От термодинамики у вас мурашки по спине? От векторов бессонница? А электромагнетизм вызывает чувство страха? Не отчаивайтесь! Это удобное руководство упростит освоение основ физики. Опытный преподаватель Стивен Хольцнер поможет вам легко и непринужденно пройти все темы начального курса физики (от механики до оптики) и попутно расскажет о некоторых наиболее удивительных физических явлениях: энергии, теплоте, электричестве и многом другом.
Основные темы книги:
Стивен Хольцнер получил докторскую степень по физике в Корнелльском университете и более 10 лет преподавал начальный курс физики студентам первых курсов. Расскажи про книгу своим друзьям и коллегам: Твитнуть Нравится | Оглавление к книге Физика для чайниковОб авторахВведение Часть I. Мир в движении Часть II. Да пребудут с нами силы физики Часть III. Обращаем работу в энергию и наоборот Глава 10. Вращаем объекты: момент силы Глава 11. Раскручиваем объекты: момент инерции Глава 12.  Сжимаем пружины: простое гармоническое движениеЧасть IV. Формулируем законы термодинамики Часть V. Электризуемся и намагничиваемся Часть VI. Великолепные десятки Глоссарий |
определение, основные формулы, правило левой и правой руки
Часто бывает, что задачу не удается решить из-за того, что под рукой нет нужной формулы.
Выводить формулу с самого начала – дело не самое быстрое, а у нас на счету каждая минута.
Ниже мы собрали вместе основные формулы по теме «Электричество и Магнетизм». Теперь, решая задачи, вы сможете пользоваться этим материалом как справочником, чтобы не терять время на поиски нужной информации.
Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.
Магнетизм: определение
Магнетизм – это взаимодействие движущихся электрических зарядов, происходящее посредством магнитного поля.
Поле – особая форма материи. В рамках стандартной модели существует электрическое, магнитное, электромагнитные поля, поле ядерных сил, гравитационное поле и поле Хиггса. Возможно, есть и другие гипотетические поля, о которых мы пока что можем только догадываться или не догадываться вовсе. Сегодня нас интересует магнитное поле.
Магнитная индукция
Так же, как заряженные тела создают вокруг себя электрическое поле, движущиеся заряженные тела порождают магнитное поле.
Прежде чем мы начнем приводить конкретные формулы, нужно рассказать про магнитную индукцию.
Магнитная индукция – это силовая векторная характеристика магнитного поля.
Она обозначается буквой B и измеряется в Тесла (Тл). По аналогии с напряженностью для электрического поля Е магнитная индукция показывает, с какой силой магнитное поле действует на заряд.
Кстати, вы найдете много интересных фактов на эту тему в нашей статье про теорию магнитного поля и интересные факты о магнитном поле Земли.
Как определять направление вектора магнитной индукции? Здесь нас интересует практическая сторона вопроса.
Самый частый случай в задачах – это магнитное поле, создаваемое проводником с током, который может быть либо прямым, либо в форме окружности или витка.Для определения направления вектора магнитной индукции существует правило правой руки. Приготовьтесь задействовать абстрактное и пространственное мышление!
Если взять проводник в правую руку так, что большой палец будет указывать на направление тока, то загнутые вокруг проводника пальцы покажут направление силовых линий магнитного поля вокруг проводника. Вектор магнитной индукции в каждой точке будет направлен по касательной к силовым линиям.
Сила Ампера
Представим, что есть магнитное поле с индукцией B. Если мы поместим в него проводник длиной l, по которому течет ток силой I, то поле будет действовать на проводник с силой:
Это и есть сила Ампера. Угол альфа – угол между направлением вектора магнитной индукции и направлением тока в проводнике.
Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы в ладонь входили линии магнитной индукции, а вытянутые пальцы указывали бы направление тока, отставленный большой палец укажет направление силы Ампера.
Сила Лоренца
Мы выяснили, что поле действует на проводник с током. Но если это так, то изначально оно действует отдельно на каждый движущийся заряд. Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся в нем электрический заряд, называется силой Лоренца. Здесь важно отметить слово «движущийся», так на неподвижные заряды магнитное поле не действует.
Итак, частица с зарядом q движется в магнитном поле с индукцией В со скоростью v, а альфа – это угол между вектором скорости частицы и вектором магнитной индукции. Тогда сила, которая действует на частицу:
Как определить направление силы Лоренца? По правилу левой руки.
Если вектор индукции входит в ладонь, а пальцы указывают на направление скорости, то отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца. Отметим, что так направление определяется для положительно заряженных частиц. Для отрицательных зарядов полученное направление нужно поменять на противоположное.
Если частица массы m влетает в поле перпендикулярно линиям индукции, то она будет двигаться по окружности, а сила Лоренца будет играть роль центростремительной силы. Радиус окружности и период обращения частицы в однородном магнитном поле можно найти по формулам:
Взаимодействие токов
Рассмотрим два случая. Первый – ток течет по прямому проводу. Второй – по круговому витку. Как мы знаем, ток создает магнитное поле.
В первом случае магнитная индукция провода с током I на расстоянии R от него считается по формуле:
Мю – магнитная проницаемость вещества, мю с индексом ноль – магнитная постоянная.
Во втором случае магнитная индукция в центре кругового витка с током равна:
Также при решении задач может пригодиться формула для магнитного поля внутри соленоида. Соленоид – это катушка, то есть множество круговых витков с током.
Пусть их количество – N, а длина самого соленоилда – l. Тогда поле внутри соленоида вычисляется по формуле:
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Магнитный поток и ЭДС
Если магнитная индукция – векторная характеристика магнитного поля, то магнитный поток – скалярная величина, которая также является одной из самых важных характеристик поля. Представим, что у нас есть какая-то рамка или контур, имеющий определенную площадь. Магнитный поток показывает, какое количество силовых линий проходит через единицу площади, то есть характеризует интенсивность поля.
Измеряется в Веберах (Вб) и обозначается Ф.
S – площадь контура, альфа – угол между нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура и вектором В.
При изменении магнитного потока через контур в контуре индуцируется ЭДС, равная скорости изменения магнитного потока через контур. Кстати, подробнее о том, что такое электродвижущая сила, вы можете почитать в еще одной нашей статье.
По сути формула выше – это формула для закона электромагнитной индукции Фарадея. Напоминаем, что скорость изменения какой-либо величины есть не что иное, как ее производная по времени.
Для магнитного потока и ЭДС индукции также справедливо обратное. Изменение тока в контуре приводит к изменению магнитного поля и, соответственно, к изменению магнитного потока. При этом возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует изменению тока в контуре.
Магнитный поток, который пронизывает контур с током, называется собственным магнитным потоком, пропорционален силе тока в контуре и вычисляется по формуле:
L – коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью, который измеряется в Генри (Гн). На индуктивность влияют форма контура и свойства среды. Для катушки с длиной l и с числом витков N индуктивность рассчитывается по формуле:
Формула для ЭДС самоиндукции:
Энергия магнитного поля
Электроэнергия, ядерная энергия, кинетическая энергия. Магнитная энергия – одна из форм энергии. В физических задачах чаще всего нужно рассчитывать энергию магнитного поля катушки. Магнитная энергия катушки с током I и индуктивностью L равна:
Объемная плотность энергии поля:
Конечно, это не все основные формулы раздела физики «электричество и магнетизм», однако они часто могут помочь при решении стандартных задач и расчетах.
Если же вам попалась задача со звездочкой, и вы никак не можете подобрать к ней ключ, упростите себе жизнь и обратитесь за решением в сервис студенческой помощи.
ОШИБКА – 404 – НЕ НАЙДЕНА
- Главная
- Это не луна!
Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.
Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.
Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?
Новый операционный усилитель SparkFun — LMV358
В наличии БОБ-09816
4
Избранное Любимый 19
Список желаний
тинси 4.
1В наличии DEV-16771
31,50 $
8Избранное Любимый 28
Список желаний
MIKROE Qi RX Click
Остался только 1! ПРТ-18903
44,95 $
Избранное Любимый 0
Список желаний
MIKROE LED Драйвер 2 Click
Нет в наличии ДЕВ-20216
14,95 $
Избранное Любимый 0
Список желаний
Отправляйте данные датчиков через LoRa с нашим новым учебным пособием!
29 ноября 2022 г.
С помощью этого руководства вы сможете следить за тем, как Мэрайя отправляет данные датчиков по беспроводной сети, используя LoRa и две платы разработки SparkFun LoRa Thing Plus — expLoRaBLE.
Избранное Любимый 1
Как хотел бы хороший доллар
14 апреля 2023 г.
На этой неделе мы представляем два новых регулятора Buck, новый тензодатчик и два новых интерфейсных кабеля, которые помогут вам в вашем следующем проекте GNSS/GPS!
Избранное Любимый 0
Аналоговый и цифровой
18 июля 2013 г.
В этом учебном пособии рассматриваются концепции аналоговых и цифровых сигналов в их отношении к электронике.
Избранное Любимый 68
Как делают микросхемы на платах
28 мая 2014 г.
COB или чип на плате — это недорогой способ припаивания ИС к печатной плате. Ознакомьтесь с этим руководством, чтобы увидеть, как это делается!
Избранное Любимый 10
ОШИБКА – 404 – НЕ НАЙДЕНА
- Главная
- ‽
Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.
Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.
Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?
Комплект разработчика SparkFun Artemis с камерой
В наличии КОМПЛЕКТ-17071
$54,95
1
Избранное Любимый 9
Список желаний
Shapeoko 4 XXL – без стола, без маршрутизатора
В наличии ТОЛ-18457
1 970,00 $
Избранное Любимый 0
Список желаний
МИКРО БАК Клик
Нет в наличии ПРТ-18897
35,95 $
Избранное Любимый 0
Список желаний
МИКРОЕ ЧСС 8 Click
Нет в наличии SEN-19907
35,95 $
Избранное Любимый 0
Список желаний
Изучение возможностей умных масок
15 декабря 2020 г.
Использование новых носимых масок путем интеграции технологий, позволяющих лучше понять состав дыхания и его влияние на здоровье.
Избранное Любимый 1
Какое твое любимое созвездие?
4 октября 2022 г.
Сегодня мы анонсируем наш набор MicroMod Qwiic ограниченной серии!
Избранное Любимый 0
Начало работы с MP3-плеером LilyPad
8 мая 2013 г.
MP3-плеер LilyPad — это удивительная маленькая плата, которая содержит почти все, что вам нужно для воспроизведения аудиофайлов. Вы можете использовать его для создания всевозможных шумных проектов, от толстовок MP3 до говорящих плюшевых мишек. Ваше воображение – единственный предел! Это руководство поможет вам начать работу.
Избранное Любимый 12
Руководство по подключению спектрального датчика AS726X NIR/VIS
19 октября 2017 г.
