Теория электромагнитного поля презентация

Содержание

1. Электрическое поле. Его основные характеристики. Потенциальное и вихревое электрические поля. Все тела в природе способны электризоваться, то есть приобретать электрический заряд. Наличие электрического заряда проявляется в том,

Слайд 1ВОЕННО–МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ имени С.М. Кирова Кафедра биологической и медицинской физики
ЛЕКЦИЯ № 9

по дисциплине

«Физика, математика»
на тему: «Основы теории электромагнитного поля»

для курсантов и студентов I курса по специальности «Лечебное дело»

Слайд 2 1. Электрическое поле. Его основные характеристики. Потенциальное и вихревое электрические поля.
Все

тела в природе способны электризоваться, то есть приобретать электрический заряд.
Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами.

Слайд 3
Опыт показал, что между наэлектризованными телами имеется либо притяжение, либо отталкивание.


Это объясняется тем, что имеется два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными.
Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Слайд 4
Электрический заряд обозначается буквой q, единица измерения заряда – кулон (Кл).
Электрический

заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов.
Элементарный заряд - это наименьший встречающийся в природе электрический заряд, равный 1,6·10-19 Кл.

Слайд 5
Наименьшей по массе устойчивой частицей, имеющей отрицательный элементарный заряд, является электрон

(m = 9,1·10-31 кг).
У электрона существует и античастица, имеющая положительный элементарный заряд – позитрон.

Слайд 6
Суммарный заряд электрически изолированной системы не изменяется при любых процессах, происходящих

в этой системе. Это положение известно под названием закона сохранения заряда:

q = q1 + q2 + q3 +…+ qn = const

Слайд 7

Силы электростатического взаимодействия заряженных тел подчиняются закону Кулона, поэтому их часто

называют кулоновскими силами.

Слайд 8
Закон Кулона. Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов прямо пропорциональна величине

каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.


Слайд 9
где

– электрическая постоянная,
– коэффициент пропорциональности, или константа Кулона,
ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды.
Сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела.



Слайд 11
Сам по себе закон Кулона не дает представления о том, каков

механизм взаимодействия зарядов. Физическую картину взаимодействия электрических зарядов раскрывает так называемая теория близкодействия.

Слайд 12

Согласно этой теории вокруг каждого заряда существует электрическое поле.
Взаимодействие электрических

зарядов q1 и q2 есть результат действия поля заряда q1 на заряд q2 и поля заряда q2 на заряд q1.

Слайд 13
Определение:
Электрическое поле есть особый вид материи, посредством которого осуществляются силовые воздействия

на электрические заряды, находящиеся в этом поле.

Слайд 14
Силовой характеристикой электрического поля служит вектор напряженности электрического поля.
Он численно

равен и совпадает по направлению с силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля:


Размерность напряженности ЭП: Н/Кл.





Слайд 15
Напряженность поля, создаваемого точечным зарядом:
,
где r – расстояние от заряда

до рассматриваемой точки.


Слайд 17
Однородным называют электрическое поле, векторы напряженности которого одинаковы во всех точках

поля.
Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами, расположенными параллельно друг другу.

Слайд 18
Для графического изображения электростатического поля в пространстве применяется метод силовых линий,

или линий напряженности.
Силовыми линиями называются линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности в этой точке.

Слайд 19
Следует помнить, что:
1) силовые линии электростатического поля не пересекаются друг

с другом;
2) имеют начало на положительном заряде и конец на отрицательном или уходят на бесконечность, т.е. являются незамкнутыми;
3) густота силовых линий пропорциональна величине напряженности электростатического поля.

Слайд 21
Принцип суперпозиции электрических полей: напряженность электрического поля системы точечных зарядов равна

векторной сумме напряженностей полей каждого из зарядов в отдельности:

или



Слайд 23
Помимо силовой характеристики электрического поля существует и характеристика его источников -

электрическое смещение, или вектор электрической индукции (D) , который зависит от того, каким образом и в каком количестве источники ЭП расположены в пространстве.
D = ε0εE [Кл.м-2]

Слайд 24

Существуют два вида электрических полей:
а) потенциальное ЭП;
б) вихревое ЭП.

Слайд 25
Потенциальное ЭП – это электростатическое поле, т.е. поле, созданное системой неподвижных

электрических зарядов.
Важной характеристикой потенциального ЭП является потенциал электрического поля (электрический потенциал).
Это энергетическая характеристика потенциального ЭП.

Слайд 26
Потенциал электрического поля – скалярная физическая величина, численно равная отношению потенциальной

энергии (+) электрического заряда, помещенного в данную точку поля, к величине этого заряда:

Единица измерения: 1 вольт (В) = 1 Дж/Кл.


Слайд 27
Другими словами, потенциал электрического поля в данной точке равен работе сторонних

сил по переносу единичного положительного точечного заряда от точки, потенциал которой принят равным нулю (обычно этой точкой является бесконечность), в данную точку поля.




Слайд 28
Разность потенциалов – величина, равная работе А1,2 , которую совершают силы

электрического поля при перемещении единичного положительного заряда q из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2:



Слайд 29

Работа электростатического поля при перемещении заряда q из точки с потенциалом

ϕ1 в точку с потенциалом ϕ2:
А1,2 = q·(ϕ1 - ϕ2)

Слайд 30
Работа электростатического поля не зависит от вида траектории перемещения заряда, а

определяется только исходным и конечным положением перемещенного заряда.
Соответственно, при перемещении заряда по замкнутому контуру полная работа электростатического поля равна нулю.

Слайд 31


Такое поле называется потенциальным.
Электростатическое поле – потенциальное поле.

Слайд 32
Кроме потенциальных ЭП, существуют также вихревые электрические поля.
Их силовые линии

замкнуты, т.е. не имеют ни начала, ни конца, а работа по перемещению заряда по замкнутому контуру не равна нулю и зависит от траектории движения заряда.
Источником вихревых ЭП является переменное магнитное поле.

Слайд 33Связь между разностью потенциалов и напряженностью ЭП
Между напряженностью ЭП и потенциалом

существует определенная связь. Вектор напряженности Е численно равен градиенту потенциала, но направлен в противоположную сторону, т.е. в сторону падения потенциала:
или





Слайд 34


Напряженность однородного поля численно равна разности потенциалов на единице длины линии

напряженности.

Слайд 35
Воображаемую поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал, называют эквипотенциальной поверхностью.


Силовые линии и эквипотенциальные поверхности взаимно перпендикулярны.
При перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности работа не совершается.

Слайд 36
Потенциал поля точечного заряда q на расстоянии r от него:


Эквипотенциальная поверхность

поля точечного заряда на расстоянии r от заряда – поверхность сферы радиуса r.


Слайд 38
Принцип суперпозиции электрических полей – потенциал поля системы точечных зарядов φ

в некоторой точке пространства равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых каждым из зарядов в этой точке:



Слайд 39Электрическая емкость
Электрическая емкость проводника C – количественная мера его способности удерживать

электрический заряд.
Электрическая емкость уединенного проводника равна отношению заряда проводника q к его потенциалу φ :
[1 Кл/В = 1 Ф]


Слайд 40
Электрическая емкость проводника определяется его формой, геометрическими размерами и свойствами окружающей

среды (диэлектрической проницаемостью ε).
Емкость уединенного шара, погруженного в однородный безграничный диэлектрик с проницаемостью ε, равна


Слайд 41
Однако уединенные проводники обладают небольшой емкостью.
Для накопления большого по величине

заряда применяют конденсаторы.
Конденсатором называют устройство из двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.

Слайд 42
Плоский конденсатор – система из двух плоских параллельных металлических пластин, расположенных

на расcтоянии d, с площадью S каждая, разделенных диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε .

Слайд 43
Электроемкость конденсатора – отношение заряда одной из его обкладок к разности

потенциалов между обкладками:
,

где φ1 и φ2 – потенциалы пластин,
U – напряжение на конденсаторе.


Слайд 44

Конденсаторы различаются по форме (плоские, сферические, цилиндрические), а также по материалу,

используемому в качестве изолирующей прокладки (парафинированная бумага, полистирол, слюда, керамика).

Слайд 45 Формулы для вычисления емкости конденсаторов:
Плоского:


Сферического:

Цилиндрического:



Слайд 46 Энергия электрического поля

Электрическое поле является носителем энергии.
В общем случае количественной

характеристикой электрического поля служит объемная плотность энергии.

Слайд 47
Объемная плотность энергии электростатического поля ω – физическая величина, равная отношению

энергии электростатического поля W, сосредоточенного в некотором объеме V к этому объему:



Слайд 48 Энергия плоского конденсатора.
Исходя из величины работы А, совершаемой электрическим полем при

разрядке конденсатора:

получим формулу для энергии заряженного конденсатора:





Слайд 492. Магнитное поле и его характеристики
Магнитные явления были известны человечеству

давно (намагниченные тела, постоянные магниты, компас и т. д.).
Впоследствии выяснилось, что в пространстве вокруг движущихся заряженных тел, движущихся заряженных частиц, а также вокруг проводников, по которым текут постоянные токи, возникает особого вида поле, называемое магнитным полем.


Слайд 50
Таким образом, источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (следовательно, и

проводники с токами).
Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

Слайд 51
Определение: Магнитное поле есть особый вид материи, посредством которого осуществляются силовые

воздействия на движущиеся электрические заряды, находящиеся в этом поле, и другие тела, обладающие магнитным моментом.

Слайд 52

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору

напряженности электрического поля. Такой характеристикой является вектор магнитной индукции B.

Слайд 53
За положительное направление вектора B принимается направление от южного полюса S

к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Слайд 54
Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с

помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства определить направление вектора B.
Такое исследование позволяет представить пространственную структуру магнитного поля.

Слайд 55
Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в

каждой точке которых вектор B направлен по касательной к ним.
Линии магнитной индукции всегда замкнуты, они нигде не обрываются. Поэтому магнитное поле является вихревым силовым полем.

Слайд 57
Для того чтобы количественно описать магнитное поле, нужно указать способ определения

не только направления вектора B, но и его модуля.
Известно, что на заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца, численно равная:



Слайд 58
Здесь
q – величина заряда,
v – его скорость,
В – величина

вектора магнитной индукции,
α – угол между векторами v и В.

Слайд 59

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки:

Слайд 61
Сила Лоренца (магнитная сила) всегда перпендикулярна плоскости, в которой лежат векторы

v и В.
Этим она отличается от электрической силы, которая направлена так же, как вектор Е.

Слайд 62
Из формулы Лоренца можно дать определение магнитной индукции В:
Вектор магнитной индукции

численно равен силе, действующей на единичный положительный заряд, двигающийся с единичной скоростью перпендикулярно линиям магнитной индукции:

Слайд 63
Единицей магнитной индукции В является тесла (Тл).
Для характеристики магнитного поля источника

в любой среде используют векторную физическую величину – напряженность магнитного поля :


Слайд 64

где μ – относительная магнитная проницаемость среды, а μ0 – магнитная

постоянная, равная 12,57 ·10-7 Гн·м-1.
Единица напряженности магнитного поля –
1 А·м-1.

Слайд 65 Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера.

А.М. Ампером было

установлено силовое воздействие магнитного поля на прямолинейный участок проводника с током I длиной l , расположенный в однородном магнитном поле под углом к магнитной индукции .



Слайд 66
Сила, действующая в этом случае на участок проводника со стороны магнитного

поля, вычисляется по формуле:


Слайд 67
Из курса элементарной физики известно, что направление действия силы F определяется

по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали бы направление тока, то отогнутый на 900 большой палец укажет направление силы, действующей со стороны поля на проводник с током.

Слайд 68

Эта сила называется силой Ампера.
Она достигает максимального по модулю значения

Fmax, когда проводник с током ориентирован перпендикулярно линиям магнитной индукции.

Слайд 69

Одним из важных примеров магнитного взаимодействия является взаимодействие параллельных токов.
Закономерности

этого явления были экспериментально установлены Ампером.

Слайд 70
Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в одну и

ту же сторону, то наблюдается взаимное притяжение проводников.
В случае, когда токи текут в противоположных направлениях, проводники отталкиваются.
Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.

Слайд 72
Опыты показали, что модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого

из проводников, прямо пропорционален силам тока I1 и I2 в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:


Слайд 73Закон Био-Савара-Лапласа
Позволяет вычислить напряженность магнитного поля, создаваемого постоянным током.
Ж.Б. Био и

Ф. Савар (1820 г.) установили этот закон, экспериментально определяя действие токов различной формы на магнитную стрелку.

Слайд 74
П.С. Лаплас проанализировал полученные данные и нашел, что напряженность магнитного поля

любого тока складывается из напряженностей полей, создаваемых его отдельными элементами.

Слайд 75
Возьмем некоторый проводник с током I, выделим элемент тока Idl, из

которого проведем радиус-вектор r в точку А.



Слайд 76
В точке А элемент тока создает магнитное поле, напряженность которого dH

определяется законом Био-Савара-Лапласа:

Слайд 77
k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц.
В системе СИ


k = 1/(4π), поэтому:


Слайд 78
Интегрируя эту формулу, находим напряженность поля, создаваемого током любой формы:


Слайд 79
Так, напряженность магнитного поля в центре кругового тока:







Слайд 80
Напряженность магнитного поля, созданного бесконечным прямолинейным проводником с током в любой

точке, удаленной от проводника на расстояние b:



Слайд 81
Напряженность магнитного поля соленоида (однородного):


где N – число витков; l –

длина соленоида.




Слайд 82Энергия магнитного поля
Поскольку магнитное поле является силовым полем, то оно обладает

определенной энергией.
Объемная плотность энергии магнитного поля вычисляется по формуле:



Похожие презентации

Волновые свойства света 829
Слесарные работы 1253
Основные принципы электричества 539
Электромагнитные излучения 504
Лампы накаливания 297
Генераторные установки 351

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика