Kas ir plūsma fizikā. Magnētisko lielumu mērvienības. Interesanti zināt

Starp daudzajām definīcijām un jēdzieniem, kas saistīti ar magnētisko lauku, īpaši jāpiemin magnētiskā plūsma, kurai ir noteikts virziens. Šo īpašību plaši izmanto elektronikā un elektrotehnikā, instrumentu un ierīču projektēšanā, kā arī dažādu ķēžu aprēķināšanā.

Magnētiskās plūsmas jēdziens

Pirmkārt, ir precīzi jānosaka, ko sauc par magnētisko plūsmu. Šī vērtība jāņem vērā kopā ar vienmērīgu magnētisko lauku. Tas ir viendabīgs katrā noteiktās vietas punktā. Magnētiskais lauks ietekmē noteiktu virsmu ar noteiktu laukumu, kas apzīmēts ar simbolu S. Lauka līnijas iedarbojas uz šo virsmu un to krusto.

Tādējādi magnētiskā plūsma Ф, kas šķērso virsmu ar laukumu S, sastāv no noteikta skaita līniju, kas sakrīt ar vektoru B un iet caur šo virsmu.

Šo parametru var atrast un attēlot formulas Ф = BS cos α formā, kurā α ir leņķis starp normālo virzienu pret virsmu S un magnētiskās indukcijas vektoru B. Pamatojoties uz šo formulu, ir iespējams noteikt magnētiskā plūsma ar maksimālo vērtību, pie kuras cos α = 1 , un vektora B pozīcija kļūs paralēla normai, kas ir perpendikulāra virsmai S. Un, otrādi, magnētiskā plūsma būs minimāla, ja vektors B atrodas perpendikulāri normāli.

Šajā versijā vektoru līnijas vienkārši slīd gar plakni un nekrustojas ar to. Tas ir, plūsma tiek ņemta vērā tikai pa magnētiskās indukcijas vektora līnijām, kas krustojas ar noteiktu virsmu.

Lai atrastu šo vērtību, tiek izmantotas Weber vai voltsekundes (1 Wb = 1 V x 1 s). Šo parametru var izmērīt citās vienībās. Mazākā vērtība ir maxwell, kas ir 1 Wb = 10 8 μs vai 1 μs = 10 -8 Wb.

Magnētiskā lauka enerģija un magnētiskā plūsma

Ja caur vadītāju tiek izlaista elektriskā strāva, ap to veidojas magnētiskais lauks ar enerģiju. Tās izcelsme ir saistīta ar strāvas avota elektrisko enerģiju, kas daļēji tiek patērēta, lai pārvarētu ķēdē notiekošo pašinduktīvo emf. Šī ir tā sauktā strāvas pašenerģija, kuras dēļ tā veidojas. Tas ir, lauka un strāvas enerģijas būs vienādas viena ar otru.

Pašas strāvas enerģijas vērtību izsaka ar formulu W = (L x I 2)/2. Šī definīcija tiek uzskatīta par vienādu ar darbu, ko veic strāvas avots, kas pārvar induktivitāti, tas ir, pašinduktīvo emf un rada strāvu elektriskajā ķēdē. Strāvai pārtraucot darboties, magnētiskā lauka enerģija nepazūd bez pēdām, bet tiek atbrīvota, piemēram, loka vai dzirksteles veidā.

Magnētiskā plūsma, kas rodas laukā, ir pazīstama arī kā magnētiskās indukcijas plūsma ar pozitīvu vai negatīvu vērtību, kuras virzienu parasti apzīmē ar vektoru. Parasti šī plūsma iet caur ķēdi, caur kuru plūst elektriskā strāva. Ja normāls ir pozitīvs attiecībā pret kontūru, strāvas kustības virziens ir vērtība, kas noteikta saskaņā ar. Šajā gadījumā magnētiskajai plūsmai, ko rada ķēde ar elektrisko strāvu un kas iet caur šo ķēdi, vienmēr būs vērtība, kas lielāka par nulli. Par to liecina arī praktiskie mērījumi.

Magnētisko plūsmu parasti mēra starptautiskās SI sistēmas noteiktajās vienībās. Tas ir jau labi pazīstamais Weber, kas apzīmē plūsmas daudzumu, kas iet caur plakni ar platību 1 m2. Šī virsma ir novietota perpendikulāri magnētiskā lauka līnijām ar vienotu struktūru.

Šo koncepciju labi apraksta Gausa teorēma. Tas atspoguļo magnētisko lādiņu neesamību, tāpēc indukcijas līnijas vienmēr šķiet aizvērtas vai virzās uz bezgalību bez sākuma vai beigām. Tas ir, magnētiskā plūsma, kas iet caur jebkura veida slēgtu virsmu, vienmēr ir nulle.

MAGNĒTISKAIS LAUKS

Kustīgo elektrisko lādiņu magnētiskā mijiedarbība saskaņā ar lauka teorijas jēdzieniem tiek skaidrota šādi: katrs kustīgs elektriskais lādiņš rada apkārtējā telpā magnētisko lauku, kas var iedarboties uz citiem kustīgiem elektriskajiem lādiņiem.

B ir fizikāls lielums, kas ir spēks, kas raksturīgs magnētiskajam laukam. To sauc par magnētisko indukciju (vai magnētiskā lauka indukciju).

Magnētiskā indukcija- vektora daudzums. Magnētiskās indukcijas vektora lielums ir vienāds ar ampēra spēka maksimālās vērtības attiecību, kas iedarbojas uz taisnu vadītāju ar strāvu, pret strāvas stiprumu vadītājā un tā garumu:

Magnētiskās indukcijas mērvienība. Starptautiskajā mērvienību sistēmā magnētiskās indukcijas mērvienība tiek uzskatīta par magnētiskā lauka indukciju, kurā maksimālais ampērspēks 1 N iedarbojas uz katru vadītāja garuma metru ar strāvu 1 A. Šo vienību sauc par teslu. (saīsināti kā T), par godu izcilajam Dienvidslāvijas fiziķim N. Teslai:

LORENCA SPĒKS

Strāvu nesoša vadītāja kustība magnētiskajā laukā parāda, ka magnētiskais lauks iedarbojas uz kustīgiem elektriskajiem lādiņiem. Uz vadītāju iedarbojas ampērspēks F A = ​​IBlsin a, un Lorenca spēks iedarbojas uz kustīgu lādiņu:

Kur a- leņķis starp vektoriem B un v.

Lādētu daļiņu kustība magnētiskajā laukā. Vienmērīgā magnētiskajā laukā uz uzlādētu daļiņu, kas pārvietojas ar ātrumu, kas ir perpendikulārs magnētiskā lauka indukcijas līnijām, iedarbojas nemainīga lieluma spēks m, kas ir vērsts perpendikulāri ātruma vektoram Magnētiskā spēka ietekmē daļiņa iegūst paātrinājums, kura modulis ir vienāds ar:

Vienmērīgā magnētiskajā laukā šī daļiņa pārvietojas pa apli. Trajektorijas izliekuma rādiusu, pa kuru daļiņa pārvietojas, nosaka no stāvokļa, no kura tas izriet,

Trajektorijas izliekuma rādiuss ir nemainīga vērtība, jo ātrums, kas ir perpendikulārs ātruma vektoram, maina tikai tā virzienu, bet ne lielumu. Un tas nozīmē, ka šī trajektorija ir aplis.

Daļiņas griešanās periods vienmērīgā magnētiskajā laukā ir vienāds ar:

Pēdējā izteiksme parāda, ka daļiņas apgriezienu periods vienmērīgā magnētiskajā laukā nav atkarīgs no tās trajektorijas ātruma un rādiusa.

Ja elektriskā lauka stiprums ir nulle, tad Lorenca spēks l ir vienāds ar magnētisko spēku m:

ELEKTROMAGNĒTISKĀ INDUKCIJA

Elektromagnētiskās indukcijas fenomenu atklāja Faradejs, kurš konstatēja, ka elektriskā strāva rodas slēgtā vadošā ķēdē ar jebkādām izmaiņām magnētiskajā laukā, kas iekļūst ķēdē.

MAGNĒTISKĀ PLŪSMA

Magnētiskā plūsma F(magnētiskās indukcijas plūsma) caur laukuma virsmu S- vērtība, kas vienāda ar magnētiskās indukcijas vektora lieluma un laukuma reizinājumu S un leņķa kosinuss A starp vektoru un virsmas normālu:

Ф=BScos

SI magnētiskās plūsmas mērvienība ir 1 Vēbers (Wb) - magnētiskā plūsma caur 1 m2 virsmu, kas atrodas perpendikulāri vienmērīga magnētiskā lauka virzienam, kura indukcija ir 1 T:

Elektromagnētiskā indukcija- elektriskās strāvas parādība slēgtā vadošā ķēdē ar jebkādām izmaiņām magnētiskajā plūsmā, kas iekļūst ķēdē.

Rodoties slēgtā kontūrā, inducētajai strāvai ir tāds virziens, ka tās magnētiskais lauks neitralizē magnētiskās plūsmas izmaiņas, kas to izraisa (Lenca likums).

ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS LIKUMS

Faradeja eksperimenti parādīja, ka inducētās strāvas stiprums I i vadošā ķēdē ir tieši proporcionāls magnētiskās indukcijas līniju skaita izmaiņu ātrumam, kas iekļūst virsmā, ko ierobežo šī ķēde.

Tāpēc indukcijas strāvas stiprums ir proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam caur virsmu, ko ierobežo kontūra:

Ir zināms, ka, ja ķēdē parādās strāva, tas nozīmē, ka ārējie spēki iedarbojas uz vadītāja brīvajiem lādiņiem. Šo spēku veikto darbu, lai pārvietotu vienības lādiņu pa slēgtu cilpu, sauc par elektromotora spēku (EMF). Atradīsim inducēto emf ε i.

Saskaņā ar Oma likumu slēgtai ķēdei

Tā kā R nav atkarīgs no , Tad

Inducētā emf virzienā sakrīt ar inducēto strāvu, un šī strāva saskaņā ar Lenca likumu tiek virzīta tā, lai tās radītā magnētiskā plūsma neitralizētu ārējās magnētiskās plūsmas izmaiņas.

Elektromagnētiskās indukcijas likums

Inducētais emf slēgtā cilpā ir vienāds ar magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumu, kas iet cauri cilpai, kas ņemta ar pretēju zīmi:

PAŠINDUKCIJA. INDUKTANCE

Pieredze rāda, ka magnētiskā plūsma F saistīta ar ķēdi, ir tieši proporcionāla strāvai šajā ķēdē:

Ф = L*I .

Cilpas induktivitāte L- proporcionalitātes koeficients starp strāvu, kas iet caur ķēdi, un tās radīto magnētisko plūsmu.

Vadītāja induktivitāte ir atkarīga no tā formas, izmēra un vides īpašībām.

Pašindukcija- inducēta emf parādība ķēdē, kad mainās magnētiskā plūsma, ko izraisa izmaiņas strāvā, kas iet caur pašu ķēdi.

Pašindukcija ir īpašs elektromagnētiskās indukcijas gadījums.

Induktivitāte ir lielums, kas skaitliski vienāds ar pašinduktīvo emf, kas rodas ķēdē, kad strāva tajā mainās par vienu laika vienībā. SI induktivitātes mērvienību uzskata par vadītāja induktivitāti, kurā, strāvas stiprumam mainoties par 1 A 1 s, rodas pašinduktīvā emf 1 V. Šo vienību sauc par Henriju (H):

MAGNĒTISKĀ LAUKA ENERĢIJA

Pašindukcijas fenomens ir līdzīgs inerces fenomenam. Mainot strāvu, induktivitātei ir tāda pati loma kā masai, mainot ķermeņa ātrumu. Ātruma analogs ir strāva.

Tas nozīmē, ka strāvas magnētiskā lauka enerģiju var uzskatīt par vērtību, kas ir līdzīga ķermeņa kinētiskajai enerģijai:

Pieņemsim, ka pēc spoles atvienošanas no avota strāva ķēdē ar laiku samazinās saskaņā ar lineāru likumu.

Pašindukcijas emf šajā gadījumā ir nemainīga vērtība:

kur I ir strāvas sākotnējā vērtība, t ir laika periods, kurā strāvas stiprums samazinās no I līdz 0.

Laikā t caur ķēdi iziet elektriskais lādiņš q = I cp t. Jo I cp = (I + 0)/2 = I/2, tad q=It/2. Tāpēc elektriskās strāvas darbs ir:

Šis darbs tiek veikts spoles magnētiskā lauka enerģijas dēļ. Tādējādi mēs atkal iegūstam:

Piemērs. Nosakiet spoles magnētiskā lauka enerģiju, kurā pie 7,5 A strāvas magnētiskā plūsma ir 2,3 * 10 -3 Wb. Kā mainīsies lauka enerģija, ja strāvas stiprums tiks samazināts uz pusi?

Spoles magnētiskā lauka enerģija ir W 1 = LI 1 2 /2. Pēc definīcijas spoles induktivitāte ir L = Ф/I 1. Tāpēc

Atbilde: lauka enerģija ir 8,6 J; kad strāva samazinās uz pusi, tā samazināsies 4 reizes.

Izmantojot spēka līnijas, jūs varat ne tikai parādīt magnētiskā lauka virzienu, bet arī raksturot tā indukcijas lielumu.

Mēs vienojāmies novilkt lauka līnijas tā, lai caur 1 cm² laukumu, perpendikulāri indukcijas vektoram noteiktā punktā, šajā punktā izietu vairākas līnijas, kas vienādas ar lauka indukciju.

Vietā, kur lauka indukcija ir lielāka, lauka līnijas būs blīvākas. Un otrādi, kur lauka indukcija ir mazāka, lauka līnijas ir retāk sastopamas.

Magnētisko lauku ar vienādu indukciju visos punktos sauc par vienmērīgu lauku. Grafiski vienmērīgs magnētiskais lauks ir attēlots ar spēka līnijām, kas atrodas vienā no otras

Vienmērīga lauka piemērs ir lauks garā solenoīdā, kā arī lauks starp cieši izvietotiem paralēliem elektromagnēta plakaniem polu gabaliem.

Magnētiskā lauka indukcijas reizinājumu, kas iekļūst noteiktā ķēdē ar ķēdes laukumu, sauc par magnētisko plūsmu, magnētisko indukciju vai vienkārši magnētisko plūsmu.

Angļu fiziķis Faradejs deva tai definīciju un pētīja tā īpašības. Viņš atklāja, ka šī koncepcija ļauj dziļāk apsvērt magnētisko un elektrisko parādību vienoto raksturu.

Apzīmējot magnētisko plūsmu ar burtu Ф, kontūras laukumu S un leņķi starp indukcijas vektora B virzienu un normālu n uz kontūras laukumu α, varam uzrakstīt šādu vienādību:

Ф = В S cos α.

Magnētiskā plūsma ir skalārs lielums.

Tā kā patvaļīga magnētiskā lauka spēka līniju blīvums ir vienāds ar tā indukciju, magnētiskā plūsma ir vienāda ar visu spēka līniju skaitu, kas iekļūst noteiktā ķēdē.

Mainoties laukam, mainās arī magnētiskā plūsma, kas caurstrāvo ķēdi: laukam pastiprinoties, tas palielinās, vājinoties – samazinās.

Magnētiskās plūsmas vienība tiek uzskatīta par plūsmu, kas iekļūst 1 m² platībā, kas atrodas vienmērīgā magnētiskajā laukā ar indukciju 1 Wb/m² un atrodas perpendikulāri indukcijas vektoram. Šādu vienību sauc par Weber:

1 Wb = 1 Wb/m² ˖ 1 m².

Mainīga magnētiskā plūsma rada elektrisko lauku ar slēgtām spēka līnijām (virpuļa elektriskais lauks). Šāds lauks diriģentā izpaužas kā svešu spēku darbība. Šo parādību sauc par elektromagnētisko indukciju, un elektromotora spēku, kas rodas šajā gadījumā, sauc par inducēto emf.

Turklāt jāatzīmē, ka magnētiskā plūsma ļauj raksturot visu magnētu (vai jebkuru citu magnētiskā lauka avotu) kopumā. Līdz ar to, ja tas ļauj raksturot tā darbību jebkurā atsevišķā punktā, tad magnētiskā plūsma ir pilnībā. Tas ir, mēs varam teikt, ka tas ir otrs svarīgākais Tas nozīmē, ka, ja magnētiskā indukcija darbojas kā spēks, kas raksturīgs magnētiskajam laukam, tad magnētiskā plūsma ir tā enerģijas raksturlielums.

Atgriežoties pie eksperimentiem, varam arī teikt, ka katru spoles pagriezienu var iedomāties kā atsevišķu slēgtu pagriezienu. Tā pati ķēde, caur kuru izies magnētiskās indukcijas vektora magnētiskā plūsma. Šajā gadījumā tiks novērota induktīvā elektriskā strāva. Tādējādi tieši magnētiskās plūsmas ietekmē slēgtā vadītājā veidojas elektriskais lauks. Un tad šis elektriskais lauks veido elektrisko strāvu.

Magnētiskā plūsma (magnētiskās indukcijas līniju plūsma) caur kontūru ir skaitliski vienāds ar magnētiskās indukcijas vektora lieluma reizinājumu ar kontūras ierobežoto laukumu un ar leņķa kosinusu starp magnētiskās indukcijas vektora virzienu un šīs kontūras ierobežotās virsmas normālu.

Formula ampēra spēka darbam taisna vadītāja kustības laikā ar pastāvīgu strāvu vienmērīgā magnētiskajā laukā.

Tādējādi darbu, ko veic Ampere spēks, var izteikt kā strāvu pārvietotajā vadītājā un magnētiskās plūsmas izmaiņas ķēdē, kurā šis vadītājs ir pievienots:

Cilpas induktivitāte.

Induktivitāte - fiziskais vērtība, kas skaitliski vienāda ar pašinduktīvo emf, kas rodas ķēdē, kad strāva mainās par 1 ampēru 1 sekundē.
Induktivitāti var aprēķināt arī pēc formulas:

kur Ф ir magnētiskā plūsma caur ķēdi, I ir strāvas stiprums ķēdē.

SI induktivitātes mērvienības:

Magnētiskā lauka enerģija.

Magnētiskajam laukam ir enerģija. Tāpat kā uzlādētā kondensatorā ir elektriskās enerģijas rezerve, spolē, caur kuru plūst strāva, ir magnētiskās enerģijas rezerve.

Elektromagnētiskā indukcija.

Elektromagnētiskā indukcija - elektriskās strāvas parādība slēgtā ķēdē, kad mainās magnētiskā plūsma, kas iet caur to.

Faradeja eksperimenti. Elektromagnētiskās indukcijas skaidrojums.

Ja jūs pievedat pastāvīgo magnētu tuvu spolei vai otrādi (3.1. att.), spolē radīsies elektriskā strāva. Tas pats notiek ar divām cieši izvietotām spolēm: ja vienai no spolēm ir pievienots maiņstrāvas avots, tad maiņstrāva parādīsies arī otrā, taču vislabāk šis efekts izpaužas, ja abas spoles ir savienotas ar serdi.

Saskaņā ar Faradeja definīciju šiem eksperimentiem ir kopīgas: Ja mainās indukcijas vektora plūsma, kas iekļūst slēgtā, vadošā ķēdē, tad ķēdē rodas elektriskā strāva.

Šo parādību sauc par fenomenu elektromagnētiskā indukcija , un strāva ir indukcija. Šajā gadījumā parādība ir pilnīgi neatkarīga no magnētiskās indukcijas vektora plūsmas maiņas metodes.

Formula e.m.f. elektromagnētiskā indukcija.

izraisīts emf slēgtā kontūrā ir tieši proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam caur šīs cilpas ierobežoto laukumu.

Lenca likums.

Lenca likums

Inducētā strāva, kas rodas slēgtā ķēdē ar tās magnētisko lauku, neitralizē magnētiskās plūsmas izmaiņas, kas to izraisa.

Pašindukcija, tās skaidrojums.

Pašindukcija- inducēta emf parādība elektriskā ķēdē strāvas stipruma izmaiņu rezultātā.

Ķēdes slēgšana
Kad elektriskā ķēdē ir īssavienojums, palielinās strāva, kas izraisa magnētiskās plūsmas palielināšanos spolē, un parādās virpuļveida elektriskais lauks, kas vērsts pret strāvu, t.i. Spolē rodas pašindukcijas emf, kas novērš strāvas palielināšanos ķēdē (virpuļa lauks kavē elektronus).
Rezultātā L1 iedegas vēlāk nekā L2.

Atvērta ķēde
Atverot elektrisko ķēdi, strāva samazinās, notiek plūsmas samazināšanās spolē un parādās virpuļveida elektriskais lauks, kas virzīts kā strāva (cenšoties saglabāt vienādu strāvas stiprumu), t.i. Spolē rodas pašinducēta emf, uzturot strāvu ķēdē.
Tā rezultātā, kad tas ir izslēgts, L mirgo spilgti.

elektrotehnikā pašindukcijas fenomens izpaužas, kad ķēde ir slēgta (elektriskā strāva pakāpeniski palielinās) un ķēde tiek atvērta (elektriskā strāva nepazūd uzreiz).

Formula e.m.f. pašindukcija.

Pašinduktīvais emf neļauj strāvai palielināties, kad ķēde ir ieslēgta, un strāvas samazināšanos, kad ķēde tiek atvērta.

Maksvela elektromagnētiskā lauka teorijas pirmais un otrais nosacījums.

1. Jebkurš pārvietots elektriskais lauks rada virpuļmagnētisko lauku. Maksvels nosauca mainīgu elektrisko lauku, jo, tāpat kā parastā strāva, tas rada magnētisko lauku. Virpuļa magnētisko lauku ģenerē gan vadīšanas strāvas Ipr (kustīgie elektriskie lādiņi), gan nobīdes strāvas (pārvietots elektriskais lauks E).

Maksvela pirmais vienādojums

2. Jebkurš pārvietots magnētiskais lauks rada virpuļelektrisko lauku (elektromagnētiskās indukcijas pamatlikums).

Maksvela otrais vienādojums:

Elektromagnētiskā radiācija.

Elektromagnētiskie viļņi, elektromagnētiskais starojums- telpā izplatošā elektromagnētiskā lauka traucējumi (stāvokļa maiņa).

3.1. Vilnis - Tās ir vibrācijas, kas laika gaitā izplatās telpā.
Mehāniskie viļņi var izplatīties tikai kādā vidē (vielā): gāzē, šķidrumā, cietā vielā. Viļņu avots ir svārstīgi ķermeņi, kas rada vides deformāciju apkārtējā telpā. Nepieciešams nosacījums elastīgo viļņu parādīšanās brīdim ir to kavējošo spēku vides, it īpaši elastības, traucējumu parādīšanās. Viņiem ir tendence tuvināt blakus esošās daļiņas, kad tās attālinās, un atstumt tās vienu no otras, kad tās tuvojas viena otrai. Elastīgie spēki, kas iedarbojas uz daļiņām, kas atrodas tālu no traucējumu avota, sāk tās līdzsvarot. Garenvirziena viļņi raksturīga tikai gāzveida un šķidrām vidēm, bet šķērsvirziena– arī uz cietiem ķermeņiem: iemesls tam ir tas, ka daļiņas, kas veido šos medijus, var brīvi pārvietoties, jo atšķirībā no cietajiem ķermeņiem tās nav stingri fiksētas. Attiecīgi šķērseniskās vibrācijas būtībā nav iespējamas.

Garenvirziena viļņi rodas, kad vides daļiņas svārstās, orientētas gar traucējumu izplatīšanās vektoru. Šķērsviļņi izplatās virzienā, kas ir perpendikulārs trieciena vektoram. Īsāk sakot: ja vidē traucējuma radītā deformācija izpaužas bīdes, stiepšanās un saspiešanas veidā, tad runa ir par cietu ķermeni, kuram iespējami gan garenvirziena, gan šķērsviļņi. Ja maiņas parādīšanās nav iespējama, tad vide var būt jebkura.

Katrs vilnis pārvietojas ar noteiktu ātrumu. Zem viļņu ātrums saprast traucējuma izplatīšanās ātrumu. Tā kā viļņa ātrums ir nemainīga vērtība (noteiktai videi), viļņa nobrauktais attālums ir vienāds ar ātruma un tā izplatīšanās laika reizinājumu. Tādējādi, lai atrastu viļņa garumu, viļņa ātrums jāreizina ar svārstību periodu tajā:

Viļņa garums - attālums starp diviem viens otram tuvākajiem punktiem telpā, kuros vibrācijas notiek vienā un tajā pašā fāzē. Viļņa garums atbilst viļņa telpiskajam periodam, tas ir, attālumam, ko punkts ar nemainīgu fāzi “nobrauc” laika intervālā, kas vienāds ar svārstību periodu, tāpēc

Viļņa numurs(ko sauc arī par telpiskā frekvence) ir attiecība 2 π no radiāna līdz viļņa garumam: apļveida frekvences telpiskais analogs.

Definīcija: viļņa skaitlis k ir viļņa fāzes augšanas ātrums φ pēc telpiskās koordinātas.

3.2. Lidmašīnas vilnis - vilnis, kura priekšpusei ir plaknes forma.

Plaknes viļņa priekšpuse ir neierobežota izmēra, fāzes ātruma vektors ir perpendikulārs priekšpusei. Plaknes vilnis ir īpašs viļņu vienādojuma risinājums un ērts modelis: šāds vilnis dabā neeksistē, jo plaknes viļņa priekšpuse sākas un beidzas, kas, protams, nevar pastāvēt.

Jebkura viļņa vienādojums ir diferenciālvienādojuma risinājums, ko sauc par viļņu vienādojumu. Funkcijas viļņu vienādojums ir uzrakstīts šādi:

Kur

· - Laplasa operators;

· - nepieciešamā funkcija;

· - vēlamā punkta vektora rādiuss;

· - viļņu ātrums;

· - laiks.

viļņu virsma - punktu ģeometriskais lokuss, kas saskaras ar vispārinātās koordinātas perturbāciju tajā pašā fāzē. Īpašs viļņu virsmas gadījums ir viļņu fronte.

A) Lidmašīnas vilnis ir vilnis, kura viļņu virsmas ir viena otrai paralēlu plakņu kopums.

B) Sfērisks vilnis ir vilnis, kura viļņu virsmas ir koncentrisku sfēru kopums.

Rejs- līnija, parastā un viļņu virsma. Viļņu izplatīšanās virziens attiecas uz staru virzienu. Ja viļņu izplatīšanās vide ir viendabīga un izotropa, stari ir taisni (un, ja vilnis ir plakans, tās ir paralēlas taisnas līnijas).

Stara jēdziens fizikā parasti tiek izmantots tikai ģeometriskajā optikā un akustikā, jo tad, kad rodas efekti, kas šajos virzienos netiek pētīti, stara jēdziena nozīme tiek zaudēta.

3.3. Viļņa enerģētiskās īpašības

Videi, kurā vilnis izplatās, ir mehāniskā enerģija, kas ir visu tā daļiņu vibrācijas kustības enerģiju summa. Vienas daļiņas ar masu m 0 enerģiju nosaka pēc formulas: E 0 = m 0 Α 2ω 2/2. Vides tilpuma vienība satur n = lpp/m 0 daļiņas (ρ - barotnes blīvums). Tāpēc barotnes tilpuma vienībai ir enerģija w р = nЕ 0 = ρ Α 2ω 2 /2.

Tilpuma enerģijas blīvums(W р) - barotnes daļiņu vibrācijas kustības enerģija, kas atrodas tās tilpuma vienībā:

Enerģijas plūsma(F) - vērtība, kas vienāda ar enerģiju, ko vilnis pārnes caur noteiktu virsmu laika vienībā:

Viļņu intensitāte vai enerģijas plūsmas blīvums(I) - vērtība, kas vienāda ar enerģijas plūsmu, ko vilnis pārnes caur laukuma vienību, kas ir perpendikulāra viļņa izplatīšanās virzienam:

3.4. Elektromagnētiskais vilnis

Elektromagnētiskais vilnis- elektromagnētiskā lauka izplatīšanās process telpā.

Rašanās stāvoklis elektromagnētiskie viļņi. Izmaiņas magnētiskajā laukā rodas, mainoties strāvas stiprumam vadītājā, un strāvas stiprumam vadītājā mainās, mainoties elektrisko lādiņu kustības ātrumam tajā, t.i., lādiņiem pārvietojoties ar paātrinājumu. Līdz ar to elektromagnētiskajiem viļņiem vajadzētu rasties no elektrisko lādiņu paātrinātas kustības. Kad uzlādes ātrums ir nulle, ir tikai elektriskais lauks. Pie nemainīga uzlādes ātruma rodas elektromagnētiskais lauks. Paātrinot lādiņa kustību, izdalās elektromagnētiskais vilnis, kas izplatās telpā ar ierobežotu ātrumu.

Elektromagnētiskie viļņi vielā izplatās ar ierobežotu ātrumu. Šeit ε un μ ir vielas dielektriskās un magnētiskās caurlaidības, ε 0 un μ 0 ir elektriskās un magnētiskās konstantes: ε 0 = 8,85419·10 –12 F/m, μ 0 = 1,25664·10 –6 H/m.

Elektromagnētisko viļņu ātrums vakuumā (ε = μ = 1):

Galvenās īpašības Elektromagnētiskais starojums parasti tiek uzskatīts par frekvenci, viļņa garumu un polarizāciju. Viļņa garums ir atkarīgs no starojuma izplatīšanās ātruma. Elektromagnētiskā starojuma izplatīšanās ātrums vakuumā ir vienāds ar gaismas ātrumu, citos medijos šis ātrums ir mazāks.

Elektromagnētisko starojumu parasti iedala frekvenču diapazonos (sk. tabulu). Starp diapazoniem nav asu pāreju, tie dažkārt pārklājas, un robežas starp tām ir patvaļīgas. Tā kā starojuma izplatīšanās ātrums ir nemainīgs, tā svārstību biežums ir stingri saistīts ar viļņa garumu vakuumā.

Viļņu traucējumi. Sakarīgi viļņi. Nosacījumi viļņu saskaņotībai.

Gaismas optiskā ceļa garums (OPL). Attiecības starp starpību o.d.p. viļņi ar atšķirību viļņu izraisīto svārstību fāzēs.

Rezultātā radušos svārstību amplitūda, kad traucē divi viļņi. Nosacījumi amplitūdas maksimumiem un minimumiem divu viļņu traucējumu laikā.

Interferences bārkstis un traucējumu raksts plakanā ekrānā, ja to apgaismo divi šauri gari paralēli spraugas: a) sarkana gaisma, b) balta gaisma.

1) VIĻŅU TRAUCĒJUMI- tāda viļņu superpozīcija, kurā to savstarpējā pastiprināšanās, kas ir stabila laika gaitā, notiek dažos telpas punktos un vājināšanās citos atkarībā no šo viļņu fāžu attiecībām.

Nepieciešamie nosacījumi lai novērotu traucējumus:

1) viļņiem jābūt vienādām (vai tuvām) frekvencēm, lai viļņu superpozīcijas rezultātā iegūtais attēls laika gaitā nemainītos (vai nemainītos ļoti ātri, lai to varētu ierakstīt laikā);

2) viļņiem jābūt vienvirziena (vai ar līdzīgu virzienu); divi perpendikulāri viļņi nekad netraucēs (mēģiniet pievienot divus perpendikulārus sinusa viļņus!). Citiem vārdiem sakot, pievienotajiem viļņiem ir jābūt identiskiem viļņu vektoriem (vai cieši vērstiem).

Tiek saukti viļņi, kuriem ir izpildīti šie divi nosacījumi SASKAŅOTS. Pirmo nosacījumu dažreiz sauc laika saskaņotība, otrais - telpiskā saskaņotība.

Kā piemēru aplūkosim divu vienādu vienvirziena sinusoīdu pievienošanas rezultātu. Mēs mainīsim tikai to relatīvo maiņu. Citiem vārdiem sakot, mēs pievienojam divus saskaņotus viļņus, kas atšķiras tikai to sākotnējās fāzēs (vai nu to avoti ir nobīdīti viens pret otru, vai abi).

Ja sinusoīdi atrodas tā, ka to maksimumi (un minimumi) telpā sakrīt, tie tiks savstarpēji pastiprināti.

Ja sinusoīdi tiek nobīdīti viens pret otru par pusi perioda, viena maksimumi nokritīsies uz otra minimumiem; sinusoīdi iznīcinās viens otru, tas ir, notiks to savstarpēja vājināšanās.

Matemātiski tas izskatās šādi. Pievienojiet divus viļņus:

Šeit x 1 Un x 2- attālums no viļņu avotiem līdz telpas punktam, kurā novērojam superpozīcijas rezultātu. Iegūtā viļņa amplitūda kvadrātā (proporcionāla viļņa intensitātei) tiek iegūta ar:

Šīs izteiksmes maksimums ir 4A 2, minimums - 0; viss ir atkarīgs no sākotnējo fāžu starpības un no tā sauktās viļņu ceļa atšķirības :

Kad noteiktā telpas punktā tiks novērots traucējumu maksimums, bet kad - traucējumu minimums.

Mūsu vienkāršajā piemērā viļņu avoti un telpas punkts, kurā novērojam traucējumus, atrodas vienā taisnē; gar šo līniju traucējumu modelis ir vienāds visiem punktiem. Ja mēs virzīsim novērošanas punktu prom no taisnes, kas savieno avotus, mēs nonāksim telpas reģionā, kur traucējumu modelis mainās no punkta uz punktu. Šajā gadījumā mēs novērosim viļņu traucējumus ar vienādām frekvencēm un tuvu viļņu vektoriem.

2)1. Optiskā ceļa garums ir gaismas viļņa ceļa ģeometriskā garuma d reizinājums noteiktā vidē un šīs vides absolūtā laušanas koeficienta n reizinājums.

2. Fāzu starpība diviem koherentiem viļņiem no viena avota, no kuriem viens virzās pa ceļa garumu vidē ar absolūto laušanas koeficientu, bet otrs - ceļa garums vidē ar absolūto laušanas koeficientu:

kur , , λ ir gaismas viļņa garums vakuumā.

3) Rezultātā radušos svārstību amplitūda ir atkarīga no lieluma, ko sauc insulta atšķirība viļņi

Ja ceļa starpība ir vienāda ar veselu viļņu skaitu, tad viļņi nonāk fāzes punktā. Pievienojot, viļņi pastiprina viens otru un rada svārstības ar dubultu amplitūdu.

Ja ceļa starpība ir vienāda ar nepāra skaitu pusviļņu, tad viļņi nonāk punktā A antifāzē. Šajā gadījumā tie atceļ viens otru, iegūto svārstību amplitūda ir nulle.

Citos kosmosa punktos tiek novērota iegūtā viļņa daļēja nostiprināšanās vai vājināšanās.

4) Junga pieredze

1802. gadā angļu zinātnieks Tomass Jangs veica eksperimentu, kurā novēroja gaismas traucējumus. Gaisma no šauras spraugas S, nokrita uz ekrāna ar diviem cieši izvietotiem spraugām S 1 Un S 2. Izejot cauri katrai no spraugām, gaismas stars paplašinājās, un uz baltā ekrāna gaismas stari iziet cauri spraugām S 1 Un S 2, pārklājās. Reģionā, kur gaismas stari pārklājās, tika novērots traucējumu modelis mainīgu gaišu un tumšu svītru veidā.

Gaismas traucējumu ieviešana no parastajiem gaismas avotiem.

Gaismas traucējumi uz plānas plēves. Nosacījumi maksimālai un minimālai gaismas iejaukšanās filmai atstarotā un caurlaidīgā gaismā.

Interferences bārkstis vienāda biezuma un interferences bārkstis ar vienādu slīpumu.

1) Interferences fenomens tiek novērots plānā nesajaucamu šķidrumu slānī (petrolejas vai eļļas uz ūdens virsmas), ziepju burbuļos, benzīnā, uz tauriņu spārniem, aptraipītās krāsās utt.

2) Traucējumi rodas, kad sākotnējais gaismas stars sadalās divos staros, kad tas iet cauri plānai plēvei, piemēram, plēvei, kas tiek uzklāta uz pārklātu lēcu lēcu virsmas. Gaismas stars, kas iet cauri biezai plēvei, tiks atspoguļots divreiz - no tās iekšējās un ārējās virsmas. Atstarotajiem stariem būs nemainīga fāzes starpība, kas vienāda ar divkāršu plēves biezumu, izraisot staru saskaņotību un traucējumus. Pilnīga staru dzēšana notiks pie , kur ir viļņa garums. Ja nm, tad plēves biezums ir 550:4 = 137,5 nm.


Elektriskais dipola moments
Elektriskais lādiņš
Elektriskā indukcija
Elektriskais lauks
Elektrostatiskais potenciāls Skatīt arī: Portāls: Fizika

Magnētiskā plūsma- fiziskais daudzums, kas vienāds ar magnētiskās indukcijas vektora lieluma reizinājumu \vec B pēc laukuma S un leņķa kosinusa α starp vektoriem \vec B un normāli \mathbf(n). Plūsma \Phi_B kā magnētiskās indukcijas vektora integrālis \vec B caur gala virsmu S tiek noteikts caur virsmas integrāli:

{{{1}}}

Šajā gadījumā vektora elements d S virsmas laukums S definēts kā

{{{1}}}

Magnētiskās plūsmas kvantēšana

Caur ejošās magnētiskās plūsmas Φ vērtības

Uzrakstiet atsauksmi par rakstu "Magnētiskā plūsma"

Saites

Magnētisko plūsmu raksturojošs fragments

"C"est bien, mais ne demenagez pas de chez le prince Vasile. Il est bon d"avoir un ami comme le prince," viņa teica, pasmaidot princim Vasilijam. - J"en sais quelque izvēlējās. N"est ce pas? [Tas ir labi, bet neatkāpieties no prinča Vasilija. Ir labi, ka tev ir tāds draugs. Es kaut ko zinu par šo. Vai tas nav pareizi?] Un jūs joprojām esat tik jauns. Jums ir nepieciešams padoms. Nedusmojies uz mani, ka izmantoju vecu sieviešu tiesības. "Viņa apklusa, tāpat kā sievietes vienmēr klusē, gaidot kaut ko pēc tam, kad viņas saka par saviem gadiem. – Ja tu apprecēsies, tad tā ir cita lieta. – Un viņa tos apvienoja vienā skatienā. Pjērs neskatījās uz Helēnu, un viņa neskatījās uz viņu. Bet viņa joprojām bija šausmīgi tuvu viņam. Viņš kaut ko nomurmināja un nosarka.
Atgriežoties mājās, Pjērs ilgi nevarēja aizmigt, domājot par to, kas ar viņu noticis. Kas ar viņu notika? Nekas. Viņš tikko saprata, ka bērnībā pazīstamā sieviete, par kuru viņš izklaidīgi teica: "Jā, viņa ir laba", kad viņi viņam teica, ka Helēna ir skaista, viņš saprata, ka šī sieviete varētu piederēt viņam.
"Bet viņa ir stulba, es pats teicu, ka viņa ir stulba," viņš domāja. "Sajūtā, ko viņa manī izraisīja, ir kaut kas nejauks, kaut kas aizliegts." Viņi man teica, ka viņas brālis Anatole bija viņā iemīlējies, un viņa bija viņā, ka ir viss stāsts un ka Anatols tika nosūtīts prom no tā. Viņas brālis ir Hipolīts... Viņas tēvs ir princis Vasilijs... Tas nav labi,” viņš domāja; un tajā pašā laikā, kad viņš šādi sprieda (šie prātojumi joprojām palika nepabeigti), viņš pasmaidīja un saprata, ka no aiz pirmā prātojuma parādās vēl viena spriešanas virkne, ka tajā pašā laikā viņš domā par viņas nenozīmīgumu un sapņo par kā viņa būs viņa sieva, kā viņa var viņu mīlēt, kā viņa var būt pilnīgi atšķirīga un kā viss, ko viņš domāja un dzirdēja par viņu, var nebūt patiesība. Un atkal viņš viņu redzēja nevis kā kādu prinča Vasilija meitu, bet redzēja visu viņas ķermeni, tikai pārklātu ar pelēku kleitu. "Bet nē, kāpēc šī doma man agrāk neienāca prātā?" Un atkal viņš sev teica, ka tas nav iespējams; ka kaut kas pretīgs, nedabisks, kā viņam šķita, šajā laulībā būtu negodīgs. Viņš atcerējās viņas iepriekšējos vārdus, skatienus un to cilvēku vārdus un skatienus, kuri tos redzēja kopā. Viņš atcerējās Annas Pavlovnas vārdus un skatienus, kad viņa stāstīja par māju, viņš atcerējās tūkstošiem šādu mājienu no kņaza Vasilija un citiem, un viņu pārņēma šausmas, vai viņš jau bija kaut kādā veidā piesējies, veicot šādu uzdevumu. , kas acīmredzot nebija labi un ko viņam nevajadzētu darīt. Bet tajā pašā laikā, kad viņš izteica šo lēmumu sev, no viņa dvēseles otras puses parādījās viņas tēls ar visu savu sievišķīgo skaistumu.

1805. gada novembrī kņazam Vasilijam vajadzēja doties uz revīziju četrās provincēs. Šo tikšanos viņš sarunāja sev, lai vienlaikus apmeklētu savus izpostītos īpašumus un līdzi ņemot (pulka atrašanās vietā) dēlu Anatoliju, viņš un viņš dotos pie kņaza Nikolaja Andrejeviča Bolkonska, lai apprecētu savu dēlu. šī bagātā veca vīra meitai. Bet pirms aizbraukšanas un šīm jaunajām lietām princim Vasilijam vajadzēja atrisināt lietas ar Pjēru, kurš tomēr nesen veselas dienas pavadīja mājās, tas ir, ar princi Vasīliju, ar kuru viņš dzīvoja, viņš bija smieklīgs, satraukts un stulbs ( kā viņam vajadzētu būt iemīlētam) Helēnas klātbūtnē, bet joprojām nebildināja.