Кокшаров Ю. А. - Электромагнетизм - Правило Ленца. Энергия магнитного поля. Работа сил Ампера

• В лекции 12 рассматривается закон электромагнитной индукции и его связь с работой и энергией.  

• Фарадей открыл закон индукции, который гласит, что изменение магнитного потока приводит к возникновению индукционного тока в контуре.  

• В примере с диском, вращающимся вокруг оси, возникает электромагнитная индукция.  

• В случае соленоида, если ток меняется, возникает вихревое электрическое поле, направленное по окружностям.  

• В случае движения проводника в магнитном поле, можно рассчитать электромагнитную индукцию, используя теорему о циркуляции.  

• В случае колечка, движущегося проводника, возникает эдс индукции, которая зависит от расстояния и скорости движения.  

• Общая формула для электромагнитной индукции может быть получена, если воспользоваться правилом потока.  

• Обсуждается утверждение, что сила Лоренца не совершает работы, и как это связано с индукцией.  

• Рассматривается две составляющие силы Лоренца: одна связана с созданием индукции, другая - с созданием силы Ампера.  

• Обсуждается понятие квазистационарных токов, которые меняются не очень быстро.  

• Закон Ома может быть применен для квазистационарных токов.  

• Обсуждается условие квазистационарности, которое должно выполняться для применения закона Ома.  

• Условие связано с временем изменения параметров системы и временем, необходимым для установления тока.  

• Обсуждаются примеры из механики, где система стремится уменьшить внешнее воздействие.  

• Принцип Леш-Ателье утверждает, что система в устойчивом состоянии при изменении внешнего фактора откликается на это изменение тем, что стремится уменьшить эффект, связанный с этим изменением.  

• Обсуждается правило Ленца, которое гласит, что внешнее воздействие на систему вызывает в ней такой отклик, чтобы уменьшить это внешнее воздействие.  

• Приводится пример с колечком, которое под действием сил трения и тяжести движется в области магнитного поля, где возникает индукционный ток.  

• Обсуждается закон Джоуля-Ленца, который связывает работу внешнего источника с изменением энергии тока, протекающего в соленоиде.  

• Выводится формула для энергии магнитного поля, сосредоточенного в соленоиде, которая зависит от индукции магнитного поля, количества витков и объема соленоида.  

• Демонстрируется эксперимент с соленоидом, через который протекает ток, создаваемый внешним источником.  

• После отключения внешнего источника тока, ток через соленоид прекращается, и возникает накопление заряда.  

• Обсуждается возможность возникновения колебаний в системе после отключения внешнего источника тока.  

• В данном видео рассматривается энергия магнитного поля, которая может быть накоплена в соленоиде или другом замкнутом контуре.  

• Энергия магнитного поля может быть выделена в виде тепла или света при протекании тока через контур.  

• Демонстрация проводится с использованием лампочки, которая загорается при размыкании ключа.  

• Энергия магнитного поля переходит в свечение лампочки.  

• Рассматривается система из двух контуров, в которой энергия магнитного поля может быть разделена на две составляющие: тепло и энергию магнитного поля.  

• Обсуждаются свойства идеального проводника с нулевым сопротивлением и его влияние на магнитный поток.  

• Полная работа внешних источников может быть разделена на магнитную часть и джоуливо тепло.  

• Магнитная часть работы внешних источников может быть представлена в виде произведения коэффициентов самоиндукции и взаимной индукции на ток через каждый контур.  

• В видео обсуждается закон изменения энергии, который выражает работу внешних источников через изменение магнитной энергии или энергии токов.  

• Закон учитывает работу сил ампера и изменение взаимной индуктивности контуров.  

• В качестве примера рассматривается система, состоящая из проводника и рельсов, по которым он движется.  

• Работа сил ампера в этой системе равна силе тока в проводнике и изменению магнитного потока через площадь, которую заметает проводник.  

• Формула для работы сил ампера выводится из закона изменения энергии и учитывает изменение взаимной индуктивности и изменение потока.  

• Эта формула является общей и не зависит от постоянства токов или других условий.  

• В качестве примера рассматривается соленоид, на витки которого действует сила ампера.  

• Работа сил ампера на виток соленоида равна произведению тока, протекающего через виток, и изменению взаимной индуктивности.  

• В видео обсуждается вопрос о том, нужно ли подставлять полное поле внутри соленоида или только ту часть поля, которая создает все остальные витки, кроме рассматриваемого, в формулу для силы.  

• Вместо этого, автор решает задачу энергетически, используя формулу для силы и объемной плотности энергии магнитного поля внутри соленоида.  

• Объемная плотность силы, действующая на поверхность соленоида, пропорциональна объемной плотности энергии магнитного поля.  

• Если считать силу через закон Ампера, то нужно учитывать только половину поля внутри соленоида, так как виток с током создает поле сам и все остальные витки соленоида.  

• Формула для энергии и работы может быть применена к задачам, связанным с контурами стоком, например, в задаче из учебника Эрудова.  

• Если токи в катушках направлены одинаково, то они притягиваются, а если разнонаправленно, то отталкиваются.  

• Если токи не прямые, а кольцевые, то также можно определить силу притяжения, так как коэффициент взаимной индукции уменьшается с расстоянием между катушками.