Рассмотрим чему равна работа, совершаемая в цепи при протекании в ней переменного тока. Пусть в цепи имеется только активное сопротивление. В этом случае вся работа тока превращается в тепло. U= U 0 ·sinωtI = I 0 ·sinωt В течение малого промежутка времени переменный ток можно рассматривать как ток постоянный, и поэтому мгновенная мощность переменного тока равна: P t = I·U = I 0 ·U 0 ·sin 2 ωt Обычно нужно знать не мгновенное значение мощности, а ее среднее значение за большой период времени. Для этого достаточно усреднить значение мощности за один период. За малое время dt:P t dt = I 0 ·U 0 ·sin 2 ωt·dt за время полного периода колебаний Т А т = I 0 ·U 0 Работа переменного тока

Тогда для средней мощности за период получаем: P = А т /Т = I 0 ·U 0 /2. U 0 = I 0 ·R т.е. это в 2 раза меньше, чем мощность, выделяющаяся на постоянном токе I Э · U Э Обозначим через I Э ·и U Э силу и напряжение постоянного тока, который выделяет в сопротивление R такое же количество тепла, что и данный переменный ток. Р = I Э ·U Э = R·I Э 2 = U Э 2 /R тогда: –эффективное напряжение переменного тока –эффективная сила переменного тока это значения I и U такого постоянного тока, который выделяет в сопротивление R такое же количество тепла, что и данный переменный ток.

Все приборы показывают эффективные значения переменного тока. I t I0I0 переменный ток (и переменное напряжение) характеризуются тремя значениями: мгновенное, амплитудное ( I 0 ) и эффективное (I Э ).

Рассмотрим теперь случай, когда цепь содержит не только активные, но и реактивные сопротивления – индуктивность и емкость U= U 0 ·cosωt I = I 0 ·cos(ωt-φ) φ > 0 при индуктивной нагрузке, φ < 0 при емкостной нагрузке. Мгновенное значение мощности равно произведению мгновенных значений напряжения U и тока I. Р(t) = U(t)·I(t) = U 0 ·cosωt· I 0 ·cos(ωt-φ) Р(t) = 1/2U 0 ·I 0 ·cost +1/2 U 0 ·I 0 ·cos(2ωt-φ) cosα·cosβ = 1/2 cos(α-β) +1/2 cos(α+β)

Практический интерес представляет среднее по времени значение мощности. Так как процесс периодический берем среднее значение за период. При этом среднее значение cos(2ωt-φ) = 0 Р(t) = 1/2U 0 ·I 0 ·cost = U Э ·I Э ·cost –коэффициент мощности.

Георг Ом Закон Ома для однородного участка цепи ( не содержащего источников тока) 2. В дифференциальной форме: 1. В интегральной форме: 3. Закон Ома для неоднородного участка цепи (содержащего источник тока) 4. Закон Ома для переменного тока 4 формы закона Ома

Покоящиеся электрические заряды создают вокруг себя только электрическое поле. Движущиеся заряды создают еще одно поле - магнитное. Для экспериментального изучения магнитных полей пользуются каким-либо воздействием их на пробные тела: 1) На магнитную стрелку действует механический момент; максимальное значение этого момента в данном месте поля достигается при определенной ориентировке стрелки. 2) На виток проводника с током также действует механический момент, зависящий от размеров витка, силы тока в нем и достигающий максимума при определенной ориентировке плоскости витка в данном месте поля. 3) На отрезок прямолинейного проводника с током действует сила, пропорциональная длина проводника, силе тока через него и зависящая от ориентировки проводника в магнитном поле. Характеризуют величиной, пропорциональной силе Характеризуют поле вектором, пропорциональным максимальному механическому моменту

В пространстве, окружающем намагниченные тела, возникает магнитное поле. Помещенная в это поле маленькая магнитная стрелка устанавливается в каждой его точке вполне определенным образом, указывая тем самым направление поля. Тот конец стрелки, который в магнитном поле Земли указывает на север, называется северным, а противоположный – южным. Магнитные взаимодействия 11

При взаимодействии постоянных магнитов они испытывают результирующий момент сил, но не силу. Подобно электрическому диполю, постоянный магнит в однородном поле стремится повернуться по полю, но не перемещаться в нем. 12 При отклонении магнитной стрелки от направления магнитного поля, на стрелку действует механический крутящий момент М кр, пропорциональный синусу угла отклонения α и стремящийся повернуть ее вдоль указанного направления.

Отличие постоянных магнитов от электрических диполей Отличие постоянных магнитов от электрических диполей заключается в следующем: Электрический диполь всегда состоит из зарядов, равных по величине и противоположных по знаку. Постоянный же магнит, будучи разрезан пополам, превращается в два меньших магнита, каждый из которых имеет и северный и южный полюса. 13

14 Земля – подобна огромному магниту, с полюсами в верхней и нижней частях планеты и расположенных очень близко к географическим полюсам планеты. Магнитное поле Земли простирается на тысячи километров вокруг планеты и называется эта область – магнитосферой. Магнитосфера образует своего рода защитный купол, огибающий Землю и защищающий от бомбардировки частицами солнечного ветра, солнечной радиации.

15 а б в а), б) поле одноименных полюсов в) поле разноименных полюсов

16 Уильям Гильберт Подводя итоги сведениям о магнетизме, накопленным к 1600 г., английский ученый-физик Уильям Гильберт написал труд «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле» «De magnete, magneticisque corparibus etc». В своих трудах У. Гильберт высказал мнение, что, несмотря на некоторое внешнее сходство, природа электрических и магнитных явлений различна. Все же, к середине XVIII века, окрепло убеждение о наличии тесной связи между электрическими и магнитными явлениями.

В 1820 г. Х. Эрстед открыл магнитное поле электрического тока. А. Ампер установил законы магнитного взаимодействия токов. Ампер объяснил магнетизм веществ существованием молекулярных токов. 17

Открытие Эрстеда. При помещении магнитной стрелки в непосредственной близости от проводника с током он обнаружил, что при протекании по проводнику тока, стрелка отклоняется; после выключения тока стрелка возвращается в исходное положение (см. рис.). Из описанного опыта Эрстед делает вывод: вокруг прямолинейного проводника с током есть магнитное поле. 18 Из опыта Эрстеда следует, что магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной.

19 Общий вывод: вокруг всякого проводника с током есть магнитное поле. Но ведь ток – это направленное движение зарядов. Опыты подтверждают: магнитное поле появляется вокруг электронных пучков и вокруг перемещающихся в пространстве заряженных тел. Вокруг всякого движущегося заряда помимо электрического поля существует еще и магнитное.

qV=const 20

21 Подобно электрическому полю, оно обладает энергией и, следовательно, массой. Магнитное поле материально. Теперь можно дать следующее определение магнитного поля: Магнитное поле – это материя, связанная с движущимися зарядами и обнаруживающая себя по действию на магнитные стрелки и движущиеся заряды, помещенные в это поле. Аналогия точечному заряду – замкнутый плоский контур с током (рамка с током), линейные размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле.

Основное свойство магнитного поля – способность действовать на движущиеся электрические заряды с определенной силой. В магнитном поле контур с током будет ориентироваться определенным образом. Ориентацию контура в пространстве будем характеризовать направлением нормали, которое определяется правилом правого винта или «правилом буравчика» : За положительное направление нормали принимается направление поступательного движения винта, головка которого вращается в направлении тока, текущего в рамке

23 Контур ориентируется в данной точке поля только одним способом. За направление магнитного поля в данной точке принимается положительное направление нормали.

Вращающий момент прямо пропорционален величине тока I, площади контура S и синусу угла между направлением магнитного поля и нормали здесь М – вращающий момент, или момент силы, - магнитный момент контура (аналогично – электрический момент диполя). 24

Направление вектора магнитного момента совпадает с положительным направлением нормали: 25

для данной точки магнитного поля будет одним и тем же и может служить характеристикой магнитного поля, названной магнитной индукцией: – вектор магнитной индукции, совпадающий с нормалью По аналогии с электрическим полем Отношение момента силы к магнитному моменту 26

принцип суперпозиции Экспериментально установлено, что для магнитного поля (как и для электрического) справедлив принцип суперпозиции: поле, порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами) равно векторной сумме полей, порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности:

Магнитная индукция характеризует силовое действие магнитного поля на ток (аналогично, характеризует силовое действие электрического поля на заряд). – силовая характеристика магнитного поля, ее можно изобразить с помощью магнитных силовых линий. Поскольку М – момент силы и Р m – магнитный момент являются характеристиками вращательного движения, то можно предположить, что магнитное поле – вихревое. 28

29 Для графического изображения полей удобно пользоваться силовыми линиями (линиями магнитной индукции). Линиями магнитной индукции называются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора в этой точке. Условились, за направление принимать направление северного конца магнитной стрелки. Силовые линии выходят из северного полюса, а входят, соответственно, в южный полюс магнита. Земля- тоже магнит. Ее северный магнитный полюс находится около южного географического полюса, а южный магнитный полюс- около северного географического

30 Конфигурацию силовых линий легко установить с помощью мелких железных опилок которые намагничиваются в исследуемом магнитном поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам (поворачиваются вдоль силовых линий).