3. Electromagnetismo
Electromagnetismo Es una rama de la electricidad que se ocupa del efecto de cargas en movimiento sobre cargas en movimiento.
El movimiento de la carga puede ser uniforme (Primera Ley de Newton). Si a dicha carga se le adjunta un sistema de referencia, entonces la carga no se mueve en este sistema. Así, si otra partícula cargada se mueve paralela a la primera a la misma velocidad y en la misma dirección, entonces no habrá interacción magnética entre ellas, sino sólo una interacción de Coulomb. Entonces, para que la interacción magnética se manifieste, las partículas deben moverse o con a diferentes velocidades o en una dirección diferente.
Conexión de características campo magnético:
B = µ0 *H;
donde B es la inducción del campo magnético;
H - intensidad del campo magnético;
µ 0 = 1,16 * 10-6
Para que las cargas se muevan direccionalmente en el espacio, es necesario tener un medio conductor específicamente orientado en el espacio.
3.2. Interacción de corrientes paralelas.
Ley de Faraday:
,
donde µ es la característica magnética del medio, llamada permeabilidad magnética.
La dirección de las corrientes afecta la fuerza de la interacción.
Por analogía con la electrostática, donde la fuerza determina la tensión y la tensión determina la inducción, en el magnetismo la tensión y la inducción determinan las características de la fuerza. Se acostumbra considerar la tensión como la principal fuerza característica en electrostática y la inducción en magnetismo.
Regla de barrena:
Si la corriente se dirige a lo largo de la torsión de la barrena, entonces la cabeza gira a lo largo de la línea de fuerza. En cada punto del espacio la dirección líneas eléctricas coincide con la dirección de la tangente. Por tanto, las líneas del campo magnético están cerradas.
3.3. Principio de superposición
Supongamos en la figura que la dirección de las corrientes es perpendicular al plano de la figura. Luego en los puntos:
A:Brez = B 1 + B 2
D:Brez = B 1 - B 2
Se acostumbra representar la dirección de las líneas perpendiculares al plano del dibujo:
D - de nosotros,
- a nosotros.3.4. Ley de Biot-Savart-Laplace
3.4.1. Campo magnético de un conductor portador de corriente.
EN caso general Para determinar el campo magnético de un conductor arbitrario con un signo arbitrario del flujo de corriente, realizamos una diferenciación. Definimos la inducción total como la suma de las inducciones elementales de los elementos actuales dl que contienen dq de una carga en movimiento.
Según el último enunciado, coincide con la perpendicular al plano formado por los vectores velocidad y radio.
Usando fórmulas conocidas, obtenemos:
La última fórmula es la ley de Biot-Savart-Laplace para determinar la inducción magnética de un conductor por el que circula corriente.
3.4.2. Aplicación de la ley de Biot-Savart-Laplace para analizar los campos magnéticos de conductores portadores de corriente de diversas configuraciones. Conductor rectilíneo finito e infinito con corriente.
Aceptamos las siguientes condiciones:
.
Entonces
Traduzcamos a forma escalar y expresemos las cantidades geométricas a través de un parámetro, el parámetro a:
;
Usamos las condiciones de geometría:
Siempre que:
Sustituyendo esto en la fórmula de dB, obtenemos:
Esta es la expresión para el componente del campo magnético en un punto pag elemento conductor con corriente dl. Entonces el campo magnético total del conductor portador de corriente en el punto deseado toma la forma:
Llamemos a los ángulos límite α 1 y α 2 los ángulos en los que los extremos del conductor que crea el campo magnético son visibles desde el punto deseado. Luego, para el conductor final con corriente se verá así:
.
Si el conductor es infinito, es decir
, Eso: ; 
.
Entonces 
.
3.4.3. Campo magnético de un conductor circular que transporta corriente.
La dirección del campo magnético (B) dentro de un conductor circular que transporta corriente también obedece a la regla de la barrena (tapa como corriente, barrena como inducción). Campo magnético del elemento dl de un conductor circular con corriente:
Entonces para un conductor cerrado con corriente en el centro de la espira, el campo magnético quedará definido como:
Inducción magnética de un conductor circular (circuito) con corriente en el centro del circuito.
3.4.4. Campo magnético lejos del centro del bucle actual.
Los elementos de un circuito con corriente dl crean en el punto A inducciones elementales dB, que son una formación tridimensional en forma de cono, lo que da una resultante B igual a:
Este es un campo magnético en el eje de un circuito que transporta corriente.
En : 
(ver fórmula para el centro del contorno)
3.4.5. Campo magnético del solenoide
Si los circuitos con corriente están conectados en serie en un lugar del espacio, entonces dicha formación se llama solenoide.
En un solenoide de este tipo se resumen los flujos magnéticos de circuitos conectados en serie. Dado que las líneas del campo magnético están cerradas, el número de líneas de campo dentro del solenoide es igual al número de líneas de campo de todo el solenoide.
Y dado que el volumen dentro del solenoide es limitado, entonces podemos decir que el campo magnético se concentra dentro del solenoide, se dispersa hacia afuera, y las líneas de fuerza magnéticas dentro del solenoide son paralelas entre sí y el campo dentro del solenoide se considera uniforme. , fuera del solenoide - no homogéneo. La magnitud de la inducción magnética dentro del solenoide se escribe de la siguiente manera:
,
donde μ es el medio dentro del solenoide, N es el número de vueltas del solenoide, yo- longitud del solenoide.
Si lo designamos como el número específico de vueltas 
3.5. flujo magnético
Según el teorema de Ostrogradsky-Gauss, en el caso general, el flujo de cualquier vector a través de la superficie S es numéricamente igual a
La inducción es un vector en el espacio, por lo que se puede aplicar el concepto de flujo de inducción. Si el área de la figura que cruza las líneas del campo magnético es el área del circuito a través del cual fluye la corriente, entonces 
- flujo magnético del circuito con corriente. Si hay muchos circuitos conectados en serie, es decir, un solenoide, entonces el número total de líneas de campo magnético es igual a la suma de las líneas de campo formadas por cada circuito.
Esta cantidad se llama enlace de flujo=NF gira =Ф.
3.6. Fuerza del campo magnético
sabiendo que 
, y la inducción magnética para un conductor rectilíneo infinito con corriente es igual a
.
Asimismo:
Para el director final: 
En el centro del bucle actual: 
.
Sobre el eje de un giro circular:
3.7. Fuerzas que actúan en un campo magnético.
La fuerza de Lorentz es una fuerza ejercida por un campo magnético sobre una carga en movimiento. Empíricamente obtenemos F 
En forma vectorial F y en forma escalar.
Se acepta la regla de la mano izquierda (para que la carga "+" encuentre la dirección de la fuerza de Lorentz): si el vector ingresa a la palma, el vector se dirige a lo largo de los dedos doblados, entonces la dirección es la que se muestra pulgar. Regla derecha para una carga negativa lo mismo. Si sobre la carga actúan fuerzas eléctricas y magnéticas, entonces, en este caso, la fuerza de Lorentz es igual en forma vectorial:
.
El resultado de estas dos fuerzas dependerá de su orientación en el espacio.
3.7.1. Comparación de fuerzas eléctricas y magnéticas.
Comparemos la interacción de cargas (fuerza de Coulomb) y las corrientes formadas por estas cargas (fuerza de amperios) en conductores paralelos.
El campo magnético que actúa sobre una carga se crea cuando otra carga se mueve con respecto a la primera. Supongamos que ν 1 =ν 2, las cargas están a una distancia r entre sí. Tomemos perpendicularmente, es decir, entonces, según la ley de Biot-Savart-Laplace, expresamos 
Teniendo esto en cuenta, obtuvimos una expresión para Fe/Fm. Se sabe que 
. Dejemos que el medio ambiente sea un vacío. Entonces si ε =1, μ =1, 
Lo conseguiremos.
Consecuencias:
3.8. Interacción de conductores paralelos con corriente.
Se forma un campo magnético cerca de cada conductor portador de corriente (la fuerza que actúa sobre el conductor portador de corriente está determinada por la regla de la mano izquierda: las líneas de fuerza magnéticas ingresan a la palma, la corriente fluye a lo largo de los dedos extendidos, luego la fuerza se dirige a lo largo del pulgar doblado)
Dos conductores muy cercanos que transportan corriente se atraen y aquellos con corrientes opuestas se repelen. Las fuerzas de interacción magnética y eléctrica entre cargas en movimiento son opuestas.
3.9. ley de amperio
Se refiere a la acción de una fuerza sobre un conductor portador de corriente procedente de un campo magnético.
Orientamos el conductor de acuerdo con la dirección de la corriente.
Si el conductor es recto, entonces podemos integrar en toda la longitud del conductor.
Ley de Ampere en forma integral.
- Ley de Ampere en forma escalar.
La fuerza en amperios indica la magnitud y dirección de la fuerza que actúa sobre un conductor con una corriente I, longitud yo colocado en un campo magnético uniforme. La dirección la establece la regla de la mano izquierda (- hacia la palma, - a lo largo de los dedos, - a lo largo del pulgar).
3.10. El trabajo de mover un conductor portador de corriente en un campo magnético.
Longitud del conductor yo, y se mueve de izquierda a derecha. Entonces el trabajo de mover un elemento conductor con corriente a una distancia dr es igual a:
Condiciones de viaje:
El trabajo de mover un conductor con corriente en un campo magnético está determinado por la magnitud de la corriente, la magnitud de la inducción magnética y el área cubierta (barrida) por el conductor durante el movimiento. También está determinado por la magnitud de la corriente y el flujo magnético que pasa a través del área recorrida por el conductor cuando se mueve.
3.11. El efecto de un campo magnético en un circuito portador de corriente.
Por conveniencia, asumimos que el contorno es rectangular.
1) Sea dl perpendicular a B, es decir, cualquier elemento del contorno es perpendicular a las líneas de fuerza. En la figura se muestran las fuerzas en amperios que actúan sobre cada sección recta del contorno.
Si el circuito con corriente está ubicado perpendicular a las líneas de fuerza, entonces la acción del campo se expresa en compresión y expansión del circuito. Si el circuito consta de un conductor elástico, entonces no habrá ningún cambio externo de posición en el espacio.
2) el área del circuito portador de corriente es paralela a las líneas eléctricas. Es decir, la normal del plano del contorno es perpendicular al vector de inducción magnética.
Entonces las fuerzas en amperios en cada sección son:
I. Sin=1, F A ≠0, la fuerza se dirige lejos de nosotros.
II, IV. Sin=0, F A =0, es decir, F A no actúa sobre un elemento del circuito con una corriente a lo largo de las líneas eléctricas.
III Sin=1, F A ≠0, la fuerza se dirige hacia nosotros. Entonces, si un circuito con corriente se fija en los puntos A y B, entonces con esta ubicación en un campo magnético girará, es decir, un momento de fuerza actúa sobre él.
3.12. Momento magnético de un circuito portador de corriente.
Sea r el brazo de la fuerza. (Ver imagen anterior) .
.
Si F A es perpendicular a r, entonces Sin=1. Este es el momento de fuerza que actúa sobre la sección I o III del contorno. Área S - entre la línea A B y el actual tramo I o III.
Dado que una fuerza de amperios independiente actúa en cada uno de los lados opuestos del contorno, no se toma la mitad, sino toda el área del contorno como área para el momento total de la fuerza. Luego se introduce el concepto de momento magnético de un circuito con corriente como característica propia del circuito, el cual es numéricamente igual al producto P=IS, donde S es el área total del circuito. La dirección del momento magnético está determinada por la normal del circuito portador de corriente.
Entonces, el momento total de fuerza que actúa sobre el circuito portador de corriente en un campo magnético es numéricamente igual a: .
3.13. El fenómeno de la inducción electromagnética. Inducción electromagnética EMF
Un conductor a través del cual no pasa corriente se coloca en un campo magnético. Moveremos el conductor perpendicular al vector del campo magnético. Según la ley de Lorentz 
porque . Descubrimos que las cargas libres que, por definición, están presentes en el conductor, se moverán a lo largo de él. Como resultado de la redistribución de cargas en el conductor a medida que se mueven, surge una diferencia de potencial en los extremos del conductor, lo que crea un campo eléctrico en el conductor:.
Entonces la tensión campo eléctrico en el Explorador
Si conectamos un galvanómetro, podemos expresar el voltaje en términos de voltaje. 
.
En equilibrio Fl=Fk. Eso es: 
. Si la ley del movimiento de un conductor en un campo magnético es arbitraria, entonces dividimos todo el movimiento en segmentos dr: 
, donde dS=drℓ es el área barrida por el conductor en movimiento.
El gobierno de Faraday: la magnitud de la diferencia de potencial que se produce en los extremos de un conductor cuando se mueve en un campo magnético es directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético.
Si los extremos del conductor están cerrados entre sí, entonces la corriente fluye en el circuito como si el conductor fuera una fuente de corriente. Luego, de acuerdo con la ley de Ampere, la fuerza que actúa sobre un conductor con corriente en un campo magnético (regla de la mano izquierda) se dirige en la dirección opuesta al movimiento del conductor en el campo magnético, es decir, esta fuerza impide el movimiento. Entonces:
3.14. El fenómeno de la inducción electromagnética (inducción mutua).
En 1831, Faraday estableció que si se cambia el flujo magnético que pasa por un circuito, aparece una fem en este circuito, lo que impide un cambio en el campo magnético externo. Sea el circuito I, al que está conectado un galvanómetro, y el circuito II, al que está conectada una resistencia y una fuente de fem.
- las líneas eléctricas del conductor II cruzan el primer circuito. Si cambia el valor actual en el segundo circuito, entonces B2 cambia, es decir, el flujo magnético creado por el segundo circuito también cambia. Y según la ley de Faraday, en el circuito primario surge un campo electromagnético.
- Quitar o acercarse al segundo circuito también provoca una EMF en el primero.
- Puede rotar los circuitos entre sí para provocar un EMF en el circuito I.
- Los EMF también pueden deberse a un cambio en el entorno magnético que se encuentra entre los circuitos.
Solicitud:
- Los circuitos por los que circula corriente y que están cerca unos de otros se llaman relacionado.
- La influencia de un circuito sobre otro sólo es posible si la corriente en los circuitos es variable (principio del transformador). Para mejorar la interacción, se utilizan circuitos conectados en serie: solenoides.
El solenoide 1 contiene N vueltas y el solenoide II: N 2 vueltas. S es la sección transversal del solenoide.
Si se cambia el valor actual en el solenoide I, entonces aparece una fem en el solenoide II igual a:
Si se produce una FEM en cada uno de los circuitos del solenoide, entonces la FEM resultante del solenoide será igual al producto del número de vueltas del solenoide y la FEM de una vuelta: 
eso es: 
, donde L 12 es el coeficiente de inducción mutua del primer solenoide con respecto al segundo.
Si se conecta una fuente de fuerzas no eléctricas al segundo solenoide y un galvanómetro al primero, entonces la FEM que surge en el primer solenoide se puede calcular de manera similar:
, Dónde 
- coeficiente de inducción mutua del segundo solenoide con respecto al primero. Así L 21 = L 12
3.15. Fenómeno de autoinducción
Tomemos un solenoide. Si se cambia el valor de la corriente en dicho solenoide, entonces aparece un EMF en el circuito del solenoide, que estimula el campo magnético e impide el cambio de corriente en el solenoide.
- coeficiente de autoinducción que conecta EMF inducción electromagnética y actual. lo llaman inductancia solenoide.
La inductancia es una característica de un solenoide que conecta la tasa de cambio de corriente en el solenoide con la EMF opuesta y está determinada únicamente por el diseño geométrico del solenoide.
- analogía con la segunda ley de Newton. - segunda derivada de carga, similar en mecánica
- segunda derivada del camino. Entonces la ley de la inducción electromagnética es similar a
- Segunda ley de la mecánica de Newton. características similares
3.16. Corrientes de Foucault o corrientes de Foucault
En circuitos conectados para transmitir energía CA. corriente eléctrica De una sección de un circuito a otra, a menudo se utilizan medios magnéticamente conductores.
Si está interconectado piezas mecanicas cualquier instalación contiene circuitos eléctricos con corriente alterna, luego para evitar el movimiento de una parte mecánica con respecto a otra (cuando no se pueden fijar rígidamente), las partes móviles se fabrican en la forma circuito electrico. EMF previene el cambio en el campo magnético causado por el movimiento. El EMF resultante crea su propio campo magnético, que impide el movimiento de la pieza mecánica. Por tanto, su movimiento es limitado. Este fenómeno se llama corriente de Foucault.
Inducción C.A. y el voltaje se utiliza para crear corrientes y voltajes alternos en lugares inaccesibles para los humanos (en dispositivos de vacío, donde es necesario calentar alguna pieza)
Al pasar corriente alterna a través del solenoide exterior, inducimos una corriente eléctrica dentro del volumen de vacío y, dado que el solenoide interior está cerrado a sí mismo, la energía actual del segundo solenoide entra en energía termal. Estos dispositivos se llaman hornos de inducción(la temperatura en ellos alcanza ≈ 1000C).
3.17. Energía del campo magnético
Como cualquier campo, un campo magnético tiene energía. La forma más sencilla de estudiar es un campo magnético uniforme, que se encuentra en el solenoide.
Cuando el interruptor está cerrado, la energía magnética se acumula dentro del solenoide. Si el valor de la corriente no cambia en condiciones estacionarias, entonces parte de la corriente fluye a través de la carga, por ejemplo, una bombilla L, y la otra parte a través del solenoide L.
Cuando el EMF de la batería se apaga en un momento dado, la corriente que fluye en el solenoide disminuye y causa EMF electromagnético inducción que impide esta disminución. Este EMF tiende a mantener la corriente a través de la carga.
Por lo tanto, el valor actual en el dispositivo disminuirá gradualmente. Esto ocurre debido a la energía del campo magnético acumulada en el solenoide.
Puede anotar el trabajo de transferencia de carga para mantener la corriente en el circuito cuando el interruptor está apagado, lo que ocurre debido a la energía del campo magnético almacenada en el solenoide.
y así, como (Ley de Faraday-Lenz) y dq=Idt,
Eso 
- la ley de conservación de la energía.
Entonces la energía total del campo magnético es:
- energía magnética total almacenada en un solenoide con inductancia L. La situación con el encendido es similar.
Diagrama de circuito para conectar un circuito con un solenoide. El tiempo de relajación τ es el tiempo necesario para establecer un modo de funcionamiento de equilibrio (estacionario) en los circuitos de trabajo.
3.18. Densidad de energía del campo magnético
Densidad de energía del campo magnético: la cantidad de energía magnética por unidad de volumen del solenoide: 
Dónde 
Entonces: 
similar: 
.
3.19. Unidades de medida de cantidades magnéticas.
Analogía: campo magnético ↔ mecánica
Mecánica |
Magnetismo |
S(r) – camino |
|
Velocidad |
|
Aceleración |
No tiene nombre independiente |
m - medida de inercia (resistencia a la fuerza) |
L - determina la inercialidad de los circuitos eléctricos (resistencia al cambio de corriente) |
F es la fuerza que hace que el cuerpo se mueva. |
ε es la fuerza que mueve cargas, no de origen eléctrico. |
|
|
La analogía entre la fuerza y la FEM es que la fuerza es un vector y la dirección de su acción en el espacio es fácil de establecer, y la FEM es un escalar, y la dirección de su acción sobre el cambio de corriente en el circuito está indicada por " -" firmar.
|
|
3.20. Magnético. Sustancias en un campo magnético.
Las sustancias que pueden magnetizarse e influir en la dirección del vector de inducción magnética del campo externo B se denominan imanes.
La capacidad de magnetizar es la creación de su propio campo magnético en una sustancia, que mejora o reduce el campo magnético externo.
Las propiedades magnéticas intrínsecas de una sustancia están determinadas por los electrones asociados a los átomos. La estructura de un átomo implica la presencia de un electrón e que gira alrededor del núcleo. Momento magnético del electrón, es decir, cada órbita de un electrón en un átomo tiene su propio momento magnético y crea su propio campo magnético. En general, en la materia, los momentos magnéticos totales de los electrones en un átomo están ubicados aleatoriamente y su suma suele ser igual a cero.
Bajo la influencia de un campo magnético externo, se ordenan los campos magnéticos intrínsecos creados por los electrones. Este es el fenómeno de la magnetización. Puede persistir después de que se elimina el campo magnético o puede desaparecer. En los ferromagnetos permanece, pero en dia y paramagnetos desaparece.
El campo resultante es:
,
donde kappa es la susceptibilidad magnética, que se determina influencia externa, A 
y - momentos magnéticos de las órbitas de los electrones.
;
- permeabilidad magnética.
.
Para diferentes sustancias, el valor puede tomar valores tanto positivos como negativos. En la mayoría de las sustancias, los momentos magnéticos intrínsecos de los átomos (moléculas) son independientes entre sí y están ubicados aleatoriamente en el espacio. Si se aplica un campo externo a dicha sustancia, entonces el momento magnético propio de cada átomo tiende, como una peonza, a alinear la posición del eje de rotación a lo largo de las líneas de fuerza del campo externo.
B exterior es la inducción del campo magnético externo, Pm es el momento magnético intrínseco del átomo.
El cambio en el propio eje de rotación (propio momento magnético) con respecto al vector de inducción magnética (campo externo) se llama precesión.
Momento mecánico propio o momento Ls (giro) 
Los momentos mecánicos de los electrones en un átomo pueden diferir solo en la dirección del movimiento a lo largo de la órbita (a lo largo y en sentido antihorario).
Paramagnetos
Usamos flechas para indicar los momentos magnéticos de átomos individuales.
Ferromagnetos.
Para explicar el ferromagnetismo, introducimos el concepto de dominios. Un dominio es una colección de átomos con la misma dirección de sus propios campos magnéticos. Tales colecciones de átomos requieren menos energía para formar dominios, es decir energéticamente más favorable en comparación con los átomos aislados. En general, el campo magnético intrínseco de una sustancia es cero. Bajo la influencia de un campo magnético externo, los dominios pueden aumentar a expensas de otros dominios hasta la absorción de dominios no orientados, es decir, todo el espacio de la sustancia se llena con dominios orientados a lo largo del campo. Cuando se elimina el campo externo, no se produce la reorientación inversa, ya que esto es energéticamente desfavorable. En este caso, la susceptibilidad magnética es de miles y decenas de miles de unidades. Resulta que la reacción de una sustancia a la influencia de un campo magnético externo no es lineal. Esto está determinado por la capacidad de sus propios momentos magnéticos de reorientarse en un campo magnético externo. En primer lugar, se produce un cambio brusco de orientación en el campo magnético externo, los momentos magnéticos se orientan a lo largo de las líneas del campo magnético. Un aumento adicional del campo magnético no cambia la magnetización, ya que todos los momentos magnéticos ya están orientados a lo largo del campo. La dependencia del campo magnético resultante en la sustancia en su conjunto del campo externo es de naturaleza histéresis.
B 1 - inducción residual.
H 1 - fuerza coercitiva.
B 1: la sustancia conserva su propio campo magnético sin un campo magnético externo H 1 = 0 (así es como se crean los imanes permanentes).
H 1 es el campo externo necesario para eliminar la magnetización intrínseca, B 1 =0. Esta cantidad se llama coactivo fortaleza.
Para un análisis del bucle de histéresis, consulte la sección "Ferroeléctrica". Si la fuerza coercitiva es grande, entonces dicen que el ferroimán es duro, si es pequeña, entonces es blando.
3.21. Movimiento de cargas en un campo magnético.
1) El vector velocidad es perpendicular a las líneas de fuerza.
dirigido perpendicular a la velocidad - centrípeta.
La velocidad cambia solo en dirección, pero no en magnitud. La fuerza de Lorentz que actúa sobre una partícula en movimiento en un campo magnético tuerce la trayectoria del movimiento en un círculo, es decir, aparece una aceleración centrípeta: esto significa que v cambia solo en dirección, pero no en magnitud. Entonces equiparemos
,
donde T es el período orbital de la carga
2) el ángulo entre la dirección de la velocidad y las líneas de fuerza no es igual a 90 grados.
Un análisis más detallado de la trayectoria de la partícula en relación con el vector de velocidad es similar al punto 1).
Aquí está la fuerza de Lorentz.
.
Nueva característica aquí está
yo- paso en espiral.
Solicitud:
3.22. La ecuación de Maxwell. Generalización de la teoría del campo magnético (generalización de la electrodinámica)
Hay un circuito cerrado y un campo magnético externo que varía con el tiempo. Si un solenoide portador de corriente crea un campo magnético externo, entonces se producirá un cambio en el campo magnético a través del circuito si
- insertamos un núcleo en el solenoide,
- cambiar la corriente en este solenoide,
- Cambiamos la posición del solenoide con respecto al circuito.
Luego aparece un EMF en el circuito según la ley de Faraday-Lenz, evitando un cambio en el campo magnético externo, es decir, la aguja de un dispositivo que se puede conectar al circuito se desvía, las cargas se mueven en el circuito, es decir , aparece una corriente eléctrica. Desde antes de que se activara el campo magnético, las cargas en el conductor estaban inmóviles, lo que significa que después de activar el campo, la fuerza de Lorentz no debería actuar sobre las cargas. ¿De dónde provienen los CEM? La única explicación para la aparición de campos electromagnéticos en el circuito, es decir, el movimiento de cargas, es la aparición de un campo eléctrico, cuya fuerza de Coulomb hace que las cargas se muevan. La fuerza de tal campo
Sin conocer la fuente del campo magnético externo, podemos escribir para el EMF en el circuito.
aceptemos
- operador de diferenciación respecto de coordenadas (cartesianas o polares). Asimismo
. Finalmente tenemos:
El voltaje, expresado mediante las leyes de la electrostática, y la fuerza electromagnética que surge en el circuito son lo mismo. Entonces las integrales son iguales entre sí y, en consecuencia, las expresiones de integrandos son iguales.
.
Esto muestra la relación entre un campo eléctrico no uniforme y un campo magnético alterno.
3.23. Análisis del estado de carga masa (q/m) de partículas elementales.
Algunos átomos o moléculas se evaporan de la superficie de una sustancia. Como regla general, estos átomos tienen propiedades de carga. Estos átomos luego son acelerados a campo eléctrico E, y una corriente de átomos en movimiento pasa a través de un campo magnético B. Según la ley de Lorentz, estas cargas se desvían en un campo magnético. Luego, en la pantalla detrás del campo magnético en diferentes lugares Se sedimentan átomos de diferentes cargas. Por el grado de desviación de los átomos de la propagación rectilínea, se puede juzgar la carga de un átomo.
Las partículas en un campo magnético se desvían. Luego, en la pantalla detrás del campo magnético en diferentes lugares, por ejemplo:
Carga q= 1e – en el punto 2 de la pantalla.
Carga q=2e – en el punto 1 de la pantalla.
El proceso de separación de partículas por carga se llama separación, y el dispositivo que analiza la composición de estos haces es un espectrógrafo de masas.
3.24. Aplicación al teorema de Ostrogradsky-Gauss
Para cualquier vector a, podemos escribir su flujo:
Dado que la integración y la diferenciación son operaciones esencialmente opuestas, podemos escribir, por ejemplo:
La integración y la diferenciación según un mismo parámetro son esencialmente operaciones que se compensan mutuamente. Entonces podemos escribir para el vector a:
Donde dV=dx*dy*dz.
Por tanto, es posible conectar integrales lineales, de superficie y de volumen, es decir, se puede pasar de una integral lineal a una integral de superficie y de una integral de superficie a una integral de volumen.
Usamos una aplicación del teorema de Ostrogradsky-Gauss al considerar las ecuaciones de Maxwell.
3.25. La primera ecuación de Maxwell.
Entonces, de los párrafos anteriores (§ 22, 24) obtenemos la ley de Faraday-Lenz:
El galvanómetro registra la EMF que se produce en el circuito cuando cambia el campo magnético como voltaje en los extremos del conductor del circuito. Luego igualamos las expresiones de integrandos.
El campo magnético alterno generó un campo eléctrico no uniforme, que creó una corriente eléctrica, creando su propio campo, impidiendo (el signo "-") cambiar el campo magnético externo (la ley de conservación de la energía). Esta es la primera ecuación de Maxwell.
3.26. Ecuación de Maxwell II
Usamos un solenoide para crear un campo magnético. r es el radio del solenoide, yo- su longitud, N - número de vueltas, n - número específico de vueltas del solenoide. Anotemos el voltaje del solenoide.
.
Si asumimos que el solenoide está enrollado en una capa y las vueltas encajan perfectamente entre sí, entonces, el grosor de una vuelta. Entonces podemos considerar d como un elemento yo, o d=d yo.
Diferenciamos las partes izquierda y derecha por coordenadas.
El área de la sección transversal del conductor a partir del cual está hecho el solenoide. Por definición
Densidad actual
Si hay un medio con μ>1 dentro del solenoide, entonces el campo magnético en el solenoide se ve reforzado por el campo eléctrico causado por la corriente que fluye a través del conductor. Dado que el medio en el solenoide no es conductor, el campo eléctrico sólo provoca un desplazamiento de cargas en este medio (consulte la sección "Dieléctricos"). Luego, la densidad actual de cargas de conducción y cargas desplazadas en el caso más general, cuando hay cargas libres y ligadas.
.
Como ocurre con los dieléctricos, el desplazamiento de cargas se produce mediante inducción eléctrica, es decir. entonces tenemos 
- La segunda ecuación de Maxwell, que dice que el campo eléctrico que provocaba una corriente eléctrica en el conductor inducía un aumento del campo magnético en el medio, es decir, lo formaba.
En la ecuación I, el signo “-” significa que el campo magnético alterno provoca una corriente eléctrica, que genera un campo magnético que evita que cambie el campo magnético externo. Esto se debe a la ley de conservación de la energía. En la ecuación II no se pone un menos, ya que se supone que la dirección de la corriente eléctrica es el movimiento de cargas positivas, pero en realidad son las cargas negativas las que se mueven.
3.27. III-e ecuación de Maxwell
Encontramos el flujo completo de vectores cerrando el solenoide con la superficie S.
Para calcular este flujo, debemos tener en cuenta las líneas B del campo magnético entrante y saliente a través de la superficie S. El resultado es la compensación de estas líneas, es decir, el flujo total es cero, porque el número de líneas B entrantes y salientes a través de la superficie S es el mismo debido a que las líneas están cerradas. Usando la aplicación del teorema, pasamos de la integral de superficie a la integral de volumen.
De ello se deduce que no hay cargas en el volumen en el que se encuentra el solenoide como fuente del campo magnético. Esta es la ecuación IV de Maxwell.
3.29. Análisis de ecuaciones III y IV.
De la ecuación III de Maxwell se deduce que en el volumen del que emanan las líneas del campo eléctrico hay cargas electricas, y de IV se deduce que el volumen del que emanan las líneas del campo magnético no contiene cargas de campo magnético.
Esta es una prueba de que no hay cargas magnéticas en la naturaleza y, por lo tanto, no hay potencial de campo magnético.
El trabajo realizado por las fuerzas de Ampere al mover un conductor con una corriente constante en un campo magnético es igual al producto de la intensidad de la corriente y la cantidad de flujo magnético a través de la superficie que el conductor cruza durante su movimiento.
Determinemos la cantidad de trabajo realizado por las fuerzas en amperios al mover un circuito cerrado. ABCD en un campo magnético con corriente continua I(Figura 2.3.2). El campo se dirige perpendicular al plano del dibujo, detrás del dibujo. Supongamos que el circuito ABCD se mueve en el plano del dibujo y, como resultado de un movimiento infinitesimal, tomará la posición A′B′C′D′. Circuito ABCD Dividámoslo en dos conductores conectados por sus extremos. abecedario Y CDA. El trabajo realizado por las fuerzas en amperios durante el movimiento considerado del circuito en un campo magnético es igual a la suma algebraica del trabajo al mover los conductores. abecedario Y CDA
| da=da 1 +da 2 . | (2.3.3) |
| dF 1 | do | CON′ | |||
| dx 1 | I | ||||
| dl 1 | D | ||||
| B | |||||
| B′ | dl 2 | dx | D′ | ||
| B | |||||
| I | dF 2 | ||||
| A | A′ | ||||
| Arroz. 2.3.2 |
Al mover el conductor CDA Las fuerzas de Ampere están dirigidas en la dirección del movimiento y forman ángulos agudos con la dirección del movimiento, por lo que el trabajo que realizan es da 2 > 0. Este trabajo es igual al producto de la corriente en el circuito y el conductor atravesado. CDA en su movimiento el flujo d F metro 2, por lo tanto
Porque d F metro 2 – d F metro 1 = d F t– cambio en el flujo magnético que penetra la superficie delimitada por el contorno cuando se mueve de posición ABCD posicionar A′B′C′D′, entonces la expresión para el trabajo elemental da es igual a:
De este modo,
deja que el vector B La inducción magnética se dirige perpendicular al plano del dibujo "de nosotros". En este caso la fuerza en amperios dF 2, día-
por elemento dl 2 conductores ADN, forma un ángulo agudo con la dirección de su movimiento. dx 2 y realiza un trabajo positivo
eso. Al mismo tiempo la fuerza dF 1 actuando sobre el elemento dl 1 conductor AMD,se forma con la dirección de su movimiento dx 1 ángulo obtuso y co-
logra trabajo negativo, es decir. da 1 < 0, da 2 > 0. Por lo tanto trabajo de tiempo completo es igual a (ver fórmula (2.3.3)):
| da=da 1 +da 2 = –IDENTIFICACIÓN F metro 1 +IDENTIFICACIÓN F metro 2 =I(d F metro 2 –d F metro 1), | (2.3.8) |
Dónde d F metro 1 – flujo magnético a través de la superficie AMDD′ METRO′ A′; d F metro 2 – flujo magnético a través de la superficie ANDD′ norte′ A′.
De este modo, El trabajo realizado por las fuerzas de Ampere cuando se mueve en un campo magnético de un circuito cerrado con una corriente constante es igual al producto de la intensidad de la corriente y el cambio en el flujo magnético a través de la superficie limitada por el circuito.
Fuerza que actúa sobre una partícula cargada que se mueve con velocidad v q del campo magnético por inducción EN, llamado si-
donde α es el ángulo entre los vectores υ y B.
De la relación (2.4.1) se deduce que la fuerza de Lorentz siempre está dirigida perpendicular a la dirección del vector velocidad de la partícula cargada y por lo tanto juega un papel fuerza centrífuga, cual no hace el trabajo.Esta fuerza solo cambia la dirección de la velocidad.
Movimiento de partículas en un campo magnético. El valor absoluto de la velocidad de una partícula y su energía cinética cuando se mueve en un campo magnético.
no cambies.
La dirección de la fuerza de Lorentz está determinada por la regla de la mano izquierda:
si los dedos doblados juntos se dirigen en una dirección partícula cargada positivamente, y coloque la palma de manera que las líneas de inducción magnética entren en la palma, luego el pulgar doblado 90° mostrará la dirección de la fuerza de Lorentz que actúa desde el campo magnético. Cuando una partícula cargada negativamente se mueve, esta fuerza se dirige en la dirección opuesta.
En el caso general, una partícula cargada en movimiento actúa sobre
La fuerza de Lorentz siempre es perpendicular a la velocidad de movimiento de una partícula cargada. Por tanto, cambia sólo la dirección de la velocidad, sin cambiar su módulo, y, por tanto, no realiza ningún trabajo. Dado que el campo magnético no realiza trabajo sobre una partícula cargada que se mueve en ella, la energía cinética de esta partícula no cambia cuando se mueve en un campo magnético.
Si el campo magnético es uniforme ( B= constante) y las partículas no se ven afectadas por el campo eléctrico (o su efecto puede despreciarse), entonces son posibles tres casos de movimiento de partículas cargadas en este campo.
1. Una partícula cargada se mueve en un campo magnético a lo largo de líneas de inducción magnética (α = 0 o α = π). fuerza de lorentz F L es cero. El campo magnético no actúa sobre la partícula y ésta se mueve uniformemente.
y sencillo.
2. Una partícula cargada se mueve en un campo magnético perpendicular a las líneas de inducción magnética (ángulo α = π/2). fuerza de lorentz F=qbυ es constante en magnitud y normal a la trayectoria de la partícula. La partícula se moverá en un círculo con aceleración normal. un=υ 2 / R(Fig. 2.4.1). A partir de la segunda ley de Newton, expresamos el radio de dicho círculo:
| qbυ= | metroυ 2 | ⇒R= | metroυ | ||
| . | (2.4.4) | ||||
| R | qb |
El período de rotación de la partícula será igual a:
| t= | 2πR | = | 2πmetro | ||
| υ | qb . | (2.4.5) |
bq< 0
3. Una partícula cargada se mueve formando un ángulo con respecto a las líneas de inducción magnética. El movimiento de una partícula se puede representar como la suma de dos movimientos: a) movimiento rectilíneo uniforme a lo largo del campo con velocidad υ; b) movimiento uniforme alrededor de un círculo en un plano perpendicular al campo υ ⊥.
El movimiento total se realizará a lo largo de una trayectoria helicoidal, cuyo eje es paralelo al campo magnético (Fig. 2.4.2).
| q + | υ || | ||
| υ | |||
| F | |||
| υ ⊥ | |||
| l | una p | ||
| oh | R | ||
Si el campo magnético no es uniforme y la partícula cargada se mueve en ángulo con respecto a las líneas del campo magnético en la dirección del campo creciente, entonces el radio y el paso de la espiral disminuyen al aumentar la inducción del campo magnético. Ésta es la base para enfocar un haz de partículas cargadas mediante un campo magnético.
Los patrones de movimiento de partículas cargadas en campos magnéticos y eléctricos formaron la base de la espectrometría de masas, un método para determinar la masa de iones. En la figura. 2.4.3 muestra el espectrógrafo de masas de Bainbridge.
(q/m) 1 (q/metro) 2
En él, un haz de iones pasa primero a través del llamado selector de velocidad (o filtro), que selecciona del haz iones con un determinado valor de velocidad. En el selector, los iones se exponen simultáneamente a campos eléctricos y magnéticos mutuamente perpendiculares, que desvían los iones en direcciones opuestas. A través de la ranura de salida del selector sólo pasan aquellos iones cuyos efectos de los campos eléctrico y magnético se compensan entre sí.
Esto ocurre siempre que qE = qυ B. En consecuencia, las velocidades de los iones que salen del selector, independientemente de su masa y carga, tienen el mismo valor, igual a υ = E/V. Al salir del selector, los iones entran en la región de un campo magnético uniforme perpendicular a su velocidad con inducción. B 1. En este campo se mueven en círculos, cuyos radios dependen de q/t, según la fórmula (2.4.10)
| metroυ | ||||
| R= | . | (2.4.10) | ||
| qb | ||||
Después de haber recorrido medio círculo, los iones inciden en la placa fotográfica a una distancia de la rendija igual a 2 r. Por tanto, los iones de cada tipo (determinados por el valor q/t) Dejan una marca en forma de franja estrecha en el plato. Conociendo los parámetros del dispositivo, es posible calcular las cargas específicas de los iones. Dado que las cargas de los iones son múltiplos enteros de la carga elemental mi, entonces según los valores encontrados q/t Se pueden determinar las masas de iones. Actualmente, existen muchos tipos de espectrógrafos de masas avanzados. También se han creado instrumentos en los que se detectan iones mediante dispositivo electrico, no placas fotográficas. Se llaman espectrómetros de masas.
Efecto Hall.
El físico estadounidense E. Hall descubrió que en una placa de metal (o semiconductor) con corriente I, colocado en un campo magnético B, surge un campo eléctrico en la dirección perpendicular a la dirección de la corriente y el vector B, es decir, en caras opuestas de la placa entre los puntos A Y CON(Fig. 2.5.1) surge una diferencia de potencial. Aparición de diferencia de potencial Δϕ = ϕ A – ϕ CON en este caso se llama efecto hall.
| B | A | F l | |
| METRO | |||
Dónde R − constante de hall.
Clásico teoría del electrón permite explicar de forma bastante sencilla la aparición de la diferencia de potencial de Hall Δϕ h. Deja que la fuerza actual I causado por el movimiento ordenado de transportistas gratuitos q, cuya concentración pag, velocidad promedio deriva tu.Entonces la densidad de corriente
lo que provocará la desviación de cargas positivas (q > 0) a un lado de la placa, y cargas negativas (q< 0) - a otro. Como resultado, se forma un exceso de carga positiva en la cara superior y una carga negativa en la cara inferior. Aparecerá un campo eléctrico transversal. MI* y correspondiente a ello fuerza electrica:
Cuando la intensidad de este campo transversal alcance un valor tal que su acción sobre las cargas equilibre la fuerza de Lorentz, se establecerá una distribución estacionaria de cargas en la dirección transversal. Entonces
Desde la concentración norte− cantidad positiva, signo de una constante R determinado por el signo de la carga q portadores de carga libres en el material de la placa. Si la constante de Hall se mide experimentalmente, entonces usando la fórmula (2.5.6) podemos calcular la concentración del portador.
fila . Cuando la conductividad eléctrica de un material está determinada por cargas de ambos signos, entonces mediante el signo de la constante de Hall se puede juzgar qué cargas contribuyen predominantemente a la conductividad eléctrica específica del conductor en estudio. En los semiconductores, el signo de la constante Hall determina el tipo de conductividad. (R < 0 − electrón-
naya, R > 0−agujero).
Determinación del valor de la constante Hall para conductores electrónicos mediante h está dispuesto a determinar longitud promedio camino libre de electrones λ. El efecto Hall también se utiliza mucho para medir la inducción. EN campos magnéticos.
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Bmovimiento sin apoyo del sistemaConductor portador de corriente en un campo magnético.
equivalencia del imán del conductor actual
Dependiendo de la respuesta a la pregunta sobre la equivalencia del movimiento de un conductor con corriente en el campo magnético de un imán permanente estacionario y el movimiento de este último cuando el conductor con corriente está fijo, será posible juzgar si Es posible realizar el movimiento sin soporte de un sistema de conductores con corriente y fijados rígidamente entre sí por un imán cuyo vector de campo es ortogonal al conductor (es decir, a la dirección de la corriente en él).
La existencia de movimiento sin apoyo viola la afirmación establecida en física sobre la imposibilidad del movimiento de forma aislada. sistema mecanico bajo la influencia fuerzas internas. Esta opinión ya ha sido refutada por los trabajos del autor, que se basan en el principio de la acción de una onda de choque sobre las paredes de un recipiente con líquido, cuando la fuente de la onda de choque se desplaza con respecto al centro de simetría del vaso, es decir, situado más cerca de una de sus paredes y más lejos de la opuesta. En este caso, no se viola la ley de conservación del impulso, ya que un sistema tan aislado se mueve bruscamente, deteniéndose después de cada impulso de la onda de choque, mientras se mueve en el espacio (sin apoyo, ya que se considera aislado) en la dirección que coincide con la movimiento de la onda de choque desde su fuente hasta la pared cercana del vaso, por ejemplo, de forma elíptica. En este caso no se produce ninguna redistribución de masas en el sistema.
tal movimiento sistema aislado no contradice la ley de conservación y transformación de la energía, ya que se gasta cierta energía de la fuente de energía interna del sistema para crear ondas de choque repetidas.
Una situación similar surge al considerar el movimiento de un imán permanente conectado rígidamente entre sí y un conductor ubicado entre sus polos magnéticos con una corriente continua orientada ortogonalmente al vector del campo magnético.
Según la ley de Faraday, sobre un conductor rectilíneo de longitud L con una corriente constante I, colocado en un campo magnético con inducción B, actúa una fuerza F igual a:
F = B L I sen b,
donde b es el ángulo entre el conductor recto y el vector de inducción magnética. Bajo la influencia de esta fuerza, el conductor se moverá según la conocida "regla del haz izquierdo" en una dirección ortogonal tanto al vector de inducción magnética como a sí mismo, es decir, la dirección de la corriente en él. En virtud de la tercera ley de Newton, cualquier fuerza que actúa sobre un determinado cuerpo, en este caso sobre un conductor con corriente en un campo magnético, provoca una fuerza de reacción igual y de direcciones opuestas aplicada a algún soporte. En consecuencia, el movimiento del conductor en la situación considerada es un movimiento de apoyo y no sin apoyo. En este caso, la fuerza contraria, al parecer, no puede aplicarse a un objeto invisible y sin masa, como un campo magnético, sino que debe aplicarse al objeto fuente que genera dicho campo magnético, es decir, a los polos magnéticos de el imán permanente en cuestión.
En consecuencia, en el caso de fijar rígidamente un conductor con una corriente constante y asegurar la movilidad de un imán permanente, este último debe moverse según la "regla de la mano derecha", que determina el principio de equivalencia de movimiento.
Si se sigue este principio, es posible crear motores de CC sin escobillas que no contengan contactos eléctricos deslizantes para transmitir corriente al devanado del rotor, ya que dicho devanado puede hacerse estacionario en el estator. Dado que la fuerza de reacción indicada anteriormente se descompone en dos componentes, uno de los cuales actúa sobre el rotor móvil y lo hace girar. El componente de la fuerza contraria aplicada al estator (su polo magnético) no produce trabajo si el estator del motor está fijo. Sin embargo, en ausencia de tal fijación del estator, este último también girará en el sentido OPUESTO al sentido de rotación del rotor, pero, en general, con una velocidad angular diferente dependiendo de la relación de los momentos de inercia del el rotor y el estator de dicho motor. La dirección opuesta de rotación del estator se debe al hecho de que el conductor que transporta corriente está rígidamente fijado al estator y la fuerza que actúa sobre él es mayor que la componente de la fuerza de reacción aplicada al estator. Es importante señalar que en este caso se observa la ley de conservación del momento angular. En este caso, se supone que la fuente de corriente continua está fijada en el cuerpo del estator y gira con él, para no utilizar contactos eléctricos deslizantes para conectar el motor con fuente externa CORRIENTE CONTINUA. Es interesante notar que la relación de las velocidades angulares de rotación del rotor y el estator en direcciones mutuamente opuestas, con estricto cumplimiento de la ley de conservación del momento angular (totalmente igual a cero), estará determinada por cómo un conductor dado con corriente continua se coloca en el espacio magnético entre el rotor y el estator, que está más cerca o más lejos del rotor cuando está montado fijamente en el cuerpo del estator.
Así, si consideramos un motor de este tipo con una fuente de corriente continua incorporada como un sistema mecánico aislado, podemos afirmar el hecho de que no tiene soporte. movimiento rotacional, ya que anteriormente se consideró la opción del movimiento traslacional stick-slip sin soporte. En ambos casos, no se viola la ley de conservación del momento y del momento angular y se observa la ley de conservación y transformación de la energía, las leyes fundamentales básicas de la física.
Por lo tanto, sujeto al principio de equivalencia de movimiento, es posible construir motores de CC sin escobillas que no contengan contactos eléctricos deslizantes, ya que todos los devanados de trabajo de dicho motor están ubicados en el cuerpo del estator y son estacionarios, y solo el rotor magnetizado Gira sin ningún tipo de vueltas. Muchos especialistas en ingeniería eléctrica se oponen a este concepto, considerando que es imposible construir motores de CC sin escobillas y sin contacto. Sin embargo, ¿qué pasará entonces con el principio de equivalencia de movimiento? ¿Deberíamos admitir su inconsistencia, junto con la tercera ley de Newton?
Tomemos la posición de los críticos del principio de equivalencia del movimiento. Entonces nos enfrentaremos al hecho de que es imposible que un imán permanente en movimiento se mueva en relación con un conductor rígidamente fijo con una corriente continua ubicado en el campo magnético de este imán permanente. En otras palabras, un conductor puede moverse en un campo magnético (¡y esto es un hecho experimental!), pero un imán permanente libre no puede moverse en la dirección opuesta a un conductor rígidamente fijo con corriente continua. Pero entonces debemos admitir que la fuerza contraria NO DESCANSA EN polos magnéticos imán permanente como en los cuerpos físicos, pero se basa en una cierta falta de masa. entorno fisico, que es un campo magnético, como si no tuviera relación con su fuente - imán permanente, y existiendo independientemente de este último. Razonando de esta manera, llegamos a la conclusión de que es posible que un conductor portador de corriente, rígidamente unido al propio imán, en cuyo campo se encuentra el conductor, se mueva y, en consecuencia, el movimiento del imán permanente. mismo, arrastrado por el conductor en movimiento. Pero esto no es más que el movimiento HACIA ADELANTE SIN SOPORTE de un sistema mecánico aislado que contiene una fuente de energía: una fuente de corriente continua. Además, dicho movimiento es continuo en el tiempo y no espasmódico, como en el caso comentado anteriormente. Y con tal movimiento, se viola claramente la ley de conservación del impulso y, además, el movimiento de un sistema mecánico tan aislado se lleva a cabo bajo la acción de fuerzas internas.
Utilizando el mismo principio, es posible crear motores sin escobillas en los que el rotor y el estator, fijados entre sí, giran y el devanado de trabajo se encuentra en el espacio magnético entre ellos y también gira. En este caso, es necesario utilizar contactos eléctricos deslizantes para transmitir electricidad desde una fuente externa.
Estos son misterios inesperados de la física que conviene evaluar experimentalmente al resolver la cuestión del principio de equivalencia del movimiento en relación con la física del electromagnetismo. Esto permitirá fundamentar científicamente las perspectivas de movimiento sin apoyo.
Conclusión práctica: si el movimiento sin soporte es imposible, entonces esto significa que un motor de CC sin escobillas con un devanado en funcionamiento (giratorio) fijado en el cuerpo de un estator estacionario ciertamente debe funcionar.
Una consecuencia de esta conclusión es el hecho de la rotación del campo magnético en el espacio magnético toroidal en la dirección de rotación del rotor, ya que de lo contrario no surgiría una fem en el devanado de trabajo fijado al estator (es decir, estacionario). inducción, y el rotor podría girar con una velocidad angular ilimitadamente creciente hasta romperse bajo la acción de fuerzas centrípetas. Aparentemente, la velocidad angular de rotación del campo magnético en el espacio magnético toroidal es aproximadamente dos veces menor que la velocidad angular de rotación del rotor. En este caso, según el principio de relatividad del movimiento, se excitará una fem en el devanado de trabajo del motor. inducción, contrarrestando el aumento ilimitado de la velocidad del rotor. Esta consecuencia indica el factor de "congelación" de las líneas del campo magnético en los dominios correspondientes del ferroimán del rotor y del estator, debido al cual surge un campo magnético giratorio cuando gira el rotor magnetizado. La reducción casi a la mitad de la velocidad angular del campo magnético giratorio en comparación con la velocidad angular del rotor está asociada con una probabilidad aproximadamente igual de transferencia de líneas de campo magnético desde los dominios del rotor y del estator durante el movimiento mutuo, en el que estas líneas son forzadas. estirarse hasta el momento de la disrupción, que se manifiesta fenomenológicamente en una forma de la llamada fricción magnética.
Literatura
1. Menshikh O.F., Método de obtención de energía y dispositivo para su implementación, Patente de RF No. 2332778, publ. en el No. 25 del 27/08/2008.
2. Menshikh O.F., Dispositivo para obtener energía mecánica, publ. en la "Base de conocimientos", Internet, Allbest.ru, 28/05/2014.
3. Menshikh O.F., motor CC de dos rotores sin escobillas, patente de RF n.º 2531029, publ. en el No. 29 de 10.10.2014.
4. Menshikh O.F., Dispositivo para estudiar la fricción magnética, Patente de RF No. 2530290, publ. en el N° 2 de fecha 20 de enero de 2015.
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Trabajo realizado al mover un conductor portador de corriente en un campo magnético.
Consideremos una sección de un conductor que transporta una corriente que puede moverse en un campo magnético. Consideraremos que el campo es uniforme y perpendicular al plano del contorno. El trabajo realizado por la fuerza DF al desplazar una sección del conductor Dl con corriente I hacia Dx será igual a:
DA = DF×Dx = B×I×Dl×Dx = I×B×DS = I×dФ.
Si el campo no es uniforme dA = I×dФ, donde dФ es el flujo de inducción magnética que atraviesa el conductor cuando se mueve.
Se puede demostrar que si B no es perpendicular al plano del contorno, entonces la fórmula para calcular el trabajo será la misma. La fórmula también será válida para mover un conductor con una corriente de cualquier forma, incl. y un circuito cerrado con corriente (en este caso dФ es el cambio en el flujo que cruza el circuito). Es válido no sólo para movimiento lineal, sino también para cualquier tipo de movimiento.
Notas: 1. Si el contorno se mueve en un campo uniforme de tal manera que el flujo que lo atraviesa permanece sin cambios, entonces no se realiza ningún trabajo.
2. El trabajo de mover un conductor con corriente se realiza debido a la energía de la fuente de corriente.
30) Inducción electromagnética- el fenómeno de la aparición de corriente eléctrica en circuito cerrado cuando cambia el flujo magnético que lo atraviesa. Michael Faraday descubrió que la fuerza electromotriz generada en un circuito conductor cerrado es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético a través de la superficie delimitada por el circuito. La magnitud de la fuerza electromotriz (EMF) no depende de qué está causando el cambio de flujo: un cambio en el campo magnético mismo o el movimiento del circuito (o parte de él) en el campo magnético. La corriente eléctrica causada por esta fem generalmente se llama corriente inducida.
Residencia en ley inducción electromagnética Faraday: , donde
ε es la fuerza electromotriz que actúa a lo largo de un contorno elegido arbitrariamente,
Flujo magnético a través de una superficie extendida sobre un circuito determinado.
Publicado en ref.rf
El signo menos en la fórmula refleja La regla de Lenz: corriente inducida, que surge en un circuito conductor cerrado, tiene una dirección tal que el campo magnético que crea contrarresta el cambio en el flujo magnético que provocó la corriente.
Para una bobina ubicada en un campo magnético alterno, la ley de Faraday se puede escribir de la siguiente manera: , donde
ε es la fuerza electromotriz, N es el número de vueltas, F es el flujo magnético a través de una vuelta, Ψ es el enlace de flujo de la bobina.
31) Todos los generadores de inducción constan del mismo partes basicas. Se trata de un electroimán o imán permanente que crea un campo magnético y un devanado en el que se induce una fuerza electromotriz alterna (en el modelo de generador considerado, se trata de un marco giratorio). Dado que la FEM inducida en las espiras conectadas en serie se suma, la amplitud de la FEM inducida en el marco es proporcional al número de vueltas en él. También es proporcional a la amplitud del flujo magnético alterno (Фm = BS) en cada vuelta.
Principio de funcionamiento de un alternador. próximo. Para obtener un gran flujo magnético, los generadores utilizan un sistema magnético especial que consta de dos núcleos de acero eléctrico. Los devanados que crean el campo magnético se colocan en las ranuras de uno de los núcleos y los devanados en los que se induce la FEM, en las ranuras del otro. Uno de los núcleos (generalmente interno) junto con su devanado gira alrededor de un eje horizontal o vertical. Por esta razón se le suele llamar rotor. El núcleo fijo con su devanado se llama estator. El espacio entre los núcleos del estator y del rotor se hace lo más pequeño posible para aumentar el flujo de inducción magnética.
En el modelo de generador que se muestra en la figura, gira una estructura de alambre, que es un rotor (sin núcleo de hierro). El campo magnético es creado por un imán permanente estacionario.
en grande generadores industriales Es el electroimán, que es el rotor, el que gira, mientras que los devanados en los que se induce la EMF se colocan en las ranuras del estator y permanecen estacionarios. El hecho es que la corriente debe suministrarse al rotor o retirarse del devanado del rotor a un circuito externo mediante contactos deslizantes. Para ello, el rotor está equipado con anillos colectores unidos a los extremos de su devanado.
diagrama de bloques generador de corriente alterna.
Las placas fijas (cepillos) se presionan contra los anillos y conectan el devanado del rotor con el circuito externo. La intensidad de la corriente en los devanados de un electroimán que crea un campo magnético es significativamente menos fuerza Corriente suministrada por el generador al circuito externo. Por esta razón, es más conveniente extraer la corriente generada de los devanados estacionarios y, a través de los contactos deslizantes, suministrar una corriente relativamente débil al electroimán giratorio. Esta corriente es generada por un generador de corriente continua separado (excitador) ubicado a la izquierda del eje (hoy CORRIENTE CONTINUA. el devanado del rotor se suministra con mayor frecuencia desde devanado del estator el mismo generador a través de un rectificador).
En los generadores de baja potencia, el campo magnético se crea mediante un imán permanente giratorio. En este caso, no se necesitan anillos ni cepillos.
La aparición de EMF en los devanados del estator estacionario se explica por la aparición en ellos de un campo eléctrico de vórtice, generado por un cambio en el flujo magnético cuando gira el rotor.
Un generador de corriente eléctrica moderno es una impresionante estructura hecha de alambres de cobre, materiales aislantes Y estructuras de acero. Con unas dimensiones de varios metros. los detalles más importantes Los generadores se fabrican con precisión milimétrica. En ningún lugar de la naturaleza existe tal combinación de partes móviles que pueda generar energía eléctrica de forma igualmente continua y económica.
32) Autoinducción- el fenómeno de la aparición de fem inducida en un circuito conductor cuando cambia la corriente que fluye a través del circuito.
Publicado en ref.rf
Cuando cambia la corriente en el circuito, el flujo magnético a través de la superficie limitada por este circuito cambia y el cambio en el flujo de inducción magnética conduce a la excitación de la fem de autoinducción. La dirección de la FEM resulta ser tal que cuando la corriente en el circuito aumenta, la FEM evita que la corriente aumente, y cuando la corriente disminuye, evita que disminuya. La magnitud de la FEM es proporcional a la tasa de cambio de la corriente. I e inductancia de bucle l:
Debido al fenómeno de autoinducción en un circuito eléctrico con una fuente EMF, cuando el circuito está cerrado, la corriente no se establece instantáneamente, sino después de un tiempo. Se producen procesos similares cuando se abre el circuito y el valor de la fem de autoinducción puede exceder significativamente fuente de campos electromagnéticos. Más a menudo en vida ordinaria se utiliza en bobinas de encendido de automóviles. El voltaje de autoinducción típico con un voltaje de suministro de 12 V es de 7 a 25 kV. Lo que no es del todo cierto: un aumento de corriente en el devanado primario, causado por autoinducción, crea un pulso EM, que crea un alto voltaje en el devanado secundario. Este fenómeno también se utiliza para encender lámparas fluorescentes en esquema estándar, Con cualquier cambio en la corriente en el conductor, se produce una fem inducida, que se excita por un cambio en el flujo magnético creado por la misma corriente. Este fenómeno suele denominarse autoinducción.
La fem de autoinducción está determinada por la expresión: mi = - L D I /D t, Dónde l– la inductancia de un conductor, dependiendo de su tamaño, forma y las propiedades del entorno en el que se encuentra el conductor. Inductancia l une el flujo magnético F, penetrando en el circuito, con fuerza actual. I en el circuito que crea este hilo: Ф = L I., La inductancia de un solenoide de núcleo largo es: L = metro 0 · metro · norte 2 S / l = metro 0 · metro ? norte 2 V,Dónde norte– número de vueltas; S– área de la sección transversal del solenoide; yo– longitud del devanado; norte = norte/l– número de vueltas por unidad de longitud; V = Sl– volumen del solenoide; metro– permeabilidad magnética del núcleo; metro 0= 12,57 · 10 –7 N/A 2 – constante magnética. Energía yo w campo magnético creado por un conductor con inductancia l, a través del cual fluye la corriente I, es igual a: W = LI 2/2.
33) Inducción mutua- la aparición de una fuerza electromotriz en un conductor debido a un cambio en la intensidad de la corriente en otro conductor o debido a un cambio posición relativa conductores. Cuando cambia la corriente en uno de los conductores o cuando cambia la posición relativa de los conductores, se produce un cambio en el flujo magnético a través de la superficie (imaginaria) "estirada" sobre el contorno del segundo, creado por el campo magnético generado por el corriente en el primer conductor que, según la ley de la inducción electromagnética, provoca la aparición de una fem en el segundo conductor. Si el segundo conductor está cerrado, entonces, bajo la influencia de la inducción mutua fem, se forma en él una corriente inducida. Por el contrario, un cambio en la corriente en el segundo circuito hará que aparezca una fem en el primero. La dirección de la corriente generada por inducción mutua está determinada por La regla de Lenz. La regla indica que un cambio de corriente en un circuito (bobina) es contrarrestado por otro circuito (bobina).
Cuanto más penetra el campo magnético del primer circuito en el segundo circuito, más fuerte será la inductancia mutua entre los circuitos. Desde el punto de vista cuantitativo, el fenómeno de la inducción mutua se caracteriza por la inductancia mutua (coeficiente de inducción mutua, coeficiente de acoplamiento). Para cambiar la magnitud del acoplamiento inductivo entre los circuitos, las bobinas se hacen móviles. Los dispositivos utilizados para cambiar la inductancia mutua entre circuitos se denominan variómetros de acoplamiento.
El transformador es estático. dispositivo electromagnético, que tiene dos o más devanados acoplados inductivamente en cualquier circuito magnético y diseñado para convertir, mediante inducción electromagnética, uno o más sistemas de corriente alterna (voltajes) en uno o más sistemas de corriente alterna (voltajes) sin cambiar la frecuencia del sistema de corriente alterna. (Voltaje).
El transformador convierte voltaje CA y/o aislamiento galvánico en una amplia variedad de aplicaciones: energía eléctrica, electrónica e ingeniería de radio.
Estructuralmente, un transformador puede consistir en uno (autotransformador) o varios alambres aislados o devanados de cinta (bobinas), cubiertos por un flujo magnético común, enrollados, por regla general, en un núcleo magnético (núcleo) de material magnético blando ferromagnético.
34) Diamagnetos- sustancias que se magnetizan en contra de la dirección del campo magnético externo. En ausencia de un campo magnético externo, los materiales diamagnéticos no son magnéticos. Bajo la influencia de un campo magnético externo, cada átomo diamagnético adquiere un momento magnético I (y cada unidad de volumen, magnetización M), proporcional a la inducción magnética B y dirigido hacia el campo. Por esta razón, la susceptibilidad magnética χ = M/H para materiales diamagnéticos es siempre negativa. En valor absoluto, la susceptibilidad diamagnética es pequeña y depende débilmente tanto de la intensidad del campo magnético como de la temperatura.
Paramagnetos- sustancias que están magnetizadas en un campo magnético externo en la dirección del campo magnético externo (JH) y tienen una susceptibilidad magnética positiva. Las sustancias paramagnéticas son sustancias débilmente magnéticas; la permeabilidad magnética difiere ligeramente de la unidad μ ≥ 1.
Los átomos (moléculas o iones) de un material paramagnético tienen sus propios momentos magnéticos que, bajo la influencia de campos externos, se orientan a lo largo del campo y crean así un campo resultante que excede el externo. Las sustancias paramagnéticas son atraídas por un campo magnético. En ausencia de un campo magnético externo, un material paramagnético no está magnetizado, ya que debido al movimiento térmico los momentos magnéticos intrínsecos de los átomos están orientados de forma completamente aleatoria.
Los materiales paramagnéticos incluyen aluminio (Al), platino (Pt), muchos otros metales (metales alcalinos y alcalinotérreos, así como aleaciones de estos metales), oxígeno (O2), óxido de nitrógeno (NO), óxido de manganeso (MnO), cloruro. hierro (FeCl 3), etc.
Las sustancias ferromagnéticas y antiferromagnéticas se vuelven paramagnéticas a temperaturas que exceden, respectivamente, la temperatura de Curie o Néel (la temperatura de transición de fase al estado paramagnético).
35) Ferroimanes- sustancias capaces de permanecer magnetizadas en ausencia de un campo externo. En los ferromagnetos, la dependencia de Ĵ con respecto a H tiene la forma de histéresis (literalmente, retraso). Los ferroimanes sirven para concentrar el campo magnético.
37) Ondas electromagnéticas- se trata de un cambio periódico en el tiempo de cantidades eléctricas y magnéticas (carga, corriente, voltaje, intensidad, inducción magnética, intensidad del campo magnético). El sistema más simple, excitantes oscilaciones eléctricas - ϶ᴛᴏ circuito oscilatorio eléctrico.
38) El fenómeno de un fuerte aumento en la amplitud de las oscilaciones en un circuito cuando la frecuencia natural f 0 coincide con la frecuencia externa f se suele denominar resonancia en un circuito oscilatorio (la base de la televisión y la radio). onda electromagnética– se trata de una fluctuación en la intensidad de los campos eléctrico E y magnético H.
El trabajo de mover un conductor con corriente en un campo magnético: concepto y tipos. Clasificación y características de la categoría “Trabajo de mover un conductor con corriente en un campo magnético” 2014, 2015.