medan elektromagnet. Medan elektromagnet
Medan elektromagnet, satu bentuk jirim khas. Melalui medan elektromagnet interaksi antara zarah bercas berlaku.
Kelakuan medan elektromagnet dikaji oleh elektrodinamik klasik. Medan elektromagnet diterangkan oleh Persamaan Maxwell, yang menghubungkan kuantiti yang mencirikan medan dengan sumbernya, iaitu, dengan cas dan arus yang diagihkan di angkasa. Medan elektromagnet bagi zarah bercas pegun atau bergerak seragam adalah berkait rapat dengan zarah ini; apabila zarah bergerak lebih pantas, medan elektromagnet "terputus" daripadanya dan wujud secara bebas dalam bentuk gelombang elektromagnet.
Ia mengikuti daripada persamaan Maxwell bahawa medan elektrik berselang-seli menjana medan magnet, dan medan magnet berselang-seli menghasilkan satu elektrik, jadi medan elektromagnet boleh wujud tanpa ketiadaan cas. Penjanaan medan elektromagnet oleh medan magnet berselang-seli dan medan magnet oleh medan elektrik berselang-seli membawa kepada fakta bahawa medan elektrik dan magnet tidak wujud secara berasingan, secara bebas antara satu sama lain. Oleh itu, medan elektromagnet adalah sejenis jirim, ditentukan pada semua titik oleh dua kuantiti vektor yang mencirikan dua komponennya - "medan elektrik" dan "medan magnet", dan mengenakan daya pada zarah bercas, bergantung pada kelajuan dan magnitudnya. pertuduhan mereka.
Medan elektromagnet dalam vakum, iaitu, dalam keadaan bebas, tidak dikaitkan dengan zarah jirim, wujud dalam bentuk gelombang elektromagnet, dan merambat dalam vakum tanpa ketiadaan medan graviti yang sangat kuat pada kelajuan yang sama dengan kelajuan. daripada cahaya c= 2.998. 10 8 m/s. Medan sedemikian dicirikan oleh kekuatan medan elektrik E dan aruhan medan magnet DALAM. Untuk menerangkan medan elektromagnet dalam medium, kuantiti aruhan elektrik juga digunakan D dan kekuatan medan magnet H. Dalam jirim, dan juga dengan kehadiran medan graviti yang sangat kuat, iaitu, berhampiran jisim jirim yang sangat besar, halaju perambatan medan elektromagnet adalah kurang daripada nilai c.
Komponen vektor yang mencirikan bentuk medan elektromagnet, mengikut teori relativiti, kuantiti fizik tunggal - tensor medan elektromagnet, komponen yang diubah apabila bergerak dari satu kerangka inersia rujukan kepada yang lain mengikut transformasi Lorentz .
Medan elektromagnet mempunyai tenaga dan momentum. Kewujudan nadi medan elektromagnet pertama kali ditemui secara eksperimen dalam eksperimen P. N. Lebedev pada mengukur tekanan cahaya pada tahun 1899. Medan elektromagnet sentiasa mempunyai tenaga. Ketumpatan tenaga medan elektromagnet = 1/2(ED+HH).
Medan elektromagnet merambat di angkasa. Ketumpatan fluks tenaga medan elektromagnet ditentukan oleh vektor Poynting S=, unit W/m 2 . Arah vektor Poynting adalah serenjang E Dan H dan bertepatan dengan arah perambatan tenaga elektromagnet. Nilainya adalah sama dengan tenaga yang dipindahkan melalui luas unit berserenjang dengan S setiap unit masa. Ketumpatan momentum medan dalam vakum K \u003d S / s 2 \u003d / s 2.
Pada frekuensi tinggi medan elektromagnet, sifat kuantumnya menjadi ketara dan medan elektromagnet boleh dianggap sebagai fluks medan quanta - foton. Dalam kes ini, medan elektromagnet diterangkan
Pada tahun 1860-1865. salah seorang ahli fizik terhebat abad ke-19 James Clerk Maxwell mencipta satu teori medan elektromagnet. Menurut Maxwell, fenomena aruhan elektromagnet dijelaskan seperti berikut. Jika pada satu ketika di angkasa medan magnet berubah mengikut masa, maka medan elektrik juga terbentuk di sana. Sekiranya terdapat konduktor tertutup di medan, maka medan elektrik menyebabkan arus aruhan di dalamnya. Ia mengikuti dari teori Maxwell bahawa proses sebaliknya juga mungkin. Jika di beberapa kawasan ruang medan elektrik berubah mengikut masa, maka medan magnet juga terbentuk di sini.
Oleh itu, sebarang perubahan dari masa ke masa dalam medan magnet menghasilkan medan elektrik yang berubah, dan sebarang perubahan dari masa ke masa dalam medan elektrik menimbulkan medan magnet yang berubah. Ini menjana satu sama lain berselang-seli medan elektrik dan magnet membentuk satu medan elektromagnet.
Sifat gelombang elektromagnet
Keputusan terpenting yang menyusuli daripada teori medan elektromagnet yang dirumuskan oleh Maxwell ialah ramalan kemungkinan wujudnya gelombang elektromagnet. gelombang elektromagnet- perambatan medan elektromagnet dalam ruang dan masa.
Gelombang elektromagnet, tidak seperti gelombang elastik (bunyi), boleh merambat dalam vakum atau sebarang bahan lain.
Gelombang elektromagnet dalam vakum merambat pada kelajuan c=299 792 km/s, iaitu pada kelajuan cahaya.
Dalam jirim, kelajuan gelombang elektromagnet adalah kurang daripada dalam vakum. Hubungan antara panjang gelombang, kelajuan, tempoh dan kekerapan ayunan yang diperoleh untuk gelombang mekanikal juga sah untuk gelombang elektromagnet:
Turun naik vektor ketegangan E dan vektor aruhan magnetik B berlaku dalam satah saling berserenjang dan berserenjang dengan arah perambatan gelombang (vektor halaju).
Gelombang elektromagnet membawa tenaga.
Julat Gelombang Elektromagnet
Sekeliling kita dunia yang kompleks gelombang elektromagnet pelbagai frekuensi: sinaran daripada monitor komputer, telefon bimbit, ketuhar gelombang mikro, televisyen, dll. Pada masa ini, semua gelombang elektromagnet dibahagikan mengikut panjang gelombang kepada enam julat utama.
gelombang radio- ini adalah gelombang elektromagnet (dengan panjang gelombang dari 10,000 m hingga 0.005 m), yang berfungsi untuk menghantar isyarat (maklumat) pada jarak tanpa wayar. Dalam komunikasi radio, gelombang radio dicipta oleh arus frekuensi tinggi yang mengalir dalam antena.
Sinaran elektromagnet dengan panjang gelombang dari 0.005 m hingga 1 mikron, i.e. antara gelombang radio dan cahaya nampak dipanggil sinaran inframerah. Sinaran inframerah dipancarkan oleh mana-mana badan yang dipanaskan. Sumber sinaran inframerah ialah relau, bateri, lampu pijar elektrik. Dengan bantuan peranti khas, sinaran inframerah boleh ditukar menjadi cahaya nampak dan menerima imej objek yang dipanaskan dalam kegelapan sepenuhnya.
KEPADA cahaya nampak merujuk kepada sinaran dengan panjang gelombang kira-kira 770 nm hingga 380 nm, dari merah ke ungu. Kepentingan bahagian spektrum sinaran elektromagnet ini dalam kehidupan manusia sangat hebat, kerana seseorang menerima hampir semua maklumat tentang dunia di sekelilingnya dengan bantuan penglihatan.
Sinaran elektromagnet yang tidak dapat dilihat oleh mata dengan panjang gelombang lebih pendek daripada ungu dipanggil radiasi ultra ungu. Ia boleh membunuh bakteria patogen.
sinaran x-ray tidak dapat dilihat oleh mata. Ia melepasi tanpa penyerapan yang ketara melalui lapisan ketara bahan yang legap kepada cahaya yang boleh dilihat, yang digunakan untuk mendiagnosis penyakit organ dalaman.
Sinaran gamma dipanggil sinaran elektromagnet yang dipancarkan oleh nukleus teruja dan timbul daripada interaksi zarah asas.
Prinsip komunikasi radio
Litar berayun digunakan sebagai sumber gelombang elektromagnet. Untuk sinaran berkesan, litar "dibuka", i.e. mewujudkan keadaan untuk medan "pergi" ke angkasa. Peranti ini dipanggil litar berayun terbuka - antena.
komunikasi radio dipanggil penghantaran maklumat menggunakan gelombang elektromagnet, yang frekuensinya berada dalam julat dari hingga Hz.
Radar (radar)
Peranti yang menghantar gelombang ultrashort dan segera menerimanya. Sinaran dilakukan oleh denyutan pendek. Denyutan dipantulkan dari objek, membenarkan, selepas menerima dan memproses isyarat, untuk menetapkan jarak ke objek.
Radar kelajuan berfungsi pada prinsip yang sama. Fikirkan bagaimana radar menentukan kelajuan kereta yang sedang bergerak.
Kategori Butiran: Elektrik dan kemagnetan Dihantar pada 06/05/2015 20:46 Pandangan: 11962Medan elektrik dan magnet yang berubah-ubah dalam keadaan tertentu boleh menimbulkan satu sama lain. Mereka membentuk medan elektromagnet, yang bukan keseluruhannya sama sekali. Ini adalah satu keseluruhan di mana kedua-dua bidang ini tidak boleh wujud tanpa satu sama lain.
Dari sejarah
Eksperimen saintis Denmark Hans Christian Oersted, yang dijalankan pada tahun 1821, menunjukkan bahawa arus elektrik menghasilkan medan magnet. Sebaliknya, medan magnet yang berubah-ubah mampu menghasilkan arus elektrik. Ini telah dibuktikan oleh ahli fizik Inggeris Michael Faraday, yang menemui fenomena aruhan elektromagnet pada tahun 1831. Beliau juga merupakan pengarang istilah "medan elektromagnet".
Pada zaman itu, konsep Newton tentang tindakan jarak jauh diterima dalam fizik. Adalah dipercayai bahawa semua badan bertindak antara satu sama lain melalui kekosongan pada kelajuan tinggi yang tidak terhingga (hampir serta-merta) dan pada sebarang jarak. Diandaikan bahawa cas elektrik berinteraksi dengan cara yang sama. Faraday, sebaliknya, percaya bahawa kekosongan tidak wujud dalam alam semula jadi, dan interaksi berlaku pada kelajuan terhingga melalui medium bahan tertentu. Medium ini untuk cas elektrik ialah medan elektromagnet. Dan ia merambat pada kelajuan yang sama dengan kelajuan cahaya.
teori Maxwell
Menggabungkan hasil kajian lepas, Ahli fizik Inggeris James Clerk Maxwell pada tahun 1864 dicipta teori medan elektromagnet. Menurutnya, medan magnet yang berubah menghasilkan medan elektrik yang berubah, dan medan elektrik berselang-seli menghasilkan medan magnet berselang-seli. Sudah tentu, pada mulanya salah satu medan dicipta oleh sumber caj atau arus. Tetapi pada masa hadapan, bidang ini sudah boleh wujud secara bebas daripada sumber tersebut, menyebabkan kemunculan satu sama lain. Itu dia, medan elektrik dan magnet adalah komponen medan elektromagnet tunggal. Dan setiap perubahan pada salah satu daripada mereka menyebabkan penampilan yang lain. Hipotesis ini menjadi asas kepada teori Maxwell. Medan elektrik yang dihasilkan oleh medan magnet ialah pusaran. Barisan kekuatannya ditutup.
Teori ini adalah fenomenologi. Ini bermakna ia berdasarkan andaian dan pemerhatian, dan tidak mengambil kira punca yang menyebabkan berlakunya medan elektrik dan magnet.
Sifat medan elektromagnet
Medan elektromagnet adalah gabungan medan elektrik dan magnet, oleh itu, pada setiap titik dalam ruangnya, ia digambarkan oleh dua kuantiti utama: kekuatan medan elektrik E dan aruhan medan magnet DALAM .
Oleh kerana medan elektromagnet adalah proses mengubah medan elektrik menjadi medan magnet, dan kemudian medan magnet menjadi elektrik, keadaannya sentiasa berubah. Merebak dalam ruang dan masa, ia membentuk gelombang elektromagnet. Bergantung pada kekerapan dan panjang, gelombang ini dibahagikan kepada gelombang radio, sinaran terahertz, sinaran inframerah, cahaya boleh dilihat, sinaran ultraungu, sinar-x dan sinaran gamma.
Keamatan dan vektor aruhan medan elektromagnet adalah saling berserenjang, dan satah di mana ia terletak berserenjang dengan arah perambatan gelombang.
Dalam teori tindakan jarak jauh, halaju perambatan gelombang elektromagnet dianggap besar tidak terhingga. Walau bagaimanapun, Maxwell membuktikan bahawa ini tidak berlaku. Dalam bahan, gelombang elektromagnet merambat pada kelajuan terhingga, yang bergantung kepada kebolehtelapan dielektrik dan magnet bahan tersebut. Oleh itu, teori Maxwell dipanggil teori jarak pendek.
Teori Maxwell telah disahkan secara eksperimen pada tahun 1888 oleh ahli fizik Jerman Heinrich Rudolf Hertz. Dia membuktikan bahawa gelombang elektromagnet wujud. Selain itu, dia mengukur kelajuan perambatan gelombang elektromagnet dalam vakum, yang ternyata sama dengan kelajuan cahaya.
Dalam bentuk integral, undang-undang ini kelihatan seperti ini:
Hukum Gauss untuk medan magnet
Fluks aruhan magnet melalui permukaan tertutup adalah sifar.
Maksud fizikal undang-undang ini ialah tiada cas magnet dalam alam semula jadi. Kutub magnet tidak boleh dipisahkan. Garisan daya medan magnet ditutup.
Hukum aruhan Faraday
Perubahan dalam aruhan magnet menyebabkan kemunculan medan elektrik pusaran.
,
Teorem peredaran medan magnet
Teorem ini menerangkan sumber medan magnet, serta medan itu sendiri yang dicipta olehnya.
Arus elektrik dan perubahan aruhan elektrik menjana medan magnet pusaran.
,
,
E ialah kekuatan medan elektrik;
H ialah kekuatan medan magnet;
DALAM- aruhan magnet. Ini ialah kuantiti vektor yang menunjukkan betapa kuat medan magnet bertindak ke atas cas q yang bergerak pada kelajuan v;
D- aruhan elektrik, atau anjakan elektrik. Ia adalah kuantiti vektor yang sama dengan jumlah vektor keamatan dan vektor polarisasi. Polarisasi disebabkan oleh anjakan cas elektrik di bawah tindakan medan elektrik luaran berbanding kedudukannya apabila medan sedemikian tiada.
Δ ialah pengendali Nabla. Tindakan operator ini pada medan tertentu dipanggil rotor medan ini.
Δ x E = reput E
ρ - ketumpatan cas elektrik luaran;
j- ketumpatan arus - nilai yang menunjukkan kekuatan arus yang mengalir melalui kawasan unit;
Dengan ialah kelajuan cahaya dalam vakum.
Sains yang mengkaji medan elektromagnet dipanggil elektrodinamik. Dia menganggap interaksinya dengan badan yang mempunyai cas elektrik. Interaksi sedemikian dipanggil elektromagnet. Elektrodinamik klasik menerangkan hanya sifat berterusan medan elektromagnet menggunakan persamaan Maxwell. Elektrodinamik kuantum moden menganggap bahawa medan elektromagnet juga mempunyai sifat diskret (tidak berterusan). Dan interaksi elektromagnet sedemikian berlaku dengan bantuan zarah-zarah yang tidak dapat dibahagikan-kuanta yang tidak mempunyai jisim dan cas. Kuantum medan elektromagnet dipanggil foton .
Medan elektromagnet di sekeliling kita
Medan elektromagnet terbentuk di sekeliling mana-mana konduktor dengan arus ulang alik. Sumber medan elektromagnet ialah talian kuasa, motor elektrik, transformer, pengangkutan elektrik bandar, pengangkutan kereta api, peralatan rumah elektrik dan elektronik - televisyen, komputer, peti sejuk, seterika, pembersih vakum, telefon tanpa wayar, telefon bimbit, pencukur elektrik - dalam satu perkataan , semua yang berkaitan dengan penggunaan atau penghantaran elektrik. Sumber medan elektromagnet yang berkuasa ialah pemancar televisyen, antena stesen telefon selular, stesen radar, ketuhar gelombang mikro, dsb. Dan kerana terdapat banyak peranti sedemikian di sekeliling kita, medan elektromagnet mengelilingi kita di mana-mana. Medan ini mempengaruhi persekitaran dan seseorang. Tidak boleh dikatakan bahawa pengaruh ini sentiasa negatif. Medan elektrik dan magnet telah wujud di sekeliling seseorang untuk masa yang lama, tetapi kuasa sinaran mereka beberapa dekad yang lalu adalah ratusan kali lebih rendah daripada hari ini.
Pada tahap tertentu, sinaran elektromagnet boleh selamat untuk manusia. Jadi, dalam bidang perubatan, dengan bantuan sinaran elektromagnet intensiti rendah, tisu sembuh, menghapuskan proses keradangan, dan mempunyai kesan analgesik. Peranti UHF melegakan kekejangan otot licin usus dan perut, meningkatkan proses metabolik dalam sel-sel badan, mengurangkan nada kapilari, dan menurunkan tekanan darah.
Tetapi medan elektromagnet yang kuat menyebabkan kerosakan kardiovaskular, imun, endokrin dan sistem saraf seseorang boleh menyebabkan insomnia, sakit kepala, tekanan. Bahayanya ialah kesannya hampir tidak dapat dilihat oleh manusia, dan pelanggaran berlaku secara beransur-ansur.
Bagaimanakah kita boleh melindungi diri kita daripada sinaran elektromagnet di sekeliling kita? Tidak mustahil untuk melakukan ini sepenuhnya, jadi anda perlu cuba meminimumkan kesannya. Pertama sekali, anda perlu mengatur peralatan rumah supaya ia jauh dari tempat di mana kita paling kerap berada. Contohnya, jangan duduk terlalu dekat dengan TV. Lagipun, semakin jauh jarak dari sumber medan elektromagnet, semakin lemah ia. Selalunya kami membiarkan peranti dipalamkan. Tetapi medan elektromagnet hilang hanya apabila peranti diputuskan dari sesalur kuasa.
Kesihatan manusia juga dipengaruhi oleh medan elektromagnet semula jadi - sinaran kosmik, medan magnet Bumi.
Shmelev V.E., Sbitnev S.A.
"ASAS TEORI KEJURUTERAAN ELEKTRIK"
"TEORI MEDAN ELEKTROMAGNETIK"
Bab 1. Konsep asas teori medan elektromagnet
§ 1.1. Penentuan medan elektromagnet dan kuantiti fiziknya.
Alat matematik bagi teori medan elektromagnet
medan elektromagnet(EMF) ialah sejenis jirim yang mempunyai kesan daya pada zarah bercas dan ditentukan pada semua titik oleh dua pasang kuantiti vektor yang mencirikan dua sisinya - medan elektrik dan magnet.
Medan elektrik- ini adalah komponen EMF, yang dicirikan oleh kesan pada zarah bercas elektrik dengan daya yang berkadar dengan cas zarah dan bebas daripada kelajuannya.
Medan magnet- ini adalah komponen EMF, yang dicirikan oleh kesan pada zarah yang bergerak dengan daya yang berkadar dengan cas zarah dan kelajuannya.
Dipelajari dalam kursus asas teori kejuruteraan elektrik, sifat dan kaedah utama untuk mengira EMF melibatkan kajian kualitatif dan kuantitatif EMF yang terdapat dalam peranti elektrik, radio-elektronik dan bioperubatan. Untuk ini, persamaan elektrodinamik dalam bentuk kamiran dan pembezaan adalah paling sesuai.
Radas matematik bagi teori medan elektromagnet (TEMF) adalah berdasarkan teori medan skalar, analisis vektor dan tensor, serta kalkulus pembezaan dan kamiran.
Soalan kawalan
1. Apakah medan elektromagnet?
2. Apakah yang dipanggil medan elektrik dan magnet?
3. Apakah asas alat matematik bagi teori medan elektromagnet?
§ 1.2. Kuantiti fizik yang mencirikan EMF
Vektor kekuatan medan elektrik pada titik Q dipanggil vektor daya yang bertindak ke atas zarah pegun bercas elektrik yang diletakkan pada satu titik Q jika zarah ini mempunyai cas positif unit.
Menurut definisi ini, daya elektrik yang bertindak pada cas titik q adalah sama dengan:
di mana E diukur dalam V/m.
Medan magnet dicirikan vektor aruhan magnetik. Aruhan magnet pada beberapa titik pemerhatian Q ialah kuantiti vektor, modulusnya sama dengan daya magnet yang bertindak pada zarah bercas yang terletak pada satu titik Q, yang mempunyai cas unit dan bergerak dengan halaju unit, dan vektor daya, halaju, aruhan magnet, dan juga cas zarah memenuhi keadaan
.
Daya magnet yang bertindak pada konduktor curvilinear dengan arus boleh ditentukan oleh formula
.
Pada konduktor lurus, jika ia berada dalam medan seragam, daya magnet berikut bertindak
.
Dalam semua formula terkini B - aruhan magnetik, yang diukur dalam tesla (Tl).
1 T ialah aruhan magnetik di mana daya magnet sama dengan 1N bertindak pada konduktor lurus dengan arus 1A jika garis aruhan magnet diarahkan berserenjang dengan konduktor dengan arus, dan jika panjang konduktor ialah 1 m .
Sebagai tambahan kepada kekuatan medan elektrik dan aruhan magnet, kuantiti vektor berikut dipertimbangkan dalam teori medan elektromagnet:
1) aruhan elektrik D (anjakan elektrik), yang diukur dalam C / m 2,
Vektor EMF ialah fungsi ruang dan masa:
di mana Q- titik pemerhatian, t- detik masa.
Jika titik pemerhatian Q berada dalam vakum, maka hubungan berikut berlaku antara pasangan kuantiti vektor yang sepadan
di manakah kebolehtepatan mutlak vakum (pemalar elektrik asas), = 8.85419 * 10 -12;
Kebolehtelapan magnet mutlak vakum (pemalar magnet asas); \u003d 4π * 10 -7.
Soalan kawalan
1. Apakah kekuatan medan elektrik?
2. Apakah yang dipanggil aruhan magnetik?
3. Apakah daya magnet yang bertindak ke atas zarah bercas yang bergerak?
4. Apakah daya magnet yang bertindak ke atas konduktor dengan arus?
5. Apakah kuantiti vektor yang mencirikan medan elektrik?
6. Apakah kuantiti vektor yang mencirikan medan magnet?
§ 1.3. Sumber medan elektromagnet
Sumber EMF ialah cas elektrik, dipol elektrik, cas elektrik bergerak, arus elektrik, dipol magnet.
Konsep cas elektrik dan arus elektrik diberikan dalam kursus fizik. Arus elektrik terdiri daripada tiga jenis:
1. Arus pengaliran.
2. Arus sesaran.
3. Memindahkan arus.
Arus pengaliran- kelajuan laluan cas mudah alih badan konduktif elektrik melalui permukaan tertentu.
Arus berat sebelah- kadar perubahan aliran vektor anjakan elektrik melalui permukaan tertentu.
.
Pindahkan arus dicirikan oleh ungkapan berikut
di mana v - kelajuan pemindahan jasad melalui permukaan S; n - vektor unit normal ke permukaan; - ketumpatan cas linear badan yang terbang melalui permukaan ke arah normal; ρ ialah ketumpatan isipadu cas elektrik; hlm v - memindahkan ketumpatan arus.
dipol elektrik dipanggil sepasang cas titik + q Dan - q terletak pada jarak yang jauh l antara satu sama lain (Rajah 1).
Titik dipol elektrik dicirikan oleh vektor momen dipol elektrik:
dipol magnet dipanggil litar rata dengan arus elektrik saya. Dipol magnetik dicirikan oleh vektor momen dipol magnet
di mana S ialah vektor luas permukaan rata yang diregangkan di atas litar dengan arus. vektor S diarahkan berserenjang dengan permukaan rata ini, lebih-lebih lagi, jika dilihat dari hujung vektor S , maka pergerakan sepanjang kontur mengikut arah yang bertepatan dengan arah arus akan berlaku mengikut lawan jam. Ini bermakna arah vektor momen magnet dipol adalah berkaitan dengan arah arus mengikut peraturan skru kanan.
Atom dan molekul jirim adalah dipol elektrik dan magnet, jadi setiap titik jenis sebenar dalam EMF boleh dicirikan oleh ketumpatan pukal momen dipol elektrik dan magnet:
P - polarisasi elektrik bahan:
M - kemagnetan bahan:
Polarisasi elektrik jirim ialah kuantiti vektor yang sama dengan ketumpatan pukal momen dipol elektrik pada satu titik jasad sebenar.
Kemagnetan jirim ialah kuantiti vektor yang sama dengan ketumpatan pukal momen dipol magnet pada satu titik jasad sebenar.
anjakan elektrik- ini ialah kuantiti vektor, yang bagi mana-mana titik cerapan, tidak kira sama ada ia berada dalam vakum atau dalam bahan, ditentukan daripada hubungan:
(untuk vakum atau jirim),
(hanya untuk vakum).
Kekuatan medan magnet- kuantiti vektor, yang untuk mana-mana titik cerapan, tidak kira sama ada ia berada dalam vakum atau dalam bahan, ditentukan daripada hubungan:
,
di mana kekuatan medan magnet diukur dalam A/m.
Sebagai tambahan kepada polarisasi dan kemagnetan, terdapat sumber EMF teragih volum lain:
- ketumpatan cas elektrik pukal ; ,
di mana ketumpatan isipadu cas elektrik diukur dalam C/m 3;
- vektor ketumpatan arus elektrik, yang komponen normalnya adalah sama dengan
Dalam kes yang lebih umum, arus mengalir melalui permukaan terbuka S, adalah sama dengan fluks vektor ketumpatan semasa melalui permukaan ini:
di mana vektor ketumpatan arus elektrik diukur dalam A/m 2 .
Soalan kawalan
1. Apakah sumber medan elektromagnet?
2. Apakah itu arus pengaliran?
3. Apakah itu arus pincang?
4. Apakah arus pemindahan?
5. Apakah yang dimaksudkan dengan dipol elektrik dan momen dipol elektrik?
6. Apakah yang dimaksudkan dengan dipol magnet dan momen dipol magnet?
7. Apakah yang dipanggil polarisasi elektrik dan kemagnetan sesuatu bahan?
8. Apakah yang dipanggil anjakan elektrik?
9. Apakah yang dipanggil kekuatan medan magnet?
10. Apakah ketumpatan cas elektrik isipadu dan ketumpatan arus?
Contoh Aplikasi MATLAB
Tugasan.
Diberi: Litar dengan arus elektrik saya dalam ruang ialah perimeter segi tiga, koordinat Cartesian bagi bucunya diberikan: x 1 , x 2 , x 3 , y 1 , y 2 , y 3 , z 1 , z 2 , z 3 . Di sini subskrip adalah nombor puncak. Pucuk dinomborkan mengikut arah aliran arus elektrik.
Diperlukan karang fungsi MATLAB yang mengira vektor momen magnet dipol gelung. Apabila menyusun fail-m, boleh diandaikan bahawa koordinat spatial diukur dalam meter, dan arus diukur dalam ampere. Organisasi sewenang-wenangnya parameter input dan output dibenarkan.
Penyelesaian
% m_dip_moment - pengiraan momen dipol magnet bagi litar segi tiga dengan arus dalam ruang
%pm = m_dip_moment(tok,nod)
% PARAMETER INPUT
% semasa - arus dalam litar;
% nod - matriks segi empat sama dalam bentuk ." , setiap baris mengandungi koordinat bucu yang sepadan.
% PARAMETER OUTPUT
% pm ialah matriks baris komponen Cartesian bagi vektor momen dipol magnet.
fungsi pm = m_dip_moment(tok,nod);
pm=tok*)]) det()]) det()])]/2;
% Dalam pernyataan terakhir, vektor luas segi tiga didarab dengan arus
>> nod=10*rand(3)
9.5013 4.8598 4.5647
2.3114 8.913 0.18504
6.0684 7.621 8.2141
>> pm=m_dip_moment(1,nod)
13.442 20.637 -2.9692
DALAM kes ini berlaku P M = (13.442* 1 x + 20.637*1 y - 2.9692*1 z) A * m 2 jika arus dalam litar ialah 1 A.
§ 1.4. Operator pembezaan ruang dalam teori medan elektromagnet
Kecerunan medan skalar Φ( Q) = Φ( x, y, z) dipanggil medan vektor yang ditakrifkan oleh formula:
,
di mana V 1 - kawasan yang mengandungi titik Q; S 1 - kawasan sempadan permukaan tertutup V 1 , Q 1 - titik kepunyaan permukaan S 1 ; δ - jarak terbesar dari titik Q kepada titik di permukaan S 1 (maks| QQ 1 |).
Perbezaan medan vektor F (Q)=F (x, y, z) dipanggil medan skalar yang ditakrifkan oleh formula:
pemutar(vorteks) medan vektor F (Q)=F (x, y, z) ialah medan vektor yang ditakrifkan oleh formula:
reput F
= 
Pengendali Nabla ialah pengendali pembezaan vektor, yang dalam koordinat Cartesan ditakrifkan oleh formula:
Mari kita wakili grad, div dan rot melalui pengendali nabla:
Kami menulis operator ini dalam koordinat Cartesian:
; 
;
Pengendali Laplace dalam koordinat Cartesian ditakrifkan oleh formula:
Operator pembezaan pesanan kedua:
Teorem kamiran
teorem kecerunan 
;
Teorem perbezaan 
Teorem pemutar 
Dalam teori EMF, satu lagi teorem kamiran juga digunakan:
.
Soalan kawalan
1. Apakah yang dipanggil kecerunan medan skalar?
2. Apakah yang dipanggil perbezaan medan vektor?
3. Apakah yang dipanggil pemutar medan vektor?
4. Apakah pengendali nabla dan bagaimanakah pengendali pembezaan tertib pertama dinyatakan dari seginya?
5. Apakah teorem kamiran yang sah untuk medan skalar dan vektor?
Contoh Aplikasi MATLAB
Tugasan.
Diberi: Dalam isipadu tetrahedron, medan skalar dan vektor berubah mengikut hukum linear. Koordinat bagi bucu tetrahedron diberikan oleh matriks bentuk [ x 1 , y 1 , z 1 ; x 2 , y 2 , z 2 ; x 3 , y 3 , z 3 ; x 4 , y 4 , z 4 ]. Nilai medan skalar pada bucu diberikan oleh matriks [Ф 1 ; F 2; F 3; F 4]. Komponen Cartesian bagi medan vektor di bucu diberikan oleh matriks [ F 1 x, F 1y, F 1z; F 2x, F 2y, F 2z; F 3x, F 3y, F 3z; F 4x, F 4y, F 4z].
takrifkan dalam isipadu tetrahedron, kecerunan medan skalar, serta perbezaan dan lencongan medan vektor. Tulis fungsi MATLAB untuk ini.
Penyelesaian. Di bawah ialah teks fungsi m.
% grad_div_rot - Kira kecerunan, pencapahan dan lencong... dalam isipadu tetrahedron
%=grad_div_rot(nod,skalar,vektor)
% PARAMETER INPUT
% nod - matriks koordinat puncak tetrahedron:
% baris sepadan dengan bucu, lajur - koordinat;
% skalar - matriks kolumnar bagi nilai medan skalar pada bucu;
% vektor - matriks komponen medan vektor di bucu:
% PARAMETER OUTPUT
% gred - matriks baris komponen kecerunan Cartesan medan skalar;
% div - nilai perbezaan medan vektor dalam isipadu tetrahedron;
% reput - matriks baris komponen Cartesan pemutar medan vektor.
% Dalam pengiraan, diandaikan bahawa dalam isipadu tetrahedron
% vektor dan medan skalar berbeza dalam ruang mengikut undang-undang linear.
function =grad_div_rot(nod,skalar,vektor);
a=inv(); % Matriks pekali interpolasi linear
grad=(a(2:end,:)*scalar)."; % Komponen kecerunan medan skalar
div=*vector(:); % Perbezaan medan vektor
rot=sum(cross(a(2:end,:),vector."),2).";
Contoh menjalankan fungsi m yang dibangunkan:
>> nod=10*rand(4,3)
3.5287 2.0277 1.9881
8.1317 1.9872 0.15274
0.098613 6.0379 7.4679
1.3889 2.7219 4.451
>> skalar=rand(4,1)
>>vektor=rand(4,3)
0.52515 0.01964 0.50281
0.20265 0.68128 0.70947
0.67214 0.37948 0.42889
0.83812 0.8318 0.30462
>> =grad_div_rot(nod,skalar,vektor)
0.16983 -0.03922 -0.17125
0.91808 0.20057 0.78844
Jika kita mengandaikan bahawa koordinat spatial diukur dalam meter, dan vektor dan medan skalar tidak berdimensi, maka dalam contoh ini berlaku:
gred Ф = (-0.16983* 1 x - 0.03922*1 y - 0.17125*1 z) m -1 ;
div F = -1.0112 m -1;
reput F = (-0.91808*1 x + 0.20057*1 y + 0.78844*1 z) m -1 .
§ 1.5. Undang-undang asas teori medan elektromagnet
Persamaan EMF dalam Bentuk Kamiran
Undang-undang semasa penuh:
atau 
Peredaran vektor kekuatan medan magnet sepanjang kontur l adalah sama dengan jumlah arus elektrik yang mengalir melalui permukaan S, diregangkan di atas kontur l, jika arah arus membentuk sistem tangan kanan dengan arah memintas litar.
Hukum aruhan elektromagnet:
,
di mana E c ialah kekuatan medan elektrik luaran.
EMF aruhan elektromagnet e dan dalam litar l sama dengan kadar perubahan fluks magnet melalui permukaan S, diregangkan di atas kontur l, dan arah kadar perubahan fluks magnet terbentuk dengan arah e dan sistem tangan kiri.
Teorem Gauss dalam bentuk kamiran:
Aliran vektor anjakan elektrik melalui permukaan tertutup S adalah sama dengan jumlah cas elektrik percuma dalam isipadu yang dibatasi oleh permukaan S.
Hukum kesinambungan garis aruhan magnet:
Fluks magnet melalui mana-mana permukaan tertutup adalah sifar.
Aplikasi langsung persamaan dalam bentuk kamiran membolehkan untuk mengira medan elektromagnet yang paling mudah. Untuk mengira medan elektromagnet dalam bentuk yang lebih kompleks, persamaan dalam bentuk pembezaan digunakan. Persamaan ini dipanggil persamaan Maxwell.
Persamaan Maxwell untuk Media Pegun
Persamaan ini mengikuti terus daripada persamaan yang sepadan dalam bentuk kamiran dan daripada takrif matematik bagi operator pembezaan ruang.
Jumlah undang-undang semasa dalam bentuk pembezaan:
,
Jumlah ketumpatan arus elektrik,
Ketumpatan arus elektrik luaran,
Ketumpatan arus pengaliran,
Ketumpatan arus anjakan: ,
Pindahkan ketumpatan arus: .
Ini bermakna bahawa arus elektrik adalah sumber pusaran medan vektor kekuatan medan magnet.
Hukum aruhan elektromagnet dalam bentuk pembezaan:
Ini bermakna bahawa medan magnet berselang-seli adalah sumber pusaran untuk taburan spatial vektor kekuatan medan elektrik.
Persamaan kesinambungan garis aruhan magnet:
Ini bermakna bahawa medan vektor aruhan magnet tidak mempunyai sumber, i.e. secara semula jadi tidak ada cas magnet (monopol magnet).
Teorem Gauss dalam bentuk pembezaan:
Ini bermakna sumber medan vektor anjakan elektrik adalah cas elektrik.
Untuk memastikan keunikan penyelesaian masalah analisis EMF, adalah perlu untuk menambah persamaan Maxwell dengan persamaan sambungan bahan antara vektor. E Dan D , dan B Dan H .
Hubungan antara vektor medan dan sifat elektrofizik medium
Adalah diketahui bahawa
| (1) |
Semua dielektrik dipolarisasi oleh medan elektrik. Semua magnet dimagnetkan oleh medan magnet. Sifat dielektrik statik bahan boleh digambarkan sepenuhnya oleh pergantungan fungsi vektor polarisasi P daripada vektor kekuatan medan elektrik E (P =P (E )). Sifat magnet statik bahan boleh diterangkan sepenuhnya oleh pergantungan fungsi vektor kemagnetan M daripada vektor kekuatan medan magnet H (M =M (H )). Dalam kes umum, pergantungan sedemikian adalah samar-samar (histeresis) sifatnya. Ini bermakna vektor polarisasi atau magnetisasi pada titik Q ditentukan bukan sahaja oleh nilai vektor E atau H pada ketika ini, tetapi juga sejarah perubahan dalam vektor E atau H pada ketika ini. Amat sukar untuk menyiasat secara eksperimen dan memodelkan pergantungan ini. Oleh itu, dalam amalan ia sering diandaikan bahawa vektor P Dan E , dan M Dan H adalah kolinear, dan sifat elektrofizik jirim diterangkan oleh fungsi histerisis skalar (| P |=|P |(|E |), |M |=|M |(|H |). Jika ciri histerisis fungsi di atas boleh diabaikan, maka sifat elektrik diterangkan oleh fungsi bernilai tunggal P=P(E), M=M(H).
Dalam banyak kes, fungsi ini boleh dianggap lebih kurang linear, iaitu,
Kemudian, dengan mengambil kira hubungan (1), kita boleh menulis yang berikut
| , | (4) |
Oleh itu, kebolehtelapan dielektrik dan magnet relatif bahan:
Kemiringan mutlak sesuatu bahan:
Kebolehtelapan magnet mutlak suatu bahan:
Hubungan (2), (3), (4) mencirikan sifat dielektrik dan magnet bagi bahan tersebut. Sifat konduktif elektrik suatu bahan boleh diterangkan oleh hukum Ohm dalam bentuk pembezaan
di manakah kekonduksian elektrik khusus bahan, diukur dalam S/m.
Dalam kes yang lebih umum, pergantungan antara ketumpatan arus pengaliran dan vektor kekuatan medan elektrik mempunyai watak vektor-histeresis bukan linear.
Tenaga medan elektromagnet
Ketumpatan tenaga isipadu bagi medan elektrik ialah
,
di mana W e diukur dalam J / m 3.
Ketumpatan tenaga isipadu bagi medan magnet ialah
,
di mana W m diukur dalam J / m 3.
Ketumpatan tenaga isipadu medan elektromagnet adalah sama dengan
Dalam kes sifat elektrik dan magnet linear jirim, ketumpatan tenaga isipadu EMF adalah sama dengan
Ungkapan ini sah untuk nilai serta-merta tenaga tertentu dan vektor EMF.
Kuasa khusus kehilangan haba daripada arus pengaliran
Kuasa khusus sumber pihak ketiga
Soalan kawalan
1. Bagaimanakah jumlah undang-undang semasa dirumuskan dalam bentuk kamiran?
2. Bagaimanakah hukum aruhan elektromagnet dirumuskan dalam bentuk kamiran?
3. Bagaimanakah teorem Gauss dan hukum kesinambungan fluks magnet dirumuskan dalam bentuk kamiran?
4. Bagaimanakah hukum jumlah arus dirumuskan dalam bentuk pembezaan?
5. Bagaimanakah hukum aruhan elektromagnet dirumuskan dalam bentuk pembezaan?
6. Bagaimanakah teorem Gauss dan hukum kesinambungan garis aruhan magnet dirumuskan dalam bentuk kamiran?
7. Apakah hubungan yang menerangkan sifat elektrik jirim?
8. Bagaimanakah tenaga medan elektromagnet dinyatakan dari segi kuantiti vektor yang menentukannya?
9. Bagaimanakah kuasa spesifik kehilangan haba dan kuasa khusus sumber pihak ketiga ditentukan?
Contoh Aplikasi MATLAB
Tugasan 1.
Diberi: Di dalam isipadu tetrahedron, aruhan magnet dan kemagnetan sesuatu bahan berubah mengikut hukum linear. Koordinat bucu tetrahedron diberikan, nilai vektor aruhan magnetik dan kemagnetan bahan pada bucu juga diberikan.
Kira ketumpatan arus elektrik dalam isipadu tetrahedron, menggunakan fungsi m yang disusun dalam penyelesaian masalah dalam perenggan sebelumnya. Lakukan pengiraan dalam tetingkap arahan MATLAB, dengan mengandaikan bahawa koordinat spatial diukur dalam milimeter, aruhan magnet dalam teslas, kekuatan medan magnet dan kemagnetan adalah dalam kA/m.
Penyelesaian.
Mari kita tetapkan data sumber dalam format yang serasi dengan grad_div_rot m-fungsi:
>> nod=5*rand(4,3)
0.94827 2.7084 4.3001
0.96716 0.75436 4.2683
3.4111 3.4895 2.9678
1.5138 1.8919 2.4828
>> B=rand(4,3)*2.6-1.3
1.0394 0.41659 0.088605
0.83624 -0.41088 0.59049
0.37677 -0.54671 -0.49585
0.82673 -0.4129 0.88009
>> mu0=4e-4*pi % kebolehtelapan magnet vakum mutlak, μH/mm
>> M=rand(4,3)*1800-900
122.53 -99.216 822.32
233.26 350.22 40.663
364.93 218.36 684.26
83.828 530.68 -588.68
>> =grad_div_rot(nod,ones(4,1),B/mu0-M)
0 -3.0358e-017 0
914.2 527.76 -340.67
Dalam contoh ini, vektor jumlah ketumpatan arus dalam isipadu yang dipertimbangkan ternyata sama dengan (-914.2* 1 x + 527.76*1 y - 340.67*1 z) A/mm 2 . Untuk menentukan modulus ketumpatan arus, laksanakan pernyataan berikut:
>> cur_d=sqrt(cur_dens*cur_dens.")
Nilai ketumpatan semasa yang dikira tidak boleh diperolehi dalam media bermagnet tinggi dalam peranti teknikal sebenar. Contoh ini adalah pendidikan semata-mata. Dan sekarang mari kita semak ketepatan menetapkan pengedaran aruhan magnet dalam isipadu tetrahedron. Untuk melakukan ini, laksanakan pernyataan berikut:
>> =grad_div_rot(nod,ones(4,1),B)
0 -3.0358e-017 0
0.38115 0.37114 -0.55567
Di sini kita mendapat nilai div B \u003d -0.34415 T / mm, yang tidak boleh mengikut undang-undang kesinambungan garis aruhan magnet dalam bentuk pembezaan. Daripada ini ia berikutan bahawa pengagihan aruhan magnet dalam isipadu tetrahedron ditetapkan dengan tidak betul.
Tugasan 2.
Biarkan tetrahedron, yang koordinat puncaknya diberikan, berada di udara (unit ukuran ialah meter). Biarkan nilai vektor kekuatan medan elektrik pada bucunya diberikan (unit ukuran - kV/m).
Diperlukan kirakan ketumpatan cas elektrik isipadu di dalam tetrahedron.
Penyelesaian boleh dilakukan dengan cara yang sama:
>> nod=3*rand(4,3)
2.9392 2.2119 0.59741
0.81434 0.40956 0.89617
0.75699 0.03527 1.9843
2.6272 2.6817 0.85323
>> eps0=8.854e-3 % ketelusan vakum mutlak, nF/m
>> E=20*rand(4,3)
9.3845 8.4699 4.519
1.2956 10.31 11.596
19.767 6.679 15.207
11.656 8.6581 10.596
>> =grad_div_rot(nod,ones(4,1),E*eps0)
0.076467 0.21709 -0.015323
Dalam contoh ini, ketumpatan cas isipadu ternyata 0.10685 μC/m 3 .
§ 1.6. Syarat sempadan untuk vektor EMF.
Undang-undang pemuliharaan caj. Teorem Umov-Poynting
atau 
Ia ditandakan di sini: H 1 - vektor kekuatan medan magnet pada antara muka antara media dalam persekitaran No. 1; H 2 - sama dalam persekitaran No. 2; H 1t- komponen tangen (tangensial) vektor kekuatan medan magnet pada antara muka media dalam medium No. 1; H 2t- sama dalam persekitaran No. 2; E 1 ialah vektor jumlah kekuatan medan elektrik pada antara muka media dalam medium No. 1; E 2 - sama dalam persekitaran No. 2; E 1 c - komponen pihak ketiga vektor kekuatan medan elektrik pada antara muka media dalam medium No. 1; E 2c - sama dalam persekitaran No. 2; E 1t- komponen tangen vektor kekuatan medan elektrik pada antara muka media dalam medium No. 1; E 2t- sama dalam persekitaran No. 2; E 1s t- komponen pihak ketiga tangen bagi vektor kekuatan medan elektrik pada antara muka media dalam medium No. 1; E 2t- sama dalam persekitaran No. 2; B 1 - vektor aruhan magnet pada antara muka antara media dalam medium No. 1; B 2 - sama dalam persekitaran No. 2; B 1n- komponen normal vektor aruhan magnet pada antara muka antara media dalam medium No. 1; B 2n- sama dalam persekitaran No. 2; D 1 - vektor anjakan elektrik pada antara muka media dalam medium No 1; D 2 - sama dalam persekitaran No. 2; D 1n- komponen biasa vektor anjakan elektrik pada antara muka media dalam medium No. 1; D 2n- sama dalam persekitaran No. 2; σ ialah ketumpatan permukaan cas elektrik pada antara muka antara media, diukur dalam C/m 2 .
Undang-undang pemuliharaan caj
Jika tiada sumber semasa pihak ketiga, maka
,
dan dalam kes umum, iaitu, jumlah vektor ketumpatan arus tidak mempunyai sumber, iaitu, jumlah garis arus sentiasa ditutup
Teorem Umov-PoyntingKetumpatan kuasa isipadu yang digunakan oleh titik bahan dalam EMF adalah sama dengan
Mengikut identiti (1)
Ini ialah persamaan imbangan kuasa untuk isipadu V. Dalam kes umum, mengikut kesamaan (3), kuasa elektromagnet yang dihasilkan oleh sumber di dalam isipadu V, pergi kepada kehilangan haba, kepada pengumpulan tenaga EMF dan kepada sinaran ke dalam ruang sekeliling melalui permukaan tertutup yang mengehadkan isipadu ini.
Kamiran dan dalam kamiran (2) dipanggil vektor Poynting:
,
di mana P diukur dalam W / m 2.
Vektor ini sama dengan ketumpatan fluks kuasa elektromagnet pada beberapa titik cerapan. Kesamaan (3) ialah ungkapan matematik bagi teorem Umov-Poynting.
Kuasa elektromagnet yang dipancarkan oleh kawasan tersebut V ke dalam ruang sekeliling adalah sama dengan aliran vektor Poynting melalui permukaan tertutup S, kawasan sempadan V.
Soalan kawalan
1. Apakah ungkapan yang menerangkan keadaan sempadan bagi vektor medan elektromagnet pada antara muka media?
2. Bagaimanakah undang-undang pengekalan cas dirumuskan dalam bentuk pembezaan?
3. Bagaimanakah hukum pengekalan cas dirumuskan dalam bentuk kamiran?
4. Apakah ungkapan yang menerangkan keadaan sempadan untuk ketumpatan semasa pada antara muka media?
5. Berapakah ketumpatan isipadu kuasa yang digunakan oleh titik bahan dalam medan elektromagnet?
6. Bagaimanakah persamaan imbangan kuasa elektromagnet ditulis untuk isipadu tertentu?
7. Apakah vektor Poynting?
8. Bagaimanakah teorem Umov-Poynting dirumuskan?
Contoh Aplikasi MATLAB
Tugasan.
Diberi: Terdapat permukaan segi tiga di angkasa. Koordinat puncak ditetapkan. Nilai vektor kekuatan medan elektrik dan magnet pada bucu juga diberikan. Komponen pihak ketiga kekuatan medan elektrik adalah sifar.
Diperlukan hitung kuasa elektromagnet yang melalui permukaan segi tiga ini. Karang fungsi MATLAB yang melakukan pengiraan ini. Apabila mengira, pertimbangkan bahawa vektor normal positif diarahkan sedemikian rupa sehingga jika anda melihat dari hujungnya, maka pergerakan dalam tertib menaik nombor puncak akan berlaku mengikut lawan jam.
Penyelesaian. Di bawah ialah teks fungsi m.
% em_power_tri - pengiraan kuasa elektromagnet yang melaluinya
% permukaan segi tiga dalam ruang
%P=em_power_tri(nod,E,H)
% PARAMETER INPUT
% nod - matriks segi empat sama seperti ." ,
% dalam setiap baris yang mana koordinat bagi puncak yang sepadan ditulis.
% E - matriks komponen vektor kekuatan medan elektrik di bucu:
% Baris sepadan dengan bucu, lajur sepadan dengan komponen Cartesan.
% H - matriks komponen vektor kekuatan medan magnet pada bucu.
% PARAMETER OUTPUT
%P - kuasa elektromagnet yang melalui segi tiga
% Pengiraan menganggap bahawa pada segi tiga
% vektor kekuatan medan berubah dalam ruang mengikut undang-undang linear.
fungsi P=em_power_tri(nod,E,H);
% Kirakan vektor dua luas segi tiga itu
S=)]) det()]) det()])];
P=jumlah(silang(E,(satu(3,3)+mata(3))*H,2))*S."/24;
Contoh menjalankan fungsi m yang dibangunkan:
>> nod=2*rand(3,3)
0.90151 0.5462 0.4647
1.4318 0.50954 1.6097
1.7857 1.7312 1.8168
>> E=2*rand(3,3)
0.46379 0.15677 1.6877
0.47863 1.2816 0.3478
0.099509 0.38177 0.34159
>> H=2*rand(3,3)
1.9886 0.62843 1.1831
0.87958 0.73016 0.23949
0.6801 0.78648 0.076258
>> P=em_power_tri(nod,E,H)
Jika kita mengandaikan bahawa koordinat spatial diukur dalam meter, vektor kekuatan medan elektrik adalah dalam volt per meter, vektor kekuatan medan magnet adalah dalam ampere per meter, maka dalam contoh ini, kuasa elektromagnet yang melalui segitiga ternyata menjadi 0.18221 W.
Arahan
Ambil dua bateri dan sambungkannya dengan pita elektrik. Sambungkan bateri supaya hujungnya berbeza, iaitu, tambah adalah bertentangan dengan tolak dan sebaliknya. Gunakan klip kertas untuk memasang wayar pada hujung setiap bateri. Seterusnya, letakkan salah satu klip kertas di atas bateri. Jika penjepit kertas tidak sampai ke tengah setiap satu, anda mungkin perlu meluruskannya ke panjang yang dikehendaki. Selamatkan reka bentuk dengan pita. Pastikan hujung wayar bebas dan tepi klip kertas mencapai bahagian tengah setiap bateri. Sambungkan bateri dari atas, lakukan perkara yang sama di sisi lain.
Ambil wayar tembaga. Biarkan kira-kira 15 sentimeter wayar lurus, dan kemudian mula membalutnya di sekeliling kaca. Lakukan kira-kira 10 pusingan. Biarkan lurus lagi 15 sentimeter. Sambungkan salah satu wayar dari bekalan kuasa ke salah satu hujung bebas gegelung kuprum yang terhasil. Pastikan wayar disambungkan dengan baik antara satu sama lain. Apabila disambungkan, litar memberikan magnet padang. Sambungkan wayar lain bekalan kuasa ke wayar kuprum.
Pada masa itu, apabila arus mengalir melalui gegelung, diletakkan di dalam akan dimagnetkan. Klip kertas akan melekat bersama, jadi bahagian sudu atau garpu, pemutar skru akan menjadi magnet dan menarik objek logam lain semasa arus dikenakan pada gegelung.
Nota
Gegelung mungkin panas. Pastikan tiada bahan mudah terbakar berdekatan dan berhati-hati agar tidak membakar kulit anda.
Logam yang paling mudah dimagnetkan ialah besi. Jangan pilih aluminium atau tembaga semasa memeriksa medan.
Untuk membuat medan elektromagnet, anda perlu membuat sumbernya memancar. Pada masa yang sama, ia mesti menghasilkan gabungan dua medan, elektrik dan magnet, yang boleh merambat di angkasa, menimbulkan satu sama lain. Medan elektromagnet boleh merambat di angkasa dalam bentuk gelombang elektromagnet.
Anda perlu
- - wayar bertebat;
- - kuku;
- - dua konduktor;
- - Gegelung Ruhmkorff.
Arahan
Ambil wayar bertebat dengan rintangan rendah, tembaga adalah yang terbaik. Anginkannya pada teras keluli, paku biasa sepanjang 100 mm (tenunan) akan dilakukan. Sambungkan wayar ke sumber kuasa, bateri biasa akan berfungsi. Akan ada elektrik padang, yang menghasilkan arus elektrik di dalamnya.
Pergerakan arah yang dicas (arus elektrik) seterusnya akan menghasilkan magnet padang, yang akan tertumpu dalam teras keluli, dengan wayar dililitkan di sekelilingnya. Teras berputar dan tertarik kepada dirinya sendiri oleh feromagnet (, nikel, kobalt, dll.). Yang terhasil padang boleh dipanggil elektromagnet, kerana elektrik padang magnetik.
Untuk mendapatkan medan elektromagnet klasik, adalah perlu bahawa kedua-dua elektrik dan magnet padang berubah dari semasa ke semasa, kemudian elektrik padang akan menghasilkan magnet dan sebaliknya. Untuk ini adalah perlu bahawa caj bergerak menerima pecutan. Cara paling mudah untuk melakukan ini ialah membuat mereka berayun. Oleh itu, untuk mendapatkan medan elektromagnet, cukup untuk mengambil konduktor dan memasangkannya ke rangkaian isi rumah biasa. Tetapi ia akan menjadi sangat kecil sehingga tidak mungkin untuk mengukurnya dengan instrumen.
Untuk mendapatkan medan magnet yang cukup kuat, buat penggetar Hertz. Untuk melakukan ini, ambil dua konduktor yang sama lurus, pasangkannya supaya jurang di antara mereka ialah 7 mm. Ini akan menjadi litar berayun terbuka, dengan kapasiti elektrik yang kecil. Sambungkan setiap konduktor ke pengapit Ruhmkorff (ia membolehkan anda menerima impuls voltan tinggi). Lampirkan skema pada bateri. Pelepasan akan bermula dalam jurang percikan antara konduktor, dan penggetar itu sendiri akan menjadi sumber medan elektromagnet.
Video-video yang berkaitan
Pengenalan teknologi baru dan penggunaan elektrik yang meluas telah membawa kepada kemunculan medan elektromagnet buatan, yang paling kerap memberi kesan berbahaya kepada manusia dan alam sekitar. Medan fizikal ini timbul di mana terdapat caj bergerak.
Sifat medan elektromagnet
Medan elektromagnet ialah jenis istimewa perkara. Ia berlaku di sekeliling konduktor di mana cas elektrik bergerak. Medan daya terdiri daripada dua medan bebas - magnet dan elektrik, yang tidak boleh wujud secara berasingan antara satu sama lain. Medan elektrik, apabila timbul dan berubah, selalu menghasilkan medan magnet.
Salah satu sifat pertama medan berubah-ubah dalam pertengahan sembilan belas abad mula meneroka James Maxwell, yang mempunyai merit mencipta teori medan elektromagnet. Para saintis menunjukkan bahawa cas elektrik yang bergerak dengan pecutan mencipta medan elektrik. Mengubahnya menjana medan daya magnet.
Sumber medan magnet berselang-seli boleh menjadi magnet, jika anda menggerakkannya, serta cas elektrik yang berayun atau bergerak dengan pecutan. Jika cas bergerak pada kelajuan malar, maka arus malar mengalir melalui konduktor, yang dicirikan oleh medan magnet malar. Merambat di angkasa, medan elektromagnet membawa tenaga, yang bergantung pada magnitud arus dalam konduktor dan frekuensi gelombang yang dipancarkan.
Kesan medan elektromagnet pada seseorang
Tahap semua sinaran elektromagnet yang dicipta oleh sistem teknikal yang direka oleh manusia adalah berkali ganda lebih tinggi daripada sinaran semula jadi planet ini. Ini adalah kesan haba, yang boleh menyebabkan terlalu panas tisu badan dan akibat yang tidak dapat dipulihkan. Contohnya, penggunaan jangka panjang telefon bimbit, yang merupakan sumber sinaran, boleh menyebabkan peningkatan suhu otak dan kanta mata.
Medan elektromagnet yang dihasilkan oleh penggunaan perkakas rumah boleh menyebabkan neoplasma malignan. Khususnya, ini terpakai kepada badan kanak-kanak. Kehadiran jangka panjang seseorang berhampiran sumber gelombang elektromagnet mengurangkan kecekapan sistem imun, membawa kepada penyakit jantung dan saluran darah.
Sudah tentu, adalah mustahil untuk sepenuhnya meninggalkan penggunaan cara teknikal yang merupakan sumber medan elektromagnet. Tetapi anda boleh menggunakan langkah pencegahan yang paling mudah, sebagai contoh, gunakan telefon hanya dengan set kepala, jangan tinggalkan kord perkakas di alur keluar elektrik selepas menggunakan peralatan. Dalam kehidupan seharian, disyorkan untuk menggunakan kord sambungan dan kabel dengan perisai pelindung.
