура. Ф = BS cos а (рис. 36).



Опытным путем был установлен основной закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по величине скорости изменения магнитного потока через контур. . Если рассматривать катушку, содержащую n витков, то формула основного закона электромагнитной индукции будет выглядеть так: .

Единица магнитного потока Ф — вебер (Вб): 1В6 = = 1В-с.

Из основного закона следует смысл размерности: 1 вебер — это величина такого магнитного потока, который, уменьшаясь до нуля за одну секунду, через замкнутый контур наводит в нем ЭДС индукции 1 В.

Классической демонстрацией основного закона электромагнитной индукции является первый опыт Фарадея: чем быстрее перемещать магнит через витки катушки, тем больше возникает индукционный ток в ней, а значит, и ЭДС индукции.

Зависимость направления индукционного тока от характера изменения магнитного поля через замкнутый контур в 1833 г. опытным путем установил русский ученый Ленц. Он сформулировал правило, носящее его имя. Индукционный ток имеет такое направление, при котором его магнитное поле стремится скомпенсировать изменение внешнего магнитного потока через контур. Ленцем был сконструирован прибор, представляющий собой два алюминиевых кольца, сплошное и разрезанное, укрепленные на алюминиевой перекладине и имеющие возможность вращаться вокруг оси, как коромысло (рис. 37). При внесении магнита в сплошное кольцо оно начинало "убегать" от магнита, поворачивая соответственно коромысло. При вынесении магнита из кольца кольцо стремилось «догнать» магнит. При движении магнита внутри разрезанного кольца никакого эффекта не происходило. Ленц объяснял опыт тем, что магнитное поле индукционного тока стремилось компенсировать изменение внешнего магнитного потока.

ваааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааааасСамоиндукция – частный случай электромагнитной индукции.

Самоиндукцией называется явление возникновение индукционного тока в цепи при резком изменении основного тока в цепи

Л₁- лампочка загорается мгновенно

Л₂ – лампочка запаздывает (загорается и гаснет не мгновенно)

t. c

Л1

Правило Ленца для явления самоиндукции: Направление индукционного тока в цепи направлено в противоположную сторону изменения основного тока в цепи. Например, если при замыкании цепи ток возрастает от 0 до максимума, индукционный ток этому препятствует, если цепь размыкается и основной ток падает от максимума до 0, то индукционный ток препятствует резкому падению.

Катушка () – это устройство, содержащее некоторое количество витков, которые изолированы друг от друга (лаком) и железного сердечника (в некоторых случаях). Свойство катушки характеризуются индуктивностью.

Железный сердечник – выполнен из листовой электротехнической стали, листы изолированы друг от друга (лаком). Это сделано, что бы избежать появления вихревых магнитных полей, которые приводят к перегреву сердечника, сбоев в работе с катушкой и не экономии электроэнергии.

Индуктивность ([L]=Гн – генри)- это физическая величина, характеризующая способность контуров с током и окружающей их среды накапливать магнитное поле. Зависит от размеров витков, их количества и наличия железного сердечника.

, где L- коэффициент пропорциональности, n – количество витков катушки, I – сила тока, t- время протекания тока.

Учет самоиндукции в технике: при быстром изменении тока в цепях, содержащих катушки индуктивности (двигатели, генераторы, трансформаторы), например при обрыве цепей, возникает ЭДС индукции, она может достигать очень больших значений – в результате: пробой изоляции. Это учитывается в эл.цепях

Катушки – это источники магнитного поля. Магн. поле обладает энергией.

Доказательство: при замыкании цепей ток постепенно нарастает до определенного значения I_max, то есть совершается работа. Для совершения любой работы необходима энергия. Энергия магн.поля определяется формулой: