Диэлектрики и проводники в электрическом поле (10 класс)

Физика8 класс

§ 57. Магнитное поле

В § 35 были описаны различные действия электрического тока, в том числе и магнитное, которое наблюдается всегда, когда существует электрический ток. Проявляется магнитное действие, например, в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами. Чтобы изучить магнитное действие тока, воспользуемся магнитной стрелкой. (Она, как известно, является главной частью компаса.) Напомним, что у магнитной стрелки имеется два полюса — северный и южный. Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют её осью.

Магнитную стрелку ставят на остриё, чтобы она могла свободно поворачиваться.

Рассмотрим теперь опыт, показывающий взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки. Такое взаимодействие впервые обнаружил в 1820 г. датский учёный Ханс Кристиан Эрстед. Его опыт имел большое значение для развития учения об электромагнитных явлениях.

Эрстед Ханс Кристиан (1777—1851)
Датский физик. Обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что при вело к возникновению новой области физики — электромагнетизма.

Опыт Эрстеда

Расположим проводник, включённый в цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно её оси (рис. 93). При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения (на рисунке показано пунктиром). При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в своё начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.

Рис. 93. Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки

Выполненный опыт наводит на мысль о существовании вокруг проводника с электрическим током магнитного поля. Оно и действует на магнитную стрелку, отклоняя её.

Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т. е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

Таким образом, вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле, вокруг движущихся зарядов, т. е. электрического тока, существует и электрическое, и магнитное поле. Магнитное поле появляется вокруг проводника, когда в последнем возникает ток, поэтому ток следует рассматривать как источник магнитного поля. В этом смысле надо понимать выражения «магнитное поле тока» или «магнитное поле, созданное током».

Вопросы

1. Какие явления наблюдаются в цепи, в которой существует электрический ток?
2. Какие магнитные явления вам известны?
3. В чём состоит опыт Эрстеда?
4. Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?

Упражнение 39

1. Магнитная стрелка, помещённая около провода, отклонилась при пропускании по нему электрического тока. За счёт какой энергии совершена работа, необходимая для поворота стрелки?
2. У зажимов аккумулятора не оказалось маркировки полюсов — где плюс, а где минус. Можно ли их определить, имея в наличии компас?

Внутри проводника = 0. Это означает, что потенциал j в проводнике одинаков во всех точках, следовательно, поверхность проводника является эквипотенциальной.

Напряженность
электрического поля у поверхности проводника:

где
s
— локальная поверхностная плотность заряда,
—
компоненты электрического поля, перпендикулярная и касательная к поверхности,
соответственно.

Метод изображений.

Метод изображений основан на подгонке
потенциала под граничные условия: необходимо найти другую задачу (конфигурацию
зарядов), у которой конфигурация поля в интересующей нас части пространства была
бы той же. Рассмотрим точечный заряд
,
когда он находится около безграничной проводящей плоскости (рис. 1,а).

В нашем случае другой задачей является
задача с двумя зарядами  и
(рис.1,б),
поле этой системы известно. Совместим со средней эквипотенциальной поверхностью
проводящую плоскость и уберем заряд .
Согласно теореме единственности поле в верхнем полупространстве останется
прежним (рис. 1,в). Для вычисления этого поля достаточно ввести фиктивный заряд
– изображение ,
противоположный по знаку заряду ,
поместив его на другую сторону проводящей плоскости на таком же расстоянии от
нее, что и заряд .
Фиктивный заряд  создает
в верхнем полупространстве точно такое же поле, как и индуцированные заряды на
плоскости.

Электрическое поле в диэлектрике.

Диэлектриками называют вещества, практически не проводящие электрического тока,
у которых электрически заряженные частицы связаны друг с другом; они не могут
подобно свободным зарядам проводника, перемещаться под действием электрического
поля по всему объему тела.

Диэлектрики
состоят либо из нейтральных молекул (полярных или неполярных), либо из
заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки.

Под действием
внешнего поля происходит поляризация диэлектрика.

Нескомпенсированные заряды, появляющиеся в
результате поляризации диэлектрика называют связанными, тем самым, подчеркивая,
что свобода перемещения таких зарядов ограничена. Заряды, которые не входят в
состав молекул диэлектрика, называют сторонними.

Поле
 в
диэлектрике является суперпозицией поля
сторонних
зарядов и поля  связанных
зарядов:

                                       (23)

Поляризованность
диэлектрика – вектор численно равный дипольному моменту единицы объема вещества:

                                      (24)

      
                                  (25)

где
—
концентрация молекул (их число в единице объема);
—
средний дипольный момент одной молекулы.

Для обширного класса  диэлектриков и
широкого круга явлений поляризованность
 зависит
линейно от напряженности поля
в диэлектрике. Если диэлектрик изотропный и
 не
слишком велико:

ж 
                                        (26)

где
ж-
безразмерная величина, называемая диэлектрической восприимчивостью вещества.
Всегда
ж
> 0.

Теорема Гаусса для вектора
.
Поток вектора  сквозь
произвольную замкнутую поверхность

s
равен взятому с обратным знаком избыточному связанному заряду диэлектрика в
объеме, охватываемом поверхностью

s,

т.е.

 (27)

Дифференциальная
форма уравнения Гаусса:

          
                            (28)

т.е. дивергенция поля вектора
 равна
с обратным знаком объемной плотности  избыточного связанного заряда в той же
точке.

Граничные условия для вектора

(29)

где
sў
— поверхностная плотность связанных зарядов
на границе раздела диэлектриков, орт нормали
 направлен
из среды

1
в среду

2.
Таким образом, на границе раздела диэлектриков нормальная составляющая вектора 
 испытывает
разрыв, величина которого зависит от
.

Вектор электрического смещения

                                      (30)

Теорема Гаусса для поля вектора

.                                    (31)

Дифференциальная
форма уравнения
(31):

 ,               

        (32)

т.е. дивергенция поля вектора
равна
объемной плотности стороннего заряда в той же точке.

Связь между
 и
.
В случае изотропных диэлектриков:

,                                      
(33)

где
e
— диэлектрическая
проницаемость вещества:

ж. 

                            
         (34)

Условия на границе для вектора

,                            
        (35)

т.е. тангенциальная составляющая вектора
 оказывается
одинаковой по обе стороны границы раздела (не претерпевает скачка).

Условия на границе для вектора

,                                  
(36)

где
s
— поверхностная плотность стороннего заряда
на границе раздела, т.е. нормальная составляющая вектора
 претерпевает
скачок при переходе границы раздела.

Если сторонние
заряды на границе раздела отсутствуют (s
= 0), то:

.                                      
(37)

Условие на границе
проводник – диэлектрик:

.                                        
(38)

где 
–
внешняя по отношению к проводнику нормаль.

Связанный заряд у
поверхности проводника:

,                                  (39)

где
sў
— поверхностная
плотность связанных зарядов в диэлектрике.

В случае
изотропного однородного диэлектрика, заполняющего все пространство между
эквипотенциальными поверхностями:

                                        
(40)

где
 —
напряженность стороннего электрического поля.

Как образуется электрическое поле внутри и вне проводника с током?

Электрическое поле создается электрическими зарядами. Следовательно, на полюсах источника тока или втулках розетки в вашей квартире обязательно скапливаются заряды противоположного знака. Это, в свою очередь, означает, что внутри источника тока (батареи или генератора электростанции) происходят процессы*, благодаря которым заряженные частицы приходят в движение.

* Что это за процессы, будет выяснено в дальнейшем (см. § 2.11— 2.13).

Но ведь заряженные частицы на полюсах батареи не могут создать электрическое поле в проводнике протяженностью в сотни километров, например в телеграфной линии Москва — Санкт-Петербург? Конечно, не могут! Это поле появляется в результате того, что при замыкании цепи почти сразу же на всей поверхности проводника возникает поверхностный заряд. Плотность поверхностного заряда постепенно уменьшается по мере удаления от источника тока. Именно этот заряд создает электрическое поле, существующее внутри и вне проводника, на всем его протяжении.

Как же образуется поверхностный заряд на проводнике с током? В первый момент после замыкания цепи электрическое поле появляется только на концах проводника. Оно вызывает смещение электронов в проводнике по всем направлениям (рис. 2.10). На рисунке 2.10 схематично изображена отрицательная клемма К источника тока и сечение присоединенного к ней конца металлического провода. Штрихом показаны некоторые линии напряженности поля клеммы в первый момент после присоединения к ней провода, а стрелками — силы, действующие со стороны этого поля на свободные электроны провода, находящиеся в точках 1,2,3,…. В результате электрон, находящийся в точке 1, начинает двигаться вдоль оси проводника. Электроны 2, 3, 4, 5 смещаются также вдоль проводника, но одновременно перемещаются к его поверхности и скапливаются на ней. Перемещение электронов вдоль провода представляет собой зарождение тока. Перемещение же электронов в направлении к поверхности провода продолжается до тех пор, пока они не достигнут ее и не образуют на проводе поверхностный заряд (рис. 2.11). Этот поверхностный заряд создает достаточно сильное поле в следующем участке проводника. Там процесс повторится: произойдет смещение зарядов вдоль проводника, образование поверхностных зарядов и, значит, создание электрического поля на следующем участке проводника. Этот процесс будет распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 000 км/с), пока вдоль всей поверхности проводника не появится поверхностный заряд.

Теперь понятно, почему, несмотря на очень малые скорости упорядоченного движения электронов (см. § 2.2), электрический ток устанавливается почти сразу же после замыкания цепи длиной в сотни километров. Это происходит потому, что через очень малый промежуток времени во всем проводнике и вокруг него возникает электрическое поле.

Процесс установления электрического тока в проводнике напоминает процесс установления течения воды в трубе. Когда поршень насоса начнет двигаться, то благодаря наличию стенок трубы жидкость сильно сжимается и импульс давления в ней распространяется по трубе со скоростью нескольких сотен метров в секунду. Поэтому почти сразу же все частички воды в трубе придут в движение под действием сил давления. Скорость же движения самих частичек воды невелика: несколько десятков сантиметров в секунду.

Применение на практике

Если принять во внимание вышесказанное, то стоит отметить, что ток по кабелю протекает и распределяется, словно по внешнему диаметру трубы. Это вызвано особенностями распределения электронов в проводящем теле

Любопытно, что при протекании токов в системах с током высокой частоты наблюдается скин-эффект. Это и есть распределение зарядов по поверхности проводников. Но в этом случае наблюдается ещё более тонкий «проводящий» слой.

Что это значит? Это говорит о том, что для протекания тока аналогичной величины с сетевой частотой в 50 Гц и с частотой 50 кГц в высокочастотной цепи потребуется большее сечение токопроводящей жилы. На практике это наблюдают в импульсных блоках питания. В их трансформаторах как раз такие токи и протекают. Для увеличения площади сечения либо выбирают толстый провод, либо мотают обмотки несколькими жилками сразу.

Описанная в предыдущем разделе зависимость распределения плотности от формы поверхности на практике используется в системах молниезащиты. Известно, что для защиты от поражения молнией устанавливают один из видов молниезащиты, например громоотвод. На его поверхности скапливаются заряженные частицы, благодаря чему разряд происходит именно в него, что опять же подтверждает сказанное об их распределении.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором простыми словами объясняется и наглядно показывается, как распределяются заряды в проводнике:

Это все, что мы хотели рассказать вам по поводу того, как происходит распределение зарядов в проводнике при протекании тока. Надеемся, предоставленная информация была для вас понятной и полезной!

Материалы по теме:

• Закон Кулона простыми словами
• Как сделать громоотвод в частном доме
• Передача электроэнергии на расстояния без проводов

Магнитное поле

В соответствии с вышесказанным мы можем дать следующее определение магнитного поля.

Магнитным полем называется одна из двух сторон электромагнитного поля, возбуждаемая электрическими зарядами движущихся частиц и изменением электрического поля и характеризующаяся силовым воздействием на движущиеся зараженные частицы, а стало быть, и на электрические токи.

Рисунок 1. Магнитное поле вокруг проводника с током

Рисунок 2. Направление магнитных индукционных линий

Если продеть через картон толстый проводник и пропустить по нему электрический ток, то стальные опилки, насыпанные на картон, расположатся вокруг проводника по концентрическим окружностям, представляющим собой в данном случае так называемые магнитные индукционные линии (рисунок 1). Мы можем передвигать картон вверх или вниз по проводнику, но расположение стальных опилок не изменится. Следовательно, магнитное поле возникает вокруг проводника по всей его длине.

Если на картон поставить маленькие магнитные стрелки, то, меняя направление тока в проводнике, можно увидеть, что магнитные стрелки будут поворачиваться (рисунок 2). Это показывает, что направление магнитных индукционных линий меняется с изменением направления тока в проводнике.

Магнитные индукционные линии вокруг проводника с током обладают следующими свойствами: 1) магнитные индукционные линии прямолинейного проводника имеют форму концентрических окружностей; 2) чем ближе к проводнику, тем гуще располагаются магнитные индукционные линии; 3) магнитная индукция (интенсивность поля) зависит от величины тока в проводнике; 4) направление магнитных индукционных линий зависит от направления тока в проводнике.

Чтобы показать направление тока в проводнике, изображенном в разрезе, принято условное обозначение, которым мы в дальнейшем будем пользоваться. Если мысленно поместить в проводнике стрелку по направлению тока (рисунок 3), то в проводнике, ток в котором направлен от нас, увидим хвост оперения стрелы (крестик); если же ток направлен к нам, увидим острие стрелы (точку).

Рисунок 3. Условное обозначение направления тока в проводниках

ДЛИНА ВОЛНЫ.

Так что же такое длина волны? — это расстояние между двумя электромагнитными кольцами, которые последовательно отделяются от антенны. За каждый период тока высокой частоты отделяется одно кольцо. Таким образом когда второе кольцо отделяется от антенны, первое уже прошло некоторое расстояние называемое длиной волны.

Равенство скорости распространения электромагнитных волн, создаваемых переменным током, и скорости света не случайно, потому что световые лучи, как, между прочим, и тепловые, по своей природе тоже электромагнитные колебания. Мысль о родстве световых и электрических явлений высказал русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов еще в середине XVIII в. Теорию электромагнитных волн развил Кларк Максвелл в первой половине прошлого столетия. Однако только в 1888 г. немецкому ученому Генриху Герцу удалось опытным путем доказать сам факт существования электромагнитных волн и найти возможность обнаружить их. В его опытной установке излучателем электромагнитных волн был вибратор — два стержня с металлическими шарами на концах, источником напряжения питания вибратора — индукционная катушка Румкорфа (есть в каждом школьном физическом кабинете), а обнаруживателем электромагнитной энергии — резонатор, представляющий собой незамкнутый виток провода, тоже с шарами на концах.

Половинки вибратора заряжались до столь высокого напряжения, что между внутренними шарами через воздух проскакивала электрическая искра — искусственная молния в миниатюре. Происходил — электрический разряд. В этот момент, длившийся малые доли секунды, вибратор излучал короткую серию быстропеременных затухающих, т.е. убывающих по амплитуде, электромагнитных волн. Пересекая провод резонатора, расположенного поблизости, электромагнитная энергия возбуждала в нем электрические колебания, о чем свидетельствовала очень слабая искра, появлявшаяся между шарами резонатора. Еще разряд и новая очередь затухающих электромагнитных колебаний возбуждала в резонаторе слабый переменный ток. Так Генрих Герц нашел способ возбуждения электромагнитных волн и обнаружения их. Но он не представлял себе путей практического использования своего открытия.

Важные понятия и моменты, которые необходимо запомнить из этого урока: что такое магнитное поле, как оно воздействует на окружающие предметы, основные условия необходимые для возникновения магнитного поля. Понятие электромагнетизма и электромагнитной индукции, а так же условия возникновения электромагнитных колебаний под действием переменного тока — электромагнитные волны.

Содержание курса и следующий урок можете найди здесь.

Напряженность электрического поля

Напряженность электрического поля ​\( \vec{E} \)​ – векторная физическая величина, равная отношению силы ​\( F \)​, действующей на пробный точечный заряд, к величине этого заряда ​\( q \)​:

Обозначение – \( \vec{E} \), единица измерения в СИ – Н/Кл или В/м.

Напряженность поля точечного заряда в вакууме вычисляется по формуле:

где \( k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}=9\cdot10^9 \) (Н·м2)/Кл2, ​\( q_0 \)​ – заряд, создающий поле, ​\( r \)​ – расстояние от заряда, создающего поле, до данной точки.

Напряженность поля точечного заряда в среде вычисляется по формуле:

где ​\( \varepsilon \)​ – диэлектрическая проницаемость среды.

Важно! Напряженность электрического поля не зависит от величины пробного заряда, она определяется величиной заряда, создающего поле. Направление вектора напряженности в данной точке совпадает с направлением силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку

Направление вектора напряженности в данной точке совпадает с направлением силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку.

Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке направлена вдоль вектора напряженности ​\( \vec{E} \)​.

Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных электрических зарядах и заканчиваются на отрицательных электрических зарядах или уходят в бесконечность от положительного заряда и приходят из бесконечности к отрицательному заряду.

Распределение линий напряженности вокруг положительного и отрицательного точечных зарядов показано на рисунке.

Определяя направление вектора ​\( \vec{E} \)​ в различных точках пространства, можно представить картину распределения линий напряженности электрического поля.

Поле, в котором напряженность одинакова по модулю и направлению в любой точке, называется однородным электрическим полем. Однородным можно считать электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Линии напряженности в однородном электрическом поле параллельны друг другу.

Электрический заряд проводника

В случае равновесия зарядов не только поле внутри проводника равно нулю, равен нулю и заряд. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Это подтверждается и теоремой Гаусса. Поток напряженности через любую замкнутую поверхность внутри проводника равен нулю, так как равна нулю напряженность поля. Следовательно, и заряд внутри этой поверхности равен нулю.

Подчеркнем, что весь заряд сосредоточен на поверхности проводника только благодаря тому, что напряженность поля убывает по мере удаления от заряда как
При любой другой зависимости напряженности от расстояния теорема Гаусса не выполнялась бы и заряд внутри проводника был бы отличен от нуля.

Объяснить скапливание заряда на поверхности проводника одним отталкиванием одноименных зарядов нельзя. Первым это понял Г. Кавендиш. Он фактически за 14 лет до Кулона и более точно установил закон взаимодействия электрических зарядов. Но своих работ по электричеству Кавендиш не публиковал. Около ста лет рукописи находились в архиве семьи Кавендиша, пока не были переданы для печати Максвеллу. Произошло это через много лет после того, как закон взаимодействия зарядов был установлен Кулоном.

Кавендиш экспериментально доказал, что заряд проводника целиком распределяется на его поверхности. Для этого он поместил заряженный проводящий шар на изолирующей подставке внутрь сферы, образованной двумя металлическими полусферами, плотно соединенными друг с другом. В одной из полусфер было сделано маленькое отверстие, через которое можно было соединить заряженный шар и полусферы металлической проволокой (рис. 1.51). После соединения шара и полусфер проволокой полусферы раздвигались и измерялся заряд шара. Он оказался равным нулю. Кавендиш понял, что это означает уменьшение сил взаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

При равновесии зарядов электрическое поле и электрический заряд внутри проводника равны нулю. Весь заряд сосредоточен на поверхности проводника, а линии напряженности электрического поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.

Электростатическая защита

При равновесия зарядов на проводнике все нескомпенсированный заряд размещается только на внешней поверхности проводника, а внутри него электрического поля нет. Это явление используют для создания электростатической защиты — защиты от действия электрического поля. В отличие от гравитационного поля, от электрического поля можно защититься, если окружить проводник, например, медной сеткой. На практике это используют, чтобы защититься от мощного электрического поля радиолокаторов и радиостанций, излучения которых может навредить здоровью человека; чтобы предотвратить действия электрического поля на чувствительные приборы.

Электрическое поле, сконцентрированное извне

§ 54. Электрическое поле внутри проводника с током

В проводниках тока имеется большое количество хаотически движущихся свободных заряженных частиц — электронов, ионов. Если эти частицы заставить помимо хаотического движения еще двигаться в целом в виде направленного потока, то получится электрический ток. В электрических цепях частицы, образующие тек, приводятся в направленное движение электрическим полем, которое создает источник тока в проводах цепи вследствие наличия на его полюсах разности потенциалов. Электрическое поле внутри и вокруг неподвижного проводника с постоянным током называется стационарным электрическим полем.

Рис. 72. Линии напряженности стационарного электрического поля

Наблюдать такое поле можно на следующем опыте. В проекционной ванночке имеется тонкий слой прозрачного жидкого диэлектрика, в котором находятся мелко нарезанные волоски и две параллельные влажные палочки (рис. 72, а). Присоединим проводники (палочки) к источнику напряжения (к шарикам электрофорной машины). Волоски приходят в движение и располагаются, создавая картину электростатического поля заряженных проводников, в котором линии напряженности нормальны к поверхности проводников (рис. 72, б). Замкнем цепь в ванночке деревянной палочкой А (рис. 72, в). В проводнике и вокруг него образуется стационарное электрическое поле. Под его действием возникает ток, и вид прежнего поля изменяется. Сравнивая картину электростатического и стационарного полей, видим, что* между ними есть отличие:

1. Линии напряженности электростатического поля заряженного проводника перпендикулярны к поверхности проводника, а стационарного поля вне проводника — наклонны в направлении тока (рис. 72, г). Обнаружить стационарное электрическое поле вне проводника такими приемами, как обнаруживается электростатическое поле зарядов гильзой, нельзя из-за малой напряженности первого. Внутри прямолинейного проводника стационарное поле однородное (его линии напряженности направлены вдоль проводника), внутри криволинейного — неоднородное.
2. В любой точке стационарного поля есть напряженность, на что указывает наличие тока в цепи.

3. Потенциал поля внутри проводника и на его поверхности уменьшается в направлении движения тока. В этом можно убедиться на таком опыте (рис. 73). Приведя в действие электрофорную машину, получим в цепи из шпагата (потертого влажной тряпочкой) электрический ток. Начнем электрометр, соприкасающийся стержнем, со шпагатом, передвигать вдоль цепи. Видим, что потенциал в разных точках цепи различен. У шарика А он был наибольшим, при перемещении к середине В длины шпагата постепенно уменьшался, в точке В стал равным нулю, а затем начал по абсолютной величине увеличиваться, имея знак минус. Потенциал уменьшается вдоль внешней цепи от точки к точке в направлении тока.

   Рис. 73. Падение потенциала вдоль проводника с током

4. Свободные заряженные частицы, образующие ток, движутся непрерывным равномерным потоком и нигде не накапливаются и не исчезают. На это указывает постоянство тока в цепи.
5. Стационарное поле внутри проводника с постоянным током и магнитное поле вокруг него образуют электромагнитное поле.
6. При прохождении тока по проводнику поверхность последнего заряжена. В процессе прохождения тока заряды на поверхности проводника непрерывно обновляются.
7. Для поддержания электростатического поля энергию затрачивать не надо, а для поддержания стационарного электрического поля необходима непрерывная затрата энергии источника тока, так как энергия стационарного поля с помощью электрического тока превращается в другие виды энергии (механическую, внутреннюю).
8. Стационарное электрическое поле (как и электростатическое) — потенциальное.

От точки к точке проводника распространение электрического поля, а следовательно, и процесс направленного движения заряженных частиц, образующих ток, происходит со скоростью света, а направленное движение этих частиц происходит с очень малыми скоростями. Например, когда по медному проводу сечением 1 мм2 идет ток 1 а, электроны, образующие ток, движутся со скоростями порядка 0,07 мм/_сек.

Электрическое поле внутри проводника с током

Проводникам с током можно придавать самую разнообразную форму. Провода можно намотать на катушку, согнуть под любым углом и т. д. При этом с помощью амперметра (прибора для измерения силы тока) можно обнаружить, что сила тока в проводнике не зависит от его формы.

Если не меняется сила тока в проводнике, то, согласно соотношению (2.2.7), не меняется и скорость направленного движения электронов в проводнике. Во всех сечениях проводника одного и того же диаметра она одинакова. Но скорость упорядоченного движения электронов зависит от силы, действующей на них, т. е. от напряженности электрического поля внутри проводника. Значит, напряженность поля во всех сечениях проводника должна быть одинаковой по модулю и не меняться при изменении формы проводника.

Линии напряженности электрического поля на протяжении всего проводника параллельны его поверхности (оси проводника). Они не могут пронизывать поверхность проводника и при любой форме проводника повторяют его изгибы (рис. 2.9). Если бы линии напряженности пронизывали поверхность проводника изнутри, то вектор имел бы составляющую, перпендикулярную поверхности проводника. Заряженные частицы двигались бы к поверхности и накапливались на ней. Созданное этими зарядами поле неизбежно влияло бы на движение заряженных частиц, и сила тока не могла оставаться постоянной.

Магнитный поток

Произведение магнитной индукции на величину площадки, перпендикулярной направлению поля (вектору магнитной индукции), называется потоком вектора магнитной индукции или просто магнитным потоком и обозначается буквой Ф:

Ф = B × S .

Размерность магнитного потока:

то есть магнитный поток измеряется в вольт-секундах или веберах.

Более мелкой единицей магнитного потока является максвелл (мкс):

1 вб = 108 мкс. 1 мкс = 1 гс × 1 см2.

Видео 1. Гипотеза Ампера

Видео 1. Гипотеза Ампера

Видео 2. Магнетизм и электромагнетизм