« Физика - 11 одделение“

Електромагнетна индукција

Англискиот физичар Мајкл Фарадеј беше уверен во обединетата природа на електричните и магнетните феномени.
Временски променливо магнетно поле генерира електрично поле, а променливото електрично поле генерира магнетно поле.
Во 1831 година, Фарадеј го откри феноменот на електромагнетна индукција, што ја формираше основата за дизајнирање на генератори кои ја претвораат механичката енергија во електрична енергија.


Феноменот на електромагнетна индукција

Феноменот на електромагнетна индукција е појава на електрична струја во спроводно коло, која е или мирна во временски променливо магнетно поле или се движи во постојано магнетно поле на таков начин што бројот на линиите на магнетна индукција што продираат во колото промени.

За неговите многубројни експерименти, Фарадеј користел две калеми, магнет, прекинувач, извор на директна струја и галванометар.

Електрична струја може да магнетизира парче железо. Дали магнетот може да предизвика електрична струја?

Како резултат на експерименти, Фарадеј воспостави главни карактеристикифеномени на електромагнетна индукција:

1). индуцирана струјасе јавува во една од намотките во моментот на затворање или отворање на електричното коло на друга калем, стационарна во однос на првата.

2) индуцираната струја се јавува кога јачината на струјата во една од намотките се менува со помош на реостат 3). индуцираната струја се јавува кога намотките се движат релативно едни на други 4). индуцираната струја се јавува кога постојан магнет се движи во однос на серпентина

Заклучок:

Во затворено спроводно коло, струјата се јавува кога се менува бројот на линии на магнетна индукција што продираат во површината ограничена со ова коло.
И колку побрзо се менува бројот на линии на магнетна индукција, толку е поголема добиената индукциона струја.

Не е важно. што е причина за промената на бројот на линиите на магнетна индукција.
Ова исто така може да биде промена во бројот на линии на магнетна индукција што продираат во површината ограничена со стационарно спроводно коло поради промена на јачината на струјата во соседниот калем,

и промена на бројот на индукциски линии поради движењето на колото во нерамномерно магнетно поле, чија густина на линиите варира во просторот итн.

Магнетен флукс

Магнетен флукс - ова е карактеристика магнетно поле, што зависи од векторот на магнетна индукција во сите точки на површината ограничени со рамна затворена контура.

Постои рамен затворен проводник (коло) што ја граничи површината со површина S и е поставен во еднообразно магнетно поле.
Нормалата (вектор чиј модул е ​​еднаков на единство) на рамнината на проводникот прави агол α со насоката на векторот на магнетната индукција

Магнетниот тек Ф (флукс на векторот на магнетната индукција) низ површина со плоштина S е вредност еднаква на производот од големината на векторот на магнетната индукција по областа S и косинусот на аголот α помеѓу векторите и:

Ф = BScos α

Каде
Вcos α = В n- проекција на векторот на магнетната индукција на нормалната кон контурната рамнина.
Затоа

Ф = B n С

Магнетниот тек се повеќе се зголемува Во нИ С.

Магнетниот флукс зависи од ориентацијата на површината во која продира магнетното поле.

Магнетниот тек може графички да се толкува како вредност пропорционална на бројот на линии на магнетна индукција кои продираат во површина со површина од С.

Единицата за магнетниот тек е вебер.
Магнетен флукс во 1 вебер ( 1 Wb) се создава со еднообразно магнетно поле со индукција од 1 T низ површина со површина од 1 m 2 лоцирана нормално на векторот на магнетна индукција.

МАГНЕТЕН ФЛУКС

МАГНЕТЕН ФЛУКС(симбол F), мерка за јачината и обемот на МАГНЕТНОТО ПОЛЕ. Флуксот низ областа А под прав агол на истото магнетно поле е Ф = mHA, каде што m е магнетната пропустливост на медиумот, а H е интензитетот на магнетното поле. Густината на магнетниот флукс е флукс по единица површина (симбол Б), кој е еднаков на N. Промената на магнетниот тек низ електричен проводникиндуцира ЕЛЕКТРИЧНА МОТИВНА СИЛА.


Научно-технички енциклопедиски речник.

Погледнете што е „МАГНЕТЕН ФЛУКС“ во другите речници:

    Протокот на векторот на магнетна индукција B низ која било површина. Магнетниот флукс низ мала површина dS, во која векторот B е непроменет, е еднаков на dФ = ВndS, каде што Bn е проекцијата на векторот на нормалата на областа dS. Магнетниот флукс F низ конечниот... ... Големо енциклопедиски речник

    - (флукс на магнетна индукција), флукс F на магнетниот вектор. индукција Б преку к.л. површина. M. p. dФ низ мала површина dS, во чии граници векторот B може да се смета за непроменет, се изразува со производот од големината на површината и проекцијата Bn на векторот на ... ... Физичка енциклопедија

    магнетен тек- Скаларна количина еднаква на флуксот на магнетната индукција. [GOST R 52002 2003] магнетен флукс Флуксот на магнетна индукција низ површина нормална на магнетното поле, дефиниран како производ на магнетната индукција во дадена точка од областа... ... Водич за технички преведувач

    МАГНЕТЕН ФЛУКС- флукс Ф на векторот на магнетна индукција (види (5)) B низ површината S нормална на векторот B во еднообразно магнетно поле. SI единица за магнетен тек (cm) ... Голема политехничка енциклопедија

    Вредност што го карактеризира магнетниот ефект на дадена површина. Магнетното поле се мери со бројот на магнетни линии на сила што минуваат низ дадена површина. Технички железнички речник. М.: Државен транспорт... ... Технички железнички речник

    Магнетен флукс - скаларна количина, еднаков на флуксот на магнетната индукција... Извор: ЕЛЕКТРОТЕХНИКА. ПОИМИ И ДЕФИНИЦИИ НА ОСНОВНИ ПОИМИ. ГОСТ Р 52002 2003 година (одобрена со Резолуција на Државниот стандард на Руската Федерација од 01/09/2003 N 3 чл.) ... Официјална терминологија

    Протокот на векторот на магнетна индукција B низ која било површина. Магнетниот тек низ мала површина dS, во која векторот B е непроменет, е еднаков на dФ = BndS, каде што Bn е проекцијата на векторот на нормалата на областа dS. Магнетниот флукс F низ конечниот... ... енциклопедиски речник

    Класична електродинамика ... Википедија

    магнетен тек- , флуксот на магнетна индукција е флукс на векторот на магнетната индукција низ која било површина. За затворена површина, вкупниот магнетен тек е нула, што ја рефлектира соленоидната природа на магнетното поле, односно отсуството во природата... Енциклопедиски речник на металургијата

    Магнетен флукс- 12. Магнетен флукс Флукс на магнетна индукција Извор: ГОСТ 19880 74: Електротехника. Основни концепти. Поими и дефиниции оригинален документ 12 магнетни на ... Речник-референтна книга на поими за нормативна и техничка документација

Книги

  • , Миткевич В.Ф. Категорија: Математика Издавач: YOYO Media, Производител: Yoyo Media,
  • Магнетниот тек и неговата трансформација, Миткевич В.Ф., Оваа книга содржи многу на кои не секогаш се обрнува должно внимание кога станува збор за магнетниот тек, а што сè уште не е доволно јасно кажано или не е ... Категорија: Математика и наукаСерија: Издавач:

Сликата покажува еднообразно магнетно поле. Хомогена значи исто во сите точки во даден волумен. Во поле се става површина со плоштина S. Линиите на полето ја сечат површината.

Одредување на магнетниот тек:

Магнетен флукс Ф низ површината S е бројот на линии на векторот на магнетна индукција B што минуваат низ површината S.

Формула за магнетен тек:

овде α е аголот помеѓу насоката на векторот на магнетната индукција B и нормалата на површината S.

Од формулата за магнетниот тек е јасно дека максималниот магнетен тек ќе биде на cos α = 1, а тоа ќе се случи кога векторот B е паралелен со нормалата на површината S. Минималниот магнетен тек ќе биде на cos α = 0, тоа ќе се случи кога векторот B е нормален на нормалата на површината S, бидејќи во овој случај линиите на векторот B ќе се лизгаат по површината S без да ја пресечат.

А според дефиницијата за магнетен флукс се земаат предвид само оние линии на векторот на магнетна индукција што се сечат на дадена површина.

Магнетниот флукс се мери во вебери (волт-секунди): 1 wb = 1 v * s. Покрај тоа, Максвел се користи за мерење на магнетниот тек: 1 wb = 10 8 μs. Според тоа, 1 μs = 10 -8 vb.

Магнетниот флукс е скаларна големина.

ЕНЕРГИЈА НА МАГНЕТНОТО ПОЛЕ НА ТЕКОВАТА

Околу проводникот што носи струја има магнетно поле кое има енергија. Од каде доаѓа? Тековниот извор вклучен во електричното коло има резерва на енергија. Во моментот на затворање на електричното коло, тековниот извор троши дел од својата енергија за да го надмине ефектот на самоиндуктивниот ЕМФ што се појавува. Овој дел од енергијата, наречен сопствена енергија на струјата, оди до формирање на магнетно поле. Енергијата на магнетното поле е еднаква на внатрешната енергија на струјата. Сопствената енергија на струјата е нумерички еднаква на работата што тековниот извор мора да ја направи за да ја надмине Самоиндуцирана емфда се создаде струја во колото.

Енергијата на магнетното поле создадено од струјата е директно пропорционална на квадратот на струјата. Каде оди енергијата на магнетното поле откако ќе престане струјата? - се истакнува (кога ќе се отвори коло со доволно голема струја, може да се појави искра или лак)

4.1. Закон за електромагнетна индукција. Самоиндукција. Индуктивност

Основни формули

· Закон за електромагнетна индукција (Закон на Фарадеј):

, (39)

каде е индукцискиот emf, е вкупниот магнетен тек (флуксна врска).

· Магнетен флукс создаден од струја во колото,

каде е индуктивноста на колото; е јачината на струјата.

· Фарадејовиот закон како што се применува на самоиндукција

· Индукција emf, што се јавува кога рамката се ротира со струја во магнетно поле,

каде е индукцијата на магнетното поле; е областа на рамката; е аголната брзина на ротација.

Соленоидна индуктивност

, (43)

каде е магнетната константа; е магнетната пропустливост на супстанцијата; е бројот на вртења на соленоидот; е површината на пресекот на вртењето; е должината на соленоидот.

Јачина на струјата при отворање на колото

каде е воспоставена струјата во колото; е индуктивноста на колото; е отпорот на колото; е времето на отворање.

Јачина на струјата при затворање на колото

. (45)

Време на релаксација

Примери за решавање проблеми

Пример 1.

Магнетното поле се менува според законот , каде што = 15 mT,. Кружна спроводна калем со радиус = 20 cm се става во магнетно поле под агол на насоката на полето (во почетниот момент на времето). Најдете го индуцираниот EMF што произлегува во серпентина во време = 5 секунди.

Решение

Според законот за електромагнетна индукција, индуктивниот EMF што произлегува во серпентина е , каде е магнетниот флукс споен во серпентина.

каде е областа на вртење; е аголот помеѓу насоката на векторот на магнетната индукција и нормалата на контурата:.

Да ги замениме нумеричките вредности: = 15 mT,, = 20 cm = = 0,2 m,.

Пресметките даваат .

Пример 2

Во еднообразно магнетно поле со индукција = 0,2 Т, постои правоаголна рамка, чија подвижна страна, должина = 0,2 m, се движи со брзина = 25 m/s нормално на линиите за индукција на полето (сл. 42). Определете го индуцираниот emf што произлегува во колото.

Решение

Кога проводникот AB се движи во магнетно поле, површината на рамката се зголемува, па затоа се зголемува магнетниот флукс низ рамката и се јавува индуциран EMF.

Според законот на Фарадеј, каде, тогаш, но, затоа.

Знакот „–“ означува дека индуцираниот EMF и индуцираната струја се насочени спротивно од стрелките на часовникот.

САМОИНДУКЦИЈА

Секој проводник низ кој тече електрична струја е во сопственото магнетно поле.

Кога се менува тековната јачина во спроводникот, м.полето се менува, т.е. магнетниот флукс создаден од оваа струја се менува. Промената на магнетниот тек доведува до појава на вителско електрично поле и во колото се појавува индуциран EMF. Овој феномен се нарекува самоиндукција.Самоиндукција е феномен на појава на индуциран емф во електрично коло како резултат на промена на јачината на струјата. Резултирачкиот EMF се нарекува самоиндуциран EMF

Манифестација на феноменот на самоиндукција

Затворање на колото Кога има краток спој во електричното коло, струјата се зголемува, што предизвикува зголемување на магнетниот тек во серпентина, и се појавува вителско електрично поле, насочено против струјата, т.е. Во серпентина се појавува самоиндукција емф, што го спречува зголемувањето на струјата во колото (вителското поле ги инхибира електроните). Како резултат L1 светнува подоцна,отколку L2.

Отворено коло Кога ќе се отвори електричното коло, струјата се намалува, доаѓа до намалување на флуксот во серпентина и се појавува вителско електрично поле, насочено како струја (се обидува да ја одржи истата јачина на струјата), т.е. Во серпентина се појавува самоиндуцирана електрана, одржувајќи ја струјата во колото. Како резултат на тоа, L кога е исклучен трепка силно.Заклучок во електротехниката, феноменот на самоиндукција се манифестира кога колото е затворено (електричната струја постепено се зголемува) и кога колото се отвора (електричната струја не исчезнува веднаш).

ИНДУКТАНЦИЈА

Од што зависи самоиндуцираниот EMF? Електричната струја создава сопствено магнетно поле. Магнетниот тек низ колото е пропорционален на индукцијата на магнетното поле (Ф ~ B), индукцијата е пропорционална на јачината на струјата во проводникот (B ~ I), затоа магнетниот тек е пропорционален на јачината на струјата (Ф ~ I ). Емф на самоиндукција зависи од брзината на промена на струјата во електричното коло, од својствата на проводникот (големина и облик) и од релативната магнетна пропустливост на медиумот во кој се наоѓа проводникот. Физичка величина што ја покажува зависноста на самоиндукцијата emf од големината и обликот на спроводникот и од средината во која се наоѓа проводникот се нарекува коефициент на самоиндукција или индуктивност. Индуктивност - физичка. вредност нумерички еднаква на самоиндуктивниот emf што се јавува во колото кога струјата се менува за 1 ампер за 1 секунда. Индуктивноста може да се пресмета и со формулата:

каде Ф е магнетниот тек низ колото, I е јачината на струјата во колото.

SI единици на индуктивност:

Индуктивноста на серпентина зависи од: бројот на вртења, големината и обликот на серпентина и релативната магнетна пропустливост на медиумот (можеби и јадро).

ЕМП САМОИНДУКЦИЈА

Самоиндуктивниот EMF спречува струјата да се зголемува кога колото е вклучено и струјата да се намалува кога колото се отвора.

За да се карактеризира магнетизацијата на супстанцијата во магнетно поле, се користи магнетен момент (П м ). Нумерички е еднаков на механичкиот вртежен момент што го доживува супстанца во магнетно поле со индукција од 1 Тесла.

Магнетниот момент на единица волумен на супстанцијата го карактеризира магнетизација - И , се одредува со формулата:

Јас=Р м /В , (2.4)

Каде В - волумен на супстанцијата.

Магнетизацијата во системот SI се мери, како и интензитетот, во Возило, векторска количина.

Се карактеризираат магнетните својства на супстанциите волуметриска магнетна подложност - в О , бездимензионална количина.

Ако некое тело е ставено во магнетно поле со индукција ВО 0 , тогаш доаѓа до нејзино магнетизирање. Како резултат на тоа, телото создава сопствено магнетно поле со индукција ВО " , кој е во интеракција со полето за магнетизирање.

Во овој случај, индукцискиот вектор во медиумот (ВО)ќе бидат составени од вектори:

Б = Б 0 + Б " (векторскиот знак е испуштен), (2.5)

Каде ВО " - индукција на сопственото магнетно поле на магнетизирана супстанција.

Индукцијата на сопственото поле е одредена од магнетните својства на супстанцијата, кои се карактеризираат со волуметриска магнетна подложност - в О , точен е следниот израз: ВО " = в О ВО 0 (2.6)

Поделете по м 0 израз (2.6):

ВО " / м О = в О ВО 0 / м 0

Добиваме: Н " = в О Н 0 , (2.7)

Но Н " ја одредува магнетизацијата на супстанцијата Јас , т.е. Н " = Јас , потоа од (2.7):

Јас = в О Н 0 . (2.8)

Така, ако супстанцијата е во надворешно магнетно поле со јачина Н 0 , тогаш индукцијата во неа се одредува со изразот:

Б=Б 0 + Б " = m 0 Н 0 + m 0 Н " = m 0 (Н 0 +Јас)(2.9)

Последниот израз е строго вистинит кога јадрото (супстанцијата) е целосно во надворешно еднообразно магнетно поле (затворен торус, бескрајно долг соленоид итн.).

Амперовиот закон се користи за да се утврди единицата на струја, амперот.

Ампер - јачината на струјата со постојана големина, која поминувајќи низ два паралелни прави спроводници со бесконечна должина и занемарливо мал пресек, лоцирани на растојание од еден метар, еден од друг во вакуум, предизвикува сила од .

, (2.4.1)

Овде; ; ;

Од тука да ја одредиме димензијата и големината во SI.

, оттука

, или .

Од законот Биот-Саварт-Лаплас, за прав спроводник со струја , Исто можете да ја најдете димензијата на индукцијата на магнетното поле:

Тесла е SI единица за индукција. .

Гаус– мерна единица во Гаусовиот систем на единици (GHS).

1 Т еднаква на магнетната индукција на еднообразно магнетно поле, во кое рамно коло со струја има магнетен момент,се применува вртежен момент.

Тесла Никола(1856–1943) – српски научник од областа на електротехниката и радиотехниката. Имал огромен број на пронајдоци. Тој ги измислил електричните броила, фреквенциските мерачи итн. Тој развил голем број дизајни за повеќефазни генератори, електрични мотори и трансформатори. Дизајнираше голем број на радио-контролирани самоодни механизми. Ги проучувал физиолошките ефекти на струите со висока фреквенција. Во 1899 година изградил радио станица од 200 kW во Колорадо и радио антена висока 57,6 m во Лонг Ајленд (кулата Варденклиф). Заедно со Ајнштајн и Опенхајмер во 1943 година, тој учествуваше во таен проект за да се постигне невидливоста на американските бродови ( Експеримент во Филаделфија). Современиците зборуваа за Тесла како мистик, јасновидец, пророк, способен да погледне во интелигентниот космос и светот на мртвите. Тој веруваше дека со помош електромагнетно полеможете да се движите во просторот и да го контролирате времето.

Друга дефиниција: 1 Т еднаква на магнетна индукција, при која магнетниот тек низ областа 1 m 2, нормално на насоката на полето,еднакви 1 Wb .

Единицата за мерење на магнетниот тек Wb, го добила своето име во чест на германскиот физичар Вилхелм Вебер (1804–1891), професор на универзитетите во Хале, Гетинген и Лајпциг.

Како што веќе рековме, магнетниот тек Ф низ површината S е една од карактеристиките на магнетното поле(Сл. 2.5):

SI единица за магнетен тек:

. , и од тогаш .

Еве Максвел(Mks) е единица за мерење на магнетниот тек во CGS именувана по познатиот англиски научник Џејмс Максвел (1831–1879), творец на теоријата на електромагнетното поле.

Јачина на магнетно поле Нмерено во.

, .

Да ги сумираме главните карактеристики на магнетното поле во една табела.

Табела 2.1

Име

Магнетен тек (флукс на линии на магнетна индукција) низ контурата е нумерички еднаков на производот на големината на векторот на магнетната индукција со областа ограничена со контурата и со косинус на аголот помеѓу насоката на векторот на магнетната индукција и нормалата на површината ограничена со оваа контура.

Формула за работа на амперската сила при движење на прав спроводник со постојана струја во еднообразно магнетно поле.

Така, работата направена од Амперовата сила може да се изрази во однос на струјата во поместениот проводник и промената на магнетниот тек низ колото во кое е поврзан овој проводник:

Индуктивност на јамката.

Индуктивност - физички вредност нумерички еднаква на самоиндуктивниот emf што се јавува во колото кога струјата се менува за 1 ампер за 1 секунда.
Индуктивноста може да се пресмета и со формулата:

каде Ф е магнетниот тек низ колото, I е јачината на струјата во колото.

SI единици на индуктивност:

Енергија на магнетно поле.

Магнетното поле има енергија. Исто како што наполнетиот кондензатор има резерва електрична енергија, во серпентина низ чии свиоци тече струја има резерва на магнетна енергија.

Електромагнетна индукција.

Електромагнетна индукција - феноменот на појава на електрична струја во затворено коло кога се менува магнетниот тек што минува низ него.

Експериментите на Фарадеј. Објаснување на електромагнетната индукција.

Доколку нудите постојан магнетдо серпентина или обратно (сл. 3.1), тогаш во серпентина ќе има електрична енергија. Истото се случува и со две тесно распоредени калеми: ако изворот на наизменична струја е поврзан со еден од намотките, тогаш и другиот ќе доживее наизменична струја, но овој ефект најдобро се манифестира ако две намотки се поврзани со јадро

Според дефиницијата на Фарадеј, овие експерименти го имаат следново заедничко: Ако флуксот на индукцискиот вектор кој продира во затворено, спроводно коло се промени, тогаш во колото се јавува електрична струја.

Овој феномен се нарекува феномен електромагнетна индукција , а струјата е индукција. Во овој случај, феноменот е целосно независен од методот на промена на флуксот на векторот на магнетна индукција.

Формула e.m.f. електромагнетна индукција.

индуцирана емф во затворена јамка е директно пропорционална со брзината на промена на магнетниот тек низ областа ограничена со оваа јамка.

Правилото на Ленц.

Правилото на Ленц

Индуцираната струја што се појавува во затворено коло со своето магнетно поле ја неутрализира промената на магнетниот тек што ја предизвикува.

Самоиндукција, нејзино објаснување.

Самоиндукција- феноменот на појава на индуциран ЕМФ во електрично коло како резултат на промена на јачината на струјата.

Затворање на колото
Кога има краток спој во електричното коло, струјата се зголемува, што предизвикува зголемување на магнетниот тек во серпентина, и се појавува вителско електрично поле, насочено против струјата, т.е. Во серпентина се појавува самоиндукција емф, што го спречува зголемувањето на струјата во колото (вителското поле ги инхибира електроните).
Како резултат на тоа, L1 светнува подоцна од L2.

Отворено коло
Кога ќе се отвори електричното коло, струјата се намалува, доаѓа до намалување на флуксот во серпентина и се појавува вителско електрично поле, насочено како струја (се обидува да ја одржи истата јачина на струјата), т.е. Во серпентина се појавува самоиндуцирана електрана, одржувајќи ја струјата во колото.
Како резултат на тоа, L трепка силно кога е исклучен.

во електротехниката, феноменот на самоиндукција се манифестира кога колото е затворено (електричната струја постепено се зголемува) и кога колото се отвора (електричната струја не исчезнува веднаш).

Формула e.m.f. самоиндукција.

Самоиндуктивниот EMF спречува струјата да се зголемува кога колото е вклучено и струјата да се намалува кога колото се отвора.

Првата и втората одредба на Максвеловата теорија за електромагнетното поле.

1. Секое поместено електрично поле генерира вителско магнетно поле. Наизменичното електрично поле беше именувано од Максвел затоа што, како обична струја, произведува магнетно поле. Виртуелното магнетно поле се генерира и од струите на спроводливост Ipr (движечки електрични полнежи) и од струите на поместување (движечки електрично полеД).

Првата Максвелова равенка

2. Секое поместено магнетно поле генерира вителско електрично поле (основниот закон за електромагнетна индукција).

Втората равенка на Максвел:

Електромагнетно зрачење.

Електромагнетни бранови, електромагнетно зрачење- нарушување (промена на состојбата) на електромагнетното поле што се шири во вселената.

3.1. Бран - Ова се вибрации кои се шират во просторот со текот на времето.
Механички брановиможе да се шири само во некој медиум (супстанција): во гас, во течност, во цврста состојба. Изворот на брановите се осцилирачките тела кои создаваат еколошка деформација во околниот простор. Неопходен услов за појава на еластични бранови е појавата во моментот на нарушување на медиумот на сили што ја спречуваат, особено еластичноста. Тие имаат тенденција да ги зближуваат соседните честички кога се оддалечуваат, и да ги туркаат една од друга кога ќе се приближат една до друга. Еластичните сили, кои дејствуваат на честички оддалечени од изворот на нарушување, почнуваат да ги дебалансираат. Надолжни брановикарактеристика само за гасовити и течни медиуми, но попречно– исто така и за цврсти материи: причината за ова е што честичките што ги сочинуваат овие медиуми можат слободно да се движат, бидејќи тие не се цврсто фиксирани, за разлика од цврсти материи. Според тоа, попречните вибрации се фундаментално невозможни.

Надолжните бранови се појавуваат кога честичките на медиумот осцилираат, ориентирани по векторот на ширење на нарушувањето. Попречните бранови се шират во насока нормална на векторот на удар. Накратко: ако во медиум деформацијата предизвикана од нарушување се манифестира во форма на смолкнување, истегнување и компресија, тогаш зборуваме за цврсто тело за кое се можни и надолжни и попречни бранови. Ако појавата на смена е невозможна, тогаш околината може да биде каква било.

Секој бран се движи со одредена брзина. Под брзина на бранот да ја разбере брзината на ширење на нарушувањето. Бидејќи брзината на бранот е константна вредност (за даден медиум), растојанието поминато од бранот е еднакво на производот на брзината и времето на неговото ширење. Така, за да ја пронајдете брановата должина, треба да ја помножите брзината на бранот со периодот на осцилација во него:

Бранова должина - растојанието помеѓу две точки најблиску една до друга во просторот, во кои вибрациите се јавуваат во иста фаза. Брановата должина одговара на просторниот период на бранот, односно растојанието што точка со постојана фаза „патува“ во временски интервал еднаков на периодот на осцилација, затоа

Број на бранови(исто така наречен просторна фреквенција) е соодносот 2 π радијан до бранова должина: просторен аналог на кружната фреквенција.

Дефиниција: бран број k е стапката на раст на брановата фаза φ по просторна координата.

3.2. Авион бран - бран чиј фронт има форма на рамнина.

Предниот дел на рамниот бран е неограничен по големина, векторот на брзината на фазата е нормален на предната страна. Рамниот бран е одредено решение за равенката на брановите и пригоден модел: таков бран не постои во природата, бидејќи предниот дел на рамниот бран започнува во и завршува во , што, очигледно, не може да постои.

Равенката на кој било бран е решение диференцијална равенка, наречен бран. Равенката на брановите за функцијата е напишана како:

Каде

· - Лапласов оператор;

· - потребната функција;

· - радиус на векторот на саканата точка;

· - брзина на бранот;

· - време.

бранова површина - геометриски локус на точки кои доживуваат пертурбација на генерализираната координата во истата фаза. Посебен случајбранова површина - брановиден фронт.

А) Авион бран е бран чии бранови површини се збир на рамнини паралелни една на друга.

Б) Сферичен бран е бран чии бранови површини се збир на концентрични сфери.

Реј- линија, нормална и бранова површина. Насоката на ширење на бранот се однесува на насоката на зраците. Ако медиумот за ширење на брановите е хомогена и изотропна, зраците се прави (а ако бранот е рамни, тие се паралелни прави линии).

Концептот на зрак во физиката обично се користи само во геометриска оптикаи акустика, бидејќи кога ќе се појават ефекти кои не се проучуваат во овие насоки, се губи смислата на концептот зрак.

3.3. Енергетски карактеристикибранови

Медиумот во кој бранот се шири има механичка енергија, која се состои од енергии осцилаторно движењесите негови честички. Енергијата на една честичка со маса m 0 се наоѓа со формулата: E 0 = m 0 Α 2ω 2/2. Единица волумен на медиумот содржи n = стр/m 0 честички (ρ - густина на медиумот). Според тоа, единица волумен на медиумот има енергија w р = nЕ 0 = ρ Α 2ω 2 /2.

Волуметриска густина на енергија(W р) - енергија на вибрационо движење на честичките на медиумот содржани во единица од нејзиниот волумен:

Проток на енергија(F) - вредност еднаква на енергијата пренесена од бран низ дадена површина по единица време:

Интензитетот на бранот или густината на енергетскиот флукс(I) - вредност еднаква на протокот на енергија пренесен од бран низ единица површина нормална на насоката на ширење на бранот:

3.4. Електромагнетен бран

Електромагнетен бран- процесот на ширење на електромагнетно поле во вселената.

Состојба на појава електромагнетни бранови. Промените во магнетното поле се случуваат кога се менува јачината на струјата во спроводникот, а јачината на струјата во проводникот се менува кога се менува брзината на движење на електричните полнежи во него, односно кога полнежите се движат со забрзување. Следствено, електромагнетните бранови треба да произлезат од забрзаното движење на електричните полнежи. Кога брзината на полнење е нула, има само електрично поле. На постојана брзинаполнењето создава електромагнетно поле. Со забрзано движење на полнеж, се испушта електромагнетен бран, кој се шири во вселената со конечна брзина.

Електромагнетните бранови се шират во материјата со терминална брзина. Овде ε и μ се диелектричната и магнетната пропустливост на супстанцијата, ε 0 и μ 0 се електричните и магнетните константи: ε 0 = 8,85419·10 –12 F/m, μ 0 = 1,25664·10 –6 H/m.

Брзина на електромагнетни бранови во вакуум (ε = μ = 1):

Главни карактеристикиЕлектромагнетното зрачење генерално се смета за фреквенција, бранова должина и поларизација. Брановата должина зависи од брзината на ширење на зрачењето. Групната брзина на ширење на електромагнетното зрачење во вакуум е еднаква на брзината на светлината; во други медиуми оваа брзина е помала.

Електромагнетното зрачење обично се дели на фреквентни опсези (види табела). Нема остри транзиции помеѓу опсезите, тие понекогаш се преклопуваат, а границите меѓу нив се произволни. Бидејќи брзината на ширење на зрачењето е константна, фреквенцијата на неговите осцилации е строго поврзана со брановата должина во вакуум.

Пречки во бранови. Кохерентни бранови. Услови за кохерентност на брановите.

Должина на оптичката патека (OPL) на светлината. Однос меѓу разликата о.д.п. бранови со разлика во фазите на осцилациите предизвикани од брановите.

Амплитудата на добиената осцилација кога се мешаат два бранови. Услови за максимум и минимум на амплитудата при интерференција на два бранови.

Реси на пречки и шема на пречки на рамен екран кога се осветлени со две тесни долги паралелни процепи: а) црвено светло, б) бело светло.

1) ИНТЕРФЕРЕНЦИЈА НА БРАНОВИ- таква суперпозиција на бранови во која нивното меѓусебно засилување, стабилно со текот на времето, се јавува во некои точки во просторот и слабеење во други, во зависност од односот помеѓу фазите на овие бранови.

Потребните условиза набљудување на пречки:

1) брановите мора да имаат исти (или блиски) фреквенции за сликата што произлегува од суперпозицијата на брановите да не се менува со текот на времето (или да не се менува многу брзо за да може да се снима навреме);

2) брановите мора да бидат еднонасочни (или да имаат слична насока); два нормални бранови никогаш нема да се мешаат (обидете се да додадете два нормални синусни бранови!). Со други зборови, брановите што се додаваат мора да имаат идентични бранови вектори (или тесно насочени).

Брановите за кои се исполнети овие два услови се нарекуваат КОХЕРЕНТНИ. Првиот услов понекогаш се нарекува временска кохерентност, второ - просторна кохерентност.

Да го разгледаме како пример резултатот од додавање на два идентични еднонасочни синусоиди. Ние само ќе ја промениме нивната релативна промена. Со други зборови, додаваме два кохерентни бранови кои се разликуваат само во нивните почетни фази (или нивните извори се поместени еден во однос на друг, или обете).

Ако синусоидите се лоцирани така што нивните максимални (и минимуми) се совпаѓаат во просторот, тие ќе бидат меѓусебно засилени.

Ако синусоидите се поместени еден во однос на друг за половина период, максимумот на едниот ќе падне на минимумот на другиот; синусоидите меѓусебно ќе се уништат, односно ќе дојде до нивно меѓусебно слабеење.

Математички изгледа вака. Додадете два бранови:

Еве x 1И x 2- растојанието од изворите на брановите до точката во просторот во која го набљудуваме резултатот од суперпозицијата. Квадратната амплитуда на добиениот бран (пропорционална на интензитетот на бранот) е дадена со:

Максимумот на овој израз е 4А 2, минимум - 0; сè зависи од разликата во почетните фази и од таканаречената разлика на патеката на брановите :

Кога во дадена точка во просторот ќе се забележи максимум на пречки, а кога - минимум на пречки.

Во нашата едноставен примеризворите на бранови и точката во просторот каде што набљудуваме пречки се на иста права линија; по оваа линија шемата за пречки е иста за сите точки. Ако ја тргнеме точката на набљудување подалеку од правата линија што ги поврзува изворите, ќе се најдеме во простор од просторот каде што шемата на пречки се менува од точка до точка. Во овој случај, ќе ја набљудуваме интерференцијата на брановите со еднакви фреквенции и блиски бранови вектори.

2) 1. Должината на оптичката патека е производ на геометриската должина d на патеката на светлосниот бран во дадена средина и апсолутниот индекс на прекршување на оваа средина n.

2. Фазната разлика на два кохерентни бранови од еден извор, од кои едниот ја поминува должината на патеката во медиум со апсолутен индекс на рефракција, а другиот - должината на патеката во медиум со апсолутен индекс на рефракција:

каде , , λ е брановата должина на светлината во вакуум.

3) Амплитудата на добиената осцилација зависи од повиканата величина разлика во ударотбранови

Ако разликата во патеката е еднаква на цел број бранови, тогаш брановите пристигнуваат во точката во фаза. Кога ќе се додадат, брановите меѓусебно се зајакнуваат и создаваат осцилација со двојно поголема амплитуда.

Ако разликата на патеката е еднаква на непарен број полубранови, тогаш брановите пристигнуваат во точката А во антифаза. Во овој случај, тие се откажуваат едни со други, амплитудата на добиената осцилација е нула.

Во други точки во вселената, се забележува делумно зајакнување или слабеење на добиениот бран.

4) Искуството на Јунг

Во 1802 година, англиски научник Томас Јангспроведе експеримент во кој го набљудуваше мешањето на светлината. Светлина од тесен јаз С, паднал на екран со два блиску распоредени процепи С 1И С 2. Поминувајќи низ секоја од процепите, светлосниот зрак се проширил, а на белиот екран светлосните зраци минуваат низ процепите С 1И С 2, преклопени. Во регионот каде што светлосните зраци се преклопуваа, беше забележана шема на пречки во форма на наизменични светли и темни ленти.

Имплементација на светлосни пречки од конвенционални извори на светлина.

Интерференција на светлина на тенок филм. Услови за максимална и минимална интерференција на светлината на филмот во рефлектираната и пренесената светлина.

Интерферентни реси со еднаква дебелина и интерферентни реси со еднаков наклон.

1) Феноменот на интерференција е забележан во тенок слој на течности што не се мешаат (керозин или масло на површината на водата), во меурчиња од сапуница, бензин, на крилјата на пеперутките, во извалкани бои итн.

2) Пречки се јавуваат кога почетниот зрак на светлина се дели на два зраци додека минува низ тенок филм, како што е филмот што се нанесува на површината на леќите на обложените леќи. Зрак светлина што минува низ филм со дебелина ќе се рефлектира двапати - од неговата внатрешна и надворешна површина. Рефлектираните зраци ќе имаат постојана фазна разлика еднаква на двапати поголема од дебелината на филмот, што предизвикува зраците да станат кохерентни и да се мешаат. Целосно гаснење на зраците ќе се случи во , каде што е брановата должина. Ако nm, тогаш дебелината на филмот е 550:4 = 137,5 nm.