Какво всъщност е напрежението? Това е начин за описване и измерване на силата на електрическо поле. Самото напрежение не може да съществува без електронно поле около положителни и отрицателни заряди. Точно както магнитното поле обгражда Северния и Южния полюс.
от съвременни концепции, електроните не взаимодействат. Електрическото поле е нещо, което идва от един заряд и присъствието му може да се усети от друг.
Същото може да се каже и за понятието напрежение! Това просто ни помага да си представим как може да изглежда електрическо поле. Честно казано, няма форма, размер, нищо от сорта. Но полето функционира с определена сила върху електроните.
Сили и тяхното действие върху заредена частица
Зареден електрон е подложен на сила с известно ускорение, което го кара да се движи все по-бързо и по-бързо. Тази сила работи за преместване на електрона.
Линиите на полето са въображаеми очертания, които се появяват около заряди (определени от електрическото поле) и ако поставим някакъв заряд в тази област, той ще изпита сила.
Свойства на полето:
- пътуване от север на юг;
- нямат взаимни кръстовища.
Защо две силови линии не се пресичат? Защото това не се случва в истинския живот. Това, което се казва, е физически модел и нищо повече. Физиците са го измислили, за да опишат поведението и характеристиките на електрическото поле. Моделът е много добър в това. Но като помним, че това е само модел, трябва да знаем за какво служат такива линии.
Силовите линии показват:
- посоки на електрически полета;
- напрежение. Колкото по-близо са линиите, толкова по-голяма е силата на полето и обратно.
Ако начертаните силови линии на нашия модел се пресичат, разстоянието между тях ще стане безкрайно малко. Поради силата на полето като форма на енергия и поради фундаменталните закони на физиката това не е възможно.
Какво е потенциал?
Потенциалът е енергията, която се изразходва за движението на заредена частица от първата точка, която има нулев потенциал, до втората точка.
Потенциалната разлика между точки A и B е работата, извършена от силите за придвижване на определен положителен електрон по произволна траектория от A до B.
Колкото по-голям е потенциалът на електрона, толкова по-голяма е плътността на потока на единица площ. Това явление е подобно на гравитацията. Колкото по-голяма е масата, толкова по-голям е потенциалът, толкова по-интензивно и плътно е гравитационното поле на единица площ.
Малък нисък потенциален заряд с разредена плътност на потока е показан на следващата фигура.
А отдолу е заряд с голям потенциал и плътност на потока.
Например: по време на гръмотевична буря електроните се изчерпват в една точка и се събират в друга, образувайки електрическо поле. Когато силата стане достатъчна за нарушаване на диэлектричната проницаемост, се получава удар от мълния (състоящ се от електрони). При изравняване на потенциалната разлика електрическото поле се разрушава.
електростатично поле
Това е вид електрическо поле, неизменно във времето, образувано от заряди, които не се движат. Работата по преместване на електрон се определя от отношенията,
където r1 и r2 са разстоянията на заряда q до началната и крайната точки на траекторията на движение. Според получената формула се вижда, че работата при преместване на заряд от точка до точка не зависи от траекторията, а зависи само от началото и края на движението.
Върху всеки електрон действа сила и следователно, когато електрон се движи в поле, се извършва определена работа.
В електростатично поле работата зависи само от крайните дестинации, а не от траекторията. Следователно, когато движението се извършва в затворен контур, зарядът идва в първоначалното си положение и количеството работа става равно на нула. Това е така, защото спада на потенциала е нула (защото електронът се връща в същата точка). Тъй като потенциалната разлика е нула, нетната работа също ще бъде нула, тъй като потенциалът на падане е равен на работата, разделена на стойността на заряда, изразена в кулони.
На еднородно електрическо поле
Хомогенно електрическо поле се нарича между две противоположно заредени плоски метални пластини, където линиите на напрежение са успоредни една на друга.
Защо силата, действаща върху заряд в такова поле, винаги е една и съща? Благодарение на симетрията. Когато системата е симетрична и има само една вариация на измерването, всяка зависимост изчезва. Има много други фундаментални причини за отговора, но факторът на симетрия е най-простият.
Работата по преместване на положителен заряд
Електрическо полее потокът от електрони от "+" към "-", което води до висока интензивност на областта.
Потоке броят на линиите на електрическото поле, минаващи през него. В каква посока ще се движат положителните електрони? Отговор: в посока на електрическото поле от положителен (висок потенциал) към отрицателен (нисък потенциал). Следователно положително заредена частица ще се движи в тази посока.
Интензитетът на полето във всяка точка се определя като силата, действаща върху положителен заряд, поставен в тази точка.
Работата се състои в пренасяне на електронни частици по проводника. Според закона на Ом можете да определите работата с различни вариации на формулите, за да извършите изчислението.
От закона за запазване на енергията следва, че работата е промяна на енергията в отделен сегмент от веригата. Преместването на положителен заряд срещу електрическо поле изисква работа и резултатът е увеличаване на потенциалната енергия.
Заключение
От училищна програмапомним, че около заредените частици се образува електрическо поле. Всеки заряд в електрическо поле се влияе от сила и в резултат на това се извършва известна работа, когато зарядът се движи. По-голям заряд създава по-голям потенциал, който произвежда по-интензивно или по-силно електрическо поле. Това означава, че има повече поток и плътност на единица площ.
Важното е, че трябва да се направи определена силаработата по преместване на заряда от висок потенциал към нисък потенциал. Това намалява разликата в заряда между полюсите. Преместването на електрони от ток до точка изисква енергия.
Пишете коментари, допълнения към статията, може би съм пропуснал нещо. Разгледайте , ще се радвам, ако намерите още нещо полезно за мен.
ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ЗАРЯД. ЕЛЕМЕНТАРНИ ЧАСТИЦИ.
Електрически заряд q - физическо количество, което определя интензивността на електромагнитното взаимодействие.
[q] = l Cl (Кулон).
Атомите са изградени от ядра и електрони. Ядрото съдържа положително заредени протони и незаредени неутрони. Електроните носят отрицателен заряд. Броят на електроните в атома е равен на броя на протоните в ядрото, така че атомът като цяло е неутрален.
Зарядът на всяко тяло: q = ±Ne, където e \u003d 1,6 * 10 -19 C е елементарният или минималният възможен заряд (заряд на електрон), н- броят на излишните или липсващи електрони. В затворена система алгебричната сума на зарядите остава постоянна:
q 1 + q 2 + … + q n = const.
Точков електрически заряд е заредено тяло, чиито размери са многократно по-малки от разстоянието до друго електрифицирано тяло, взаимодействащо с него.
Законът на Кулон
Два електрически заряда с фиксирана точка във вакуум взаимодействат със сили, насочени по права линия, свързваща тези заряди; модулите на тези сили са право пропорционални на произведението на зарядите и обратно пропорционални на квадрата на разстоянието между тях:
Коефициент на пропорционалност
където е електрическата константа.
където 12 е силата, действаща от втория заряд към първия, а 21 - от първия към втория.
ЕЛЕКТРИЧЕСКО ПОЛЕ. НАПЯГАНЕ
Фактът на взаимодействието на електрическите заряди на разстояние може да се обясни с наличието на електрическо поле около тях - материален обект, непрекъснат в пространството и способен да действа върху други заряди.
Полето на неподвижните електрически заряди се нарича електростатично.
Характеристика на полето е неговата сила.
Сила на електрическото поле в дадена точкае вектор, чийто модул е равен на отношението на силата, действаща върху точков положителен заряд, към големината на този заряд, а посоката съвпада с посоката на силата.
Сила на полето на точков заряд Вна разстояние rот него е равно на
Принцип на суперпозиция на полета
Силата на полето на системата от заряди е равна на векторната сума от силите на полето на всеки от зарядите на системата:
Диелектричната константасреда е равна на съотношението на силите на полето във вакуум и в материята:
Показва колко пъти веществото отслабва полето. Законът на Кулон за двуточкови заряди qи Вразположени на разстояние rв среда с проницаемост:
Сила на полето от разстояние rот такса Ве равно на
ПОТЕНЦИАЛНА ЕНЕРГИЯ НА ЗАРЕДЕНО ТЯЛО В ХОМОГЕННО ЕЛЕКТРИЧЕСКО СТАТИЧНО ПОЛЕ
Между две големи плочи, заредени с противоположни знаци и разположени успоредно, поставяме точков заряд q.
Тъй като електрическото поле между плочите с интензитет е равномерно, тогава силата действа върху заряда във всички точки F = qE, което, когато зарядът се движи на разстояние, работи
Тази работа не зависи от формата на траекторията, тоест при преместване на заряда qпо произволна линия Лработата ще бъде същата.
Работата на електростатично поле при преместване на заряд не зависи от формата на траекторията, а се определя единствено от началното и крайното състояние на системата. Тя, както и в случая на гравитационното поле, е равна на промяната в потенциалната енергия, взета с обратен знак:
От сравнение с предишната формула може да се види, че потенциалната енергия на заряд в еднородно електростатично поле е:
Потенциалната енергия зависи от избора на нулево ниво и следователно няма дълбок смисъл сама по себе си.
ПОТЕНЦИАЛ И НАПРЯЖЕНИЕ НА ЕЛЕКТРОСТАТИЧНО ПОЛЕ
Потенциалсе нарича поле, чиято работа при движение от една точка на полето в друга не зависи от формата на траекторията. Потенциал са гравитационното поле и електростатичното поле.
Работата, извършена от потенциалното поле, е равна на промяната в потенциалната енергия на системата, взета с обратен знак:
Потенциал- съотношението на потенциалната енергия на заряда в полето към стойността на този заряд:
Потенциалът на еднородното поле е равен на
където д- разстояние, отчитано от някакво нулево ниво.
Потенциална енергия на взаимодействие на заряда qе равно на полето.
Следователно работата на полето за преместване на заряда от точка с потенциал φ 1 до точка с потенциал φ 2 е:
Стойността се нарича потенциална разлика или напрежение.
Напрежението или потенциалната разлика между две точки е съотношението на работата, извършена от електрическото поле, за да премести заряда начална точкадо крайната стойност на тази такса:
[U]=1J/Cl=1V
СИЛА НА ПОЛЕТО И ПОТЕНЦИАЛНА РАЗЛИКА
При преместване на заряда qпо линията на сила на електрическото поле със сила на разстояние Δ d, полето работи
Тъй като по дефиниция получаваме:
Следователно силата на електрическото поле е равна на
Така че силата на електрическото поле е равна на промяната в потенциала при движение по линията на сила на единица дължина.
Ако положителен заряд се движи в посока на линията на полето, тогава посоката на силата съвпада с посоката на движение и работата на полето е положителна:
Тогава, тоест напрежението е насочено в посока на намаляване на потенциала.
Напрежението се измерва във волта на метър:
[E]=1 B/m
Силата на полето е 1 V/m, ако напрежението между две точки от силовата линия, разположени на разстояние 1 m, е 1 V.
ЕЛЕКТРИЧЕСКИ КАПАЦИТЕТ
Ако измерим независимо заряда В, докладвани на тялото, и неговия потенциал φ, може да се установи, че те са право пропорционални един на друг:
Стойността C характеризира способността на проводника да натрупва електрически заряд и се нарича електрически капацитет. Електрическият капацитет на проводника зависи от неговия размер, форма и електрическите свойства на средата.
Електрическият капацитет на два проводника е съотношението на заряда на един от тях към потенциалната разлика между тях:
капацитетът на тялото е 1 еако, когато му се предаде заряд от 1 C, той придобие потенциал от 1 V.
КОНДЕНСАТОРИ
кондензатор- два проводника, разделени от диелектрик, които служат за натрупване на електрически заряд. Зарядът на кондензатора се разбира като модул на заряда на една от неговите плочи или плочи.
Способността на кондензатора да съхранява заряд се характеризира с електрически капацитет, който е равен на съотношението на заряда на кондензатора към напрежението:
Капацитетът на кондензатора е 1 F, ако при напрежение 1 V зарядът му е 1 C.
Капацитетът на плоския кондензатор е право пропорционален на площта на плочите С, диэлектричната проницаемост на средата и е обратно пропорционална на разстоянието между плочите д:
ЕНЕРГИЯ НА ЗАРЕДЕН КОНДЕНЗАТОР.
Прецизни експерименти показват това W=CU 2/2
Защото q=CU, тогава
Плътност на енергията на електрическото поле
където V=Sdе обемът, зает от полето вътре в кондензатора. Като се има предвид, че капацитетът на плосък кондензатор
и напрежението върху неговите облицовки U=Изд
получаваме:
Пример.Електрон, движещ се в електрическо поле от точка 1 до точка 2, увеличава скоростта си от 1000 на 3000 km/s. Определете потенциалната разлика между точки 1 и 2.
Металите съдържат електрони на проводимост, които образуват електронен газ и участват в топлинното движение. Тъй като електроните на проводимост се задържат вътре в метала, следователно близо до повърхността има сили, действащи върху електроните и насочени вътре в метала. За да може един електрон да напусне метала извън неговите граници, срещу тези сили трябва да се извърши определена работа А, която се нарича работа на електрона, напускащ метала. Тази работа, разбира се, е различна за различните метали.
Потенциалната енергия на електрон вътре в метал е постоянна и равна на:
Wp = -eφ , където j е потенциалът на електрическото поле вътре в метала.
21. Контактна потенциална разлика - това е потенциалната разлика между проводниците, която възниква, когато два различни проводника с еднаква температура влязат в контакт.
Когато два проводника с различни работни функции влязат в контакт, върху проводниците се появяват електрически заряди. И между свободните им краища има потенциална разлика. Потенциалната разлика между точките, разположени извън проводниците, близо до тяхната повърхност, се нарича контактна потенциална разлика. Тъй като проводниците са при една и съща температура, при липса на приложено напрежение, полето може да съществува само в граничните слоеве (правилото на Волта). Разграничете вътрешната потенциална разлика (когато металите влизат в контакт) и външната (в процепа). Стойността на външната контактна потенциална разлика е равна на разликата в работните функции на заряд на електрон. Ако проводниците са свързани в пръстен, тогава EMF в пръстена ще бъде 0. За различни двойки метали стойността на контактната потенциална разлика варира от десети от волта до няколко волта.
Работата на термоелектрически генератор се основава на използването на термоелектричния ефект, чиято същност се крие във факта, че когато кръстовището (преходът) на два различни метала се нагрява между свободните им краища, които имат по-ниска температура, потенциал възниква разлика, или т.нар термоелектродвижеща сила (термо-EMF). Ако такъв термоелемент (термодвойка) е свързан към външно съпротивление, тогава през веригата ще протича електрически ток (фиг. 1). По този начин при термоелектричните явления има директно преобразуване на топлинната енергия в електрическа енергия.
Стойността на термоелектродвижещата сила се определя приблизително по формулата E \u003d a (T1 - T2)
22. Магнитно поле - силово поле, действащо върху движещи се електрически заряди и върху тела с магнитен момент, независимо от състоянието на тяхното движение; магнитен компонент електро магнитно поле
движещ се заряд q, създава около себе си магнитно поле, чиято индукция
където е скоростта на електрона, е разстоянието от електрона до дадена точка от полето, μ е относителната магнитна проницаемост на средата, μ 0 = 4π 10 -7 H/mе магнитната константа.
Магнитна индукция- векторна величина, която е характеристика на силата на магнитното поле (действието му върху заредени частици) в дадена точка от пространството. Определя силата, с която магнитното поле действа върху заряд, движещ се със скорост.
По-конкретно, такъв вектор ли е, че силата на Лоренц, действаща от страната на магнитното поле върху заряд, движещ се със скорост, е равна на
23. Според закона на Био-Савар-Лаплас контурен елемент длпрез които протича ток аз, създава около себе си магнитно поле, чиято индукция в даден момент К
къде е разстоянието от точката Ккъм текущия елемент дл, α е ъгълът между радиус вектора и текущия елемент дл.
Посоката на вектора може да се намери от Правилото на Максуел(гигант): ако завиете джоб с дясна резба в посоката на тока в проводящия елемент, тогава посоката на движение на дръжката на колелото ще показва посоката на вектора на магнитната индукция.
Прилагане на закона на Био-Савар-Лаплас към контурите различен вид, получаваме:
в центъра на кръгла бримка с радиус Рс текуща мощност азмагнитна индукция
магнитна индукция по оста на кръговия ток 
където ае разстоянието от точката, където търсите Бкъм равнината на кръговия ток,
полето, създадено от безкрайно дълъг проводник с ток на разстояние rот диригент
полето, създадено от проводник с крайна дължина, на разстояние rот проводника (фиг. 15) 
поле вътре в тороид или безкрайно дълъг соленоид н- броят на завъртанията на единица дължина на соленоида (тороида)
Векторът на магнитната индукция е свързан със силата на магнитното поле чрез връзката
Обемна енергийна плътностмагнитно поле:
25 .Върху заредена частица, движеща се в магнитно поле с индукция Бсъс скорост υ , от страната на магнитното поле има сила, наречена Сила на Лоренц
и модулът на тази сила е равен на 
.
Посоката на силата на Лоренц може да се определи от правило на лявата ръка: ако поставите лявата си ръка така, че перпендикулярът на компонента на скоростта на индукционния вектор да влезе в дланта и четири пръста са разположени по посока на скоростта на положителния заряд (или срещу посоката на скоростта на отрицателния заряд ), тогава огънатият палец ще посочи посоката на силата на Лоренц
26 .Принципът на действие на цикличните ускорители на заредени частици.
Независимостта на периода на въртене T на заредена частица в магнитно поле е използвана от американския учен Лорънс в идеята за циклотрон - ускорител на заредени частици.
ЦиклотронСъстои се от два dees D 1 и D 2 - кухи метални полуцилиндъра, поставени във висок вакуум. В пролуката между деите се създава ускоряващо се електрическо поле. Заредена частица, влизаща в тази междина, увеличава скоростта си и излита в пространството на полуцилиндър (dee). Дюсовете са поставени в постоянно магнитно поле, а траекторията на частицата вътре в него ще бъде извита в кръг. Когато частицата навлезе за втори път в пролуката между деите, полярността на електрическото поле се променя и то отново се ускорява. Увеличаването на скоростта е придружено от увеличаване на радиуса на траекторията. На практика се прилага променливо поле към дее с честота ν= 1/T=(B/2π)(q/m) . Скоростта на частицата се увеличава всеки път в пролуката между деите под действието на електрическо поле.
27.Мощност на усилвателя е силата, действаща върху проводник, по който тече ток азразположени в магнитно поле
Δ л- дължината на проводника и посоката съвпада с посоката на тока в проводника.
Амперен захранващ модул: 
.
Два успоредни безкрайно дълги прави проводника с токове аз 1и аз 2взаимодействат помежду си със сила
където л- дължината на секцията на проводника, r- разстояние между проводниците.
28. Взаимодействие на успоредни токове – закон на Ампер
Сега можете лесно да получите формула за изчисляване на силата на взаимодействие на два паралелни тока.
И така, по два дълги прави паралелни проводника (фиг. 440), разположени на разстояние R един от друг (което е много, 15 пъти по-малко от дължината на проводниците), протичат постоянни токове I 1, I 2.
В съответствие с теорията на полето взаимодействието на проводниците се обяснява по следния начин: електрически ток в първия проводник създава магнитно поле, което взаимодейства с електрически ток във втория проводник. За да се обясни появата на сила, действаща върху първия проводник, е необходимо да се „разменят ролите“ на проводниците: вторият създава поле, което действа върху първия. Завъртете умствено десния винт, завъртете го с лявата си ръка (или използвайте векторното произведение) и се уверете, че при токове, протичащи в една посока, проводниците се привличат, а при токове, протичащи в противоположни посоки, проводниците се отблъскват1.
Така силата, действаща върху участък с дължина Δl на втория проводник, е силата на Ампер, тя е равна на
където B1 са индукциите на магнитното поле, създадено от първия проводник. При записването на тази формула се взема предвид, че индукционният вектор B1 е перпендикулярен на втория проводник. Индукцията на полето, създадено от постоянен ток в първия проводник, на мястото на втория, е равна на
От формули (1), (2) следва, че силата, действаща върху избраната секция на втория проводник, е равна на
29. Намотка с ток в магнитно поле.
Ако поставим не проводник, а намотка (или намотка) с ток в магнитно поле и го поставим вертикално, тогава, прилагайки правилото на лявата страна към горната и долната страна на намотката, откриваме, че електромагнитните сили F действието върху тях ще бъде насочено в различни посоки. В резултат на действието на тези две сили се генерира електромагнитен въртящ момент М, който ще накара бобината да се върти, в този случай по посока на часовниковата стрелка. Този момент
където D е разстоянието между страните на намотката.
Бобината ще се върти в магнитното поле, докато заеме положение, перпендикулярно на магнитните силови линии на полето (фиг. 50, б). В това положение най-големият магнитен поток ще премине през намотката. Следователно, намотка или намотка с ток, въведен във външно магнитно поле, винаги има тенденция да заеме такова положение, че възможно най-големият магнитен поток да преминава през намотката.
Магнитен момент, магнитен диполен момент- основната величина, характеризираща магнитните свойства на веществото (според класическата теория на електромагнитните явления източникът на магнетизъм са електрически макро- и микротокове; затвореният ток се счита за елементарен източник на магнетизъм). Елементарните частици имат магнитен момент атомни ядра, електронни обвивки на атоми и молекули. Магнитният момент на елементарните частици (електрони, протони, неутрони и други), както е показано квантова механика, поради наличието на собствен механичен момент - спин.
30. магнитен поток - физическа величина, равна на плътността на потока на силовите линии, преминаващи през безкрайно малка площ dS. Поток F вкато интеграл от вектора на магнитната индукция ATпрез крайна повърхнина S Дефиниран като интеграл по повърхност.
31. Работа по преместване на проводник с ток в магнитно поле
Да разгледаме верига с ток, образувана от фиксирани проводници и плъзгащ се по тях подвижен джъмпер с дължина l (фиг. 2.17). Този контур се намира във външно еднородно магнитно поле, перпендикулярно на равнината на контура.
Токовият елемент I (подвижна жица) с дължина l се влияе от силата на Ампер, насочена вдясно:
Нека проводникът l се движи успоредно на себе си на разстояние dx. Това ще свърши работата:
dA=Fdx=IBldx=IBdS=IdФ
Работата, извършена от проводник с ток при движение, е числено равна на произведението на тока и магнитния поток, пресечен от този проводник.
Формулата остава валидна, ако проводник с каквато и да е форма се движи под произволен ъгъл спрямо линиите на вектора на магнитната индукция.
32. Магнетизиране на материята . Постоянните магнити могат да бъдат направени само от сравнително малко вещества, но всички вещества, поставени в магнитно поле, се намагнетизират, тоест самите те стават източници на магнитно поле. В резултат на това векторът на магнитната индукция в присъствието на материя се различава от вектора на магнитната индукция във вакуум.
Магнитният момент на атома се състои от орбиталните и вътрешните моменти на електроните, включени в неговия състав, както и магнитния момент на ядрото (който се дължи на магнитните моменти на елементарните частици, които изграждат ядрото - протоните и неутрони). Магнитният момент на ядрото е много по-малък от моментите на електроните; следователно, когато се разглеждат много въпроси, може да се пренебрегне и може да се приеме, че магнитният момент на атома е равен на векторната сума от магнитните моменти на електроните. Магнитният момент на молекула също може да бъде разгледан равно на суматамагнитни моменти на съставните му електрони.
По този начин атомът е сложна магнитна система и магнитният момент на атома като цяло е равен на векторната сума от магнитните моменти на всички електрони
Магнитии те наричат вещества, които могат да бъдат намагнетизирани във външно магнитно поле, т.е. способни да създават собствено магнитно поле. Вътрешното поле на веществата зависи от магнитните свойства на техните атоми. В този смисъл магнитите са магнитни аналози на диелектриците.
Според класическите схващания, атомът се състои от електрони, движещи се по орбити около положително заредено ядро, което от своя страна се състои от протони и неутрони.
Всички вещества са магнити, т.е. Всички вещества са намагнетизирани във външно магнитно поле, но тяхната природа и степен на намагнитване са различни. В зависимост от това всички магнити се делят на три вида: 1) диамагнити; 2) парамагнити; 3) феромагнети.
Диамагнити. - включва много метали (например мед, цинк, сребро, живак, бисмут), повечето газове, фосфор, сяра, кварц, вода, по-голямата част органични съединенияи т.н.
Диамагнитите имат следните свойства:
2) собственото магнитно поле е насочено срещу външното и леко го отслабва (m<1);
3) няма остатъчен магнетизъм (вътрешното магнитно поле на диамагнита изчезва след отстраняване външно поле).
Първите две свойства показват, че относителната магнитна проницаемост m на диамагнитите е само малко по-малка от 1. Например, най-силният от диамагнитите, бисмутът, има m = 0,999824.
Парамагнити- те включват алкални и алкалоземни метали, алуминий, волфрам, платина, кислород и др.
Парамагнитите имат следните свойства:
1) много слабо намагнитване във външно магнитно поле;
2) собственото магнитно поле е насочено по протежение на външното и го усилва малко (m>1);
3) без остатъчен магнетизъм.
От първите две свойства следва, че стойността на m е само малко по-голяма от 1. Например, за един от най-силните парамагнитни материали, платината, относителната магнитна проницаемост m=1,00036.
33.феромагнети - те включват желязо, никел, кобалт, гадолиний, техните сплави и съединения, както и някои сплави и съединения на манган и хром с неферомагнитни елементи. Всички тези вещества имат феромагнитни свойства само в кристално състояние.
Феромагнитите имат следните свойства:
1) много силно намагнитване;
2) собственото магнитно поле е насочено по протежение на външното и значително го засилва (стойностите на m варират от няколкостотин до няколкостотин хиляди);
3) относителната магнитна проницаемост m зависи от големината на намагнетизиращото поле;
4) има остатъчен магнетизъм.
домейн- макроскопска област в магнитен кристал, в която ориентацията на вектора на спонтанно хомогенно намагнитване или вектора на антиферомагнетизма (при температура под точката на Кюри или Нийл, съответно) по определен - строго подреден - начин се завърта или измества , тоест поляризиран, спрямо посоките на съответния вектор в съседни домейни.
Домените са образувания, състоящи се от огромен брой [подредени] атоми и понякога видими с просто око (размери от порядъка на 10−2 cm3).
Домени съществуват във феро- и антиферомагнитни, фероелектрични кристали и други вещества със спонтанен далечен ред.
Точка на Кюри или температура на Кюри- температурата на фазовия преход от втория вид, свързана с рязка промяна в свойствата на симетрията на веществото (например магнитно - във феромагнитите, електрическо - във фероелектриците, кристално химическо - в подредените сплави). Кръстен на П. Кюри. При температура T под точката на Кюри Q, феромагнетиците имат спонтанно (спонтанно) намагнитване и известна магнитно-кристална симетрия. В точката на Кюри (T=Q) интензитетът на термичното движение на феромагнитните атоми е достатъчен, за да разруши спонтанното му намагнитване („магнитен ред“) и да промени симетрията, в резултат на което феромагнетикът се превръща в парамагнит. По същия начин, за антиферомагнитите при T=Q (в т.нар. антиферомагнитна точка на Кюри или точка на Нил) се случва разрушаването на тяхната характерна магнитна структура (магнитни подрешетки) и антиферомагнитите стават парамагнети. При фероелектриците и антифероелектриците при T=Q термичното движение на атомите намалява до нула спонтанната подредена ориентация на електрическите диполи на елементарните клетки на кристалната решетка. В подредените сплави, в точката на Кюри (тя се нарича още точка в случай на сплави.
Магнитен хистерезиснаблюдава се в магнитно подредени вещества (в определен температурен диапазон), например във феромагнети, обикновено разделени на области на областта на спонтанно (спонтанно) намагнитване, в които стойността на намагнитване (магнитен момент на единица обем) е една и съща, но посоките са различни.
Под действието на външно магнитно поле броят и размерът на намагнетизираните в полето домейни се увеличават за сметка на други домейни. Векторите на намагнитване на отделните домейни могат да се въртят по протежение на полето. В достатъчно силно магнитно поле феромагнетикът е намагнетизиран до насищане, докато се състои от един домен с намагнитване на насищане JS, насочено по външното поле H.
Типична зависимост на намагнитването от магнитното поле в случай на хистерезис
34. Магнитното поле на Земята
Както знаете, магнитното поле е специален вид силово поле, което засяга тела с магнитни свойства, както и движещи се електрически заряди. До известна степен магнитното поле може да се счита за специален вид материя, която предава информация между електрически заряди и тела с магнитен момент. Съответно, магнитното поле на Земята е магнитно поле, което се създава поради фактори, свързани с функционалните характеристики на нашата планета. Тоест геомагнитното поле се създава от самата Земя, а не от външни източници, въпреки че последните имат известен ефект върху магнитното поле на планетата.
Така свойствата на магнитното поле на Земята неизбежно зависят от особеностите на неговия произход. Основната теория, обясняваща появата на това силово поле, е свързана с протичането на токове в течнометалното ядро на планетата (температурата в ядрото е толкова висока, че металите са в течно състояние). Енергията на магнитното поле на Земята се генерира от така наречения хидромагнитен динамо механизъм, който се дължи на многопосочността и асиметрията на електрическите токове. Те генерират усилване на електрическите разряди, което води до освобождаване на топлинна енергия и появата на нови магнитни полета. Любопитно е, че механизмът на хидромагнитното динамо има способността да се „самовъзбужда“, тоест активната електрическа активност вътре в земното ядро постоянно генерира геомагнитно поле без външно влияние.
35.Намагнитване - векторна физическа величина, характеризираща магнитното състояние на макроскопа физическо тяло. Обикновено се обозначава с М. Определя се като магнитния момент на единица обем на вещество:
Тук M е векторът на намагнитване; - вектор на магнитния момент; V - обем.
В общия случай (случаят на нехомогенна, по една или друга причина, среда) намагнитването се изразява като
и е функция на координатите. Къде е общият магнитен момент на молекулите в обема dV Връзката между M и силата на магнитното поле H в диамагнитните и парамагнитните материали обикновено е линейна (поне за не твърде големи стойности на магнитното поле):
където χm се нарича магнитна чувствителност. При феромагнитните материали няма връзка едно към едно между M и H поради магнитен хистерезис и тензорът на магнитната чувствителност се използва за описване на зависимостта.
Сила на магнитното поле(стандартно обозначение H) - векторна физическа величина, равна на разликата между вектора на магнитната индукция B и вектора на намагнитване M.
В Международната система от единици (SI): H = (1/µ 0)B - M, където µ 0 е магнитната константа.
Магнитна пропускливост- физическа величина, коефициент (в зависимост от свойствата на средата), характеризиращ връзката между магнитната индукция B и силата на магнитното поле H в веществото. За различните среди този коефициент е различен, така че те говорят за магнитната проницаемост на определена среда (подразбирайки нейния състав, състояние, температура и т.н.).
Обикновено се обозначава с гръцката буква µ. Може да бъде или скалар (за изотропни вещества), или тензор (за анизотропни вещества).
Най-общо връзката между магнитната индукция и силата на магнитното поле чрез магнитната проницаемост се въвежда като
и в общия случай тук трябва да се разбира като тензор, който в нотацията на компонентите съответства
§ 104. Работна работа на електрони от метал
Както показва опитът, свободните електрони практически не напускат метала при обикновени температури. Следователно в повърхностния слой на метала трябва да има забавящо електрическо поле, което предотвратява изтичането на електрони от метала в околния вакуум. Работата, необходима за отстраняване на електрон от метал във вакуум, се нарича работна функция. Посочваме две вероятни причини за появата на работната функция:
1. Ако по някаква причина електрон бъде отстранен от метала, тогава на мястото, което е оставил електронът, възниква излишък положителен заряд и електронът се привлича от положителния заряд, индуциран от самия него.
2. Отделни електрони, напускайки метала, се отдалечават от него на разстояния от порядъка на атомните разстояния и по този начин създават „електронен облак” над металната повърхност, чиято плътност бързо намалява с разстоянието. Този облак, заедно с външния слой от положителни решетъчни йони, се образува двоен електрически слой,чието поле е подобно на това на плосък кондензатор. Дебелината на този слой е равна на няколко междуатомни разстояния (10 -10 -10 -9 m). Той не създава електрическо поле във външното пространство, но предотвратява освобождаването на свободни електрони от метала.
По този начин, когато един електрон избяга от метал, той трябва да преодолее електрическото поле на двойния слой, който го задържа. Потенциална разлика в този слой, наречен скок на повърхностния потенциал, се определя от работната функция ( НО) електрон от метал:
където д -заряд на електрон. Тъй като извън двойния слой няма електрическо поле, потенциалът на средата е нула, а вътре в метала потенциалът е положителен и равен на . Потенциалната енергия на свободния електрон вътре в метал е - д и е отрицателен по отношение на вакуума. Въз основа на това можем да приемем, че целият обем на метала за проводими електрони е потенциална ямка с плоско дъно, чиято дълбочина е равна на работната функция НО.
Работната функция се изразява в електронни волта(eV): 1 eV е равно на работата, извършена от силите на полето при преместване на елементарен електрически заряд (заряд, равен на заряда на електрон), когато преминава потенциална разлика от 1 V. Тъй като зарядът на електрона е 1,6 10 -19 C, тогава 1 eV = 1,610 –19 J.
Работната функция зависи от химическа природаметали и чистотата на тяхната повърхност и варира в рамките на няколко електрон волта (например калий А= 2,2 eV, за платина А=6,3 eV). Избирайки повърхностното покритие по определен начин, работната функция може да бъде значително намалена. Например, ако се нанесе върху повърхността на волфрам (НО= 4,5eV)слой от оксид на алкалоземен метал (Ca, Sr, Ba), тогава работната функция се намалява до 2 eV.
§ 105. Емисионни явления и тяхното приложение
Ако на електроните в металите се даде енергията, необходима за преодоляване на работната функция, тогава част от електроните могат да напуснат метала, в резултат на което се наблюдава явлението електронна емисия, или електронно излъчване. В зависимост от начина на предаване на енергия към електроните се различават термоелектронна, фотоелектронна, вторична електронна и полева емисия.
1. Термионна емисияе излъчването на електрони от нагрети метали. Концентрацията на свободни електрони в металите е доста висока, следователно, дори при средни температури, поради разпределението на електроните по отношение на скоростите (по отношение на енергии), някои електрони имат достатъчно енергия, за да преодолеят потенциалната бариера на границата на метала. С повишаване на температурата броят на електроните, чиято кинетична енергия на топлинно движение е по-голяма от работната работа, се увеличава и явлението на термионна емисия става забележимо.
Изучаването на законите на термионната емисия може да се извърши с помощта на най-простата двуелектродна лампа - вакуумен диод, който представлява евакуиран балон, съдържащ два електрода: катод Ки анод НО.В най-простия случай като катод служи нишка от огнеупорен метал (например волфрам), нагрята от електрически ток. Анодът най-често е под формата на метален цилиндър, обграждащ катода. Ако диодът е включен във веригата, както е показано на фиг. 152, тогава когато катодът се нагрее и към анода се приложи положително напрежение (спрямо катода), в анодната верига на диода се появява ток. Ако обърнете поляритета на батерията Ба, тогава токът спира, без значение колко силно се нагрява катодът. Следователно катодът излъчва отрицателни частици - електрони.
Ако температурата на нагретия катод се поддържа постоянна и зависимостта на анодния ток се отстранява ази от анодното напрежение Уа, - волт-амперна характеристика(фиг. 153), се оказва, че не е линеен, тоест законът на Ом не е изпълнен за вакуумен диод. Зависимост на термионния ток азот анодното напрежение в областта на малки положителни стойности Уописано закон за три секунди(учредено от руския физик С. А. Богуславски (1883-1923) и американския физик И. Лангмюр (1881-1957)):
където AT-коефициент в зависимост от формата и размера на електродите, както и от взаимното им разположение.
С увеличаване на анодното напрежение токът се увеличава до определена максимална стойност азни се обади ток на насищане. Това означава, че почти всички електрони, напускащи катода, достигат до анода, така че по-нататъшното увеличаване на силата на полето не може да доведе до увеличаване на термоелектронния ток. Следователно плътността на тока на насищане характеризира излъчвателната способност на катодния материал.
Определя се плътността на тока на насищане формулата на Ричардсън-Дешман,извлечени теоретично на базата на квантовата статистика:
където НО -работната функция на електроните от катода, T - термодинамична температура, ОТ- постоянна, теоретично еднаква за всички метали (това не се потвърждава от експеримент, което очевидно се дължи на повърхностни ефекти). Намаляването на работната функция води до рязко увеличаване на плътността на тока на насищане. Поради това се използват оксидни катоди (например никел, покрит с оксид на алкалоземен метал), чиято работна функция е 1-1,5 eV.
На фиг. 153 показва характеристиките на токовото напрежение за две катодни температури: T 1 и T 2 и T 2 >Т 1 . ОТС повишаване на температурата на катода, излъчването на електрони от катода е по-интензивно, а токът на насищане също се увеличава. В У a = 0 се наблюдава аноден ток, т.е. някои електрони, излъчвани от катода, имат енергия, достатъчна за преодоляване на работната функция и достигане до анода без прилагане на електрическо поле.
Феноменът на термоелектронна емисия се използва в устройства, при които е необходимо да се получи поток от електрони във вакуум, например в електронни лампи, рентгенови тръби, електронни микроскопи и др. Електронните лампи се използват широко в електричеството и радиото техника, автоматика и телемеханика за изправяне на променливи токове, усилване на електрически сигнали и променливи токове, генериране на електромагнитни трептения и др. В зависимост от предназначението в лампите се използват допълнителни управляващи електроди.
2. Фотоелектронно излъчване- това е излъчването на електрони от метал под действието на светлина, както и късовълново електромагнитно излъчване (например рентгенови лъчи). Основните закономерности на това явление ще бъдат анализирани при разглеждането на фотоелектричния ефект.
3. Вторична електронна емисия- това е излъчването на електрони от повърхността на метали, полупроводници или диелектрици при бомбардиране с електронен лъч. Вторичният електронен поток се състои от електрони, отразени от повърхността (еластично и нееластично отразени електрони) и "истински" вторични електрони - електрони, избити от метал, полупроводник или диелектрик от първични електрони.
Съотношението на броя на вторичните електрони н 2 към броя на първичните н 1 , което е причинило излъчването се нарича коефициент на вторична електронна емисия:
Коефициент зависи от естеството на повърхностния материал, енергията на бомбардиращите частици и техния ъгъл на падане върху повърхността. За полупроводници и диелектрици повече от метали. Това се обяснява с факта, че в металите, където концентрацията на електрони на проводимост е висока, вторичните електрони, често се сблъсквайки с тях, губят енергията си и не могат да напуснат метала. В полупроводниците и диелектриците, поради ниската концентрация на електрони на проводимост, сблъсъците на вторични електрони с тях се случват много по-рядко и вероятността вторичните електрони да избягат от емитера се увеличава няколко пъти.
За пример на фиг. 154 е показана качествената зависимост на коефициента на вторична електронна емисия от енергия Епадащи електрони за KCl. С увеличаване на енергията на електроните се увеличава, тъй като първичните електрони проникват по-дълбоко в кристалната решетка и следователно избиват повече вторични електрони. Въпреки това, при някаква енергия на първичните електрони започва да намалява. Това се дължи на факта, че с увеличаване на дълбочината на проникване на първичните електрони е все по-трудно вторичните електрони да излязат на повърхността. смисъл макс за KCl достига12 (за чистите метали не надвишава 2).
Феноменът вторична електронна емисия се използва в фотоумножители(PMT), приложим за усилване на слаби електрически токове. PMT е вакуумна тръба с фотокатод К и анод А, между които има няколко електрода - излъчватели(фиг. 155). Електроните, откъснати от фотокатода под действието на светлината, падат върху емитера E 1 , преминавайки ускоряващата потенциална разлика между K и E 1 . E 1 е избит от емитера електрони. Усиленият по този начин електронен поток се насочва към E 2 емитера и процесът на умножение се повтаря на всички следващи емитери. Ако PMT съдържа низлъчватели, след това при анода А, наречен колектор,се оказва подсилен в нпъти фотоелектронния ток.
4. Полева емисия- това е излъчването на електрони от повърхността на металите под въздействието на силно външно електрическо поле. Тези явления могат да се наблюдават в евакуирана тръба, конфигурацията на електродите на която (катод - връх, анод - вътрешна повърхност на тръбата) позволява при напрежения от около 10 3 V да се получат електрически полета със сила около 10 7 V/m. С постепенно увеличаване на напрежението, вече при сила на полето близо до повърхността на катода от около 10 5 -10 6 V / m, възниква слаб ток поради електрони, излъчвани от катода. Силата на този ток се увеличава с увеличаване на напрежението върху тръбата. Токове възникват при студен катод, поради което описаното явление се нарича още студено излъчване.Обяснението на механизма на това явление е възможно само на базата на квантовата теория.
За всеки заряд в електрическо поле има сила, която може да премести този заряд. Определете работата A за преместване на точков положителен заряд q от точка O до точка n, извършена от силите на електрическото поле на отрицателен заряд Q. Съгласно закона на Кулон силата, която движи заряда е променлива и равна на
Където r е променливото разстояние между зарядите.
. Този израз може да се получи по следния начин:
Стойността е потенциалната енергия W p на заряда в дадена точка от електрическото поле:
Знакът (-) показва, че когато зарядът се движи от поле, неговата потенциална енергия намалява, превръщайки се в работа на движение.
Стойността, равна на потенциалната енергия на единичен положителен заряд (q = +1), се нарича потенциал на електрическото поле.
Тогава 
. За q = +1.
По този начин потенциалната разлика на две точки от полето е равна на работата на силите на полето за преместване на единичен положителен заряд от една точка в друга.
Потенциалът на точката на електрическо поле е равен на работата по преместване на единичен положителен заряд от дадена точка до безкрайност: . Мерна единица - Volt \u003d J / C.
Работата по преместване на заряд в електрическо поле не зависи от формата на пътя, а зависи само от потенциалната разлика между началната и крайната точки на пътя.
Повърхнина във всички точки, чийто потенциал е еднакъв, се нарича еквипотенциална.
Силата на полето е неговата мощностна характеристика, а потенциалът е неговата енергийна характеристика.
Връзката между силата на полето и неговия потенциал се изразява с формулата
,
знакът (-) се дължи на факта, че силата на полето е насочена в посока на намаляване на потенциала и в посока на увеличаване на потенциала.
5. Използване на електрически полета в медицината.
франклинизация,или "електростатичен душ", е терапевтичен метод, при който тялото на пациента или части от него са изложени на постоянно електрическо поле с високо напрежение.
Постоянно електрическо поле по време на процедурата на общо облъчване може да достигне 50 kV, с локално облъчване 15 - 20 kV.
Механизъм на терапевтично действие.Процедурата на франклинизация се извършва по такъв начин, че главата на пациента или друга част от тялото се превръща в една от кондензаторните плочи, докато втората е електрод, окачен над главата или инсталиран над мястото на удара в разстояние 6-10 см. Под въздействието на високо напрежение под върховете на иглите, фиксирани върху електрода, възниква йонизация на въздуха с образуването на въздушни йони, озон и азотни оксиди.
Вдишването на озон и въздушни йони предизвиква реакция във васкулатурата. След краткотраен вазоспазъм капилярите се разширяват не само в повърхностните тъкани, но и в дълбоките. В резултат на това се подобряват метаболитните и трофичните процеси, а при наличие на увреждане на тъканите се стимулират процесите на регенерация и възстановяване на функциите.
В резултат на подобряване на кръвообращението, нормализиране на метаболитните процеси и функцията на нервите се наблюдава намаляване на главоболието, високо кръвно налягане, повишен съдов тонус, намаляване на сърдечната честота.
Използването на франклинизация е показано при функционални нарушения нервна система
Примери за решаване на проблеми
1. По време на работата на апарата за франклинизация всяка секунда в 1 cm 3 въздух се образуват 500 000 леки въздушни йона. Определете работата на йонизацията, необходима за създаване на същото количество въздушни йони в 225 cm 3 въздух по време на лечебната сесия (15 минути). Йонизационният потенциал на въздушните молекули се приема за 13,54 V; обикновено въздухът се счита за хомогенен газ.
е йонизационният потенциал, A е работата на йонизацията, N е броят на електроните.
2. По време на третиране с електростатичен душ към електродите на електрическата машина се прилага потенциална разлика от 100 kV. Определете какъв заряд преминава между електродите по време на една обработка, ако е известно, че силите на електрическото поле вършат работата от 1800J.
Оттук 
Електрически дипол в медицината
Според теорията на Айнтховен, залегнала в основата на електрокардиографията, сърцето е електрически дипол, разположен в центъра на равностранен триъгълник (триъгълник на Айнтховен), чиито върхове могат да се считат условно 
разположени в дясната ръка, лявата ръка и левия крак.
По време на сърдечния цикъл се променят както позицията на дипола в пространството, така и диполният момент. Измерването на потенциалната разлика между върховете на триъгълника на Айнтховен ви позволява да определите връзката между проекциите на диполния момент на сърцето върху страните на триъгълника, както следва:
Познавайки напреженията U AB , U BC , U AC , може да се определи как е ориентиран диполът спрямо страните на триъгълника.
В електрокардиографията потенциалната разлика между две точки на тялото (в този случай между върховете на триъгълника на Айнтовен) се нарича отвод.
Нарича се регистрация на потенциалната разлика в изводите в зависимост от времето електрокардиограма.
Местоположението на точките на края на вектора на диполния момент по време на сърдечния цикъл се нарича векторна кардиограма.
Лекция №4
контактни явления
1. Контактна потенциална разлика. Законите на Волта.
2. Термоелектричество.
3. Термодвойка, нейното приложение в медицината.
4. Потенциал за почивка. Потенциал за действие и неговото разпределение.
- Контактна потенциална разлика. Законите на Волта.
При тесен контакт на различни метали между тях възниква потенциална разлика, зависеща само от техния химичен състави температура (първият закон на Волта). Тази потенциална разлика се нарича контакт.
За да напусне метала и да влезе в околната среда, електронът трябва да извърши работа срещу силите на привличане към метала. Тази работа се нарича работа на електрона от метала.
Нека да свържем два различни метала 1 и 2, имащи работна функция A 1 и A 2, съответно, и A 1< A 2 . Очевидно, что свободный электрон, попавший в процессе теплового движения на поверхность раздела металлов, будет втянут во второй металл, так как со стороны этого металла на электрон действует большая сила притяжения (A 2 >A1). Следователно, чрез контакта на металите, свободните електрони се "изпомпват" от първия метал към втория, в резултат на което първият метал се зарежда положително, вторият - отрицателно. Потенциалната разлика, която възниква в този случай, създава електрическо поле със сила E, което затруднява по-нататъшното "изпомпване" на електроните и ще го спре напълно, когато работата по преместването на електрона поради контактната потенциална разлика стане равна на работата функционална разлика:
(1)
Нека сега да поставим в контакт два метала с A 1 = A 2 с различни концентрации на свободни електрони n 01 > n 02 . Тогава ще започне преобладаващото прехвърляне на свободни електрони от първия метал към втория. В резултат на това първият метал ще бъде положително зареден, вторият - отрицателно. Ще има потенциална разлика между металите, което ще спре по-нататъшното прехвърляне на електрони. Получената потенциална разлика се определя от израза:
, (2)
където k е константата на Болцман.
В общия случай на контакт на метали, които се различават както по работната работа, така и по концентрацията на свободните електрони, к.р.п. от (1) и (2) ще бъде равно на:
(3)
Лесно е да се покаже, че сумата от контактните потенциални разлики на последователно свързани проводници е равна на контактната потенциална разлика, създадена от крайните проводници и не зависи от междинните проводници:
Тази позиция се нарича втори закон на Волта.
Ако сега директно свържем крайните проводници, тогава съществуващата между тях потенциална разлика се компенсира от равна потенциална разлика, възникваща в контакт 1 и 4. Следователно K.R.P. не създава ток в затворена верига от метални проводници с еднаква температура.
2. Термоелектричествое зависимостта на контактната потенциална разлика от температурата.
Нека направим затворена верига от два различни метални проводника 1 и 2.
Температурите на контактите a и b ще се поддържат от различни T a > T b . След това, съгласно формула (3), f.r.p. повече в горещ свързващ, отколкото в студен възел: . В резултат на това възниква потенциална разлика между връзки a и b, наречена термоелектродвижеща сила, и ток I ще тече в затворена верига. Използвайки формула (3), получаваме
където 
за всяка двойка метали.
- Термодвойка, нейното приложение в медицината.
Нарича се затворена верига от проводници, която създава ток поради разликата в температурата на контактите между проводниците термодвойка.
От формула (4) следва, че термоелектродвижещата сила на термодвойка е пропорционална на температурната разлика на връзките (контактите).
Формула (4) е валидна и за температури по скалата на Целзий:
Термодвойка може да измерва само температурните разлики. Обикновено една връзка се поддържа при 0°C. Нарича се студен възел. Другият възел се нарича горещ или измервателен възел.
Термодвойка има значителни предимства пред живачните термометри: чувствителна е, безинерционна, позволява измерване на температурата на малки обекти и позволява дистанционни измервания.
Измерване на профила на температурното поле на човешкото тяло.
Смята се, че температурата на човешкото тяло е постоянна, но това постоянство е относително, тъй като температурата не е еднаква в различните части на тялото и варира в зависимост от функционалното състояние на тялото.
Температурата на кожата има своя собствена добре дефинирана топография. Най-ниската температура (23-30º) е в дисталните крайници, върха на носа и ушните миди. Най-висока е температурата в подмишницата, в перинеума, шията, устните, бузите. Останалите зони са с температура 31 - 33,5 ºС.
При здрав човек разпределението на температурата е симетрично спрямо средната линия на тялото. Нарушаването на тази симетрия служи като основен критерий за диагностициране на заболявания чрез изграждане на профил на температурното поле с помощта на контактни устройства: термодвойка и съпротивителен термометър.
4. Потенциал за почивка. Потенциал за действие и неговото разпределение.
Повърхностната мембрана на клетката не е еднакво пропусклива за различни йони. Освен това концентрацията на всякакви специфични йони е различна от различните страни на мембраната, най-благоприятният състав на йони се поддържа вътре в клетката. Тези фактори водят до появата в нормално функционираща клетка на потенциална разлика между цитоплазмата и околен свят(потенциал за почивка)
При възбуда потенциалната разлика между клетката и околната среда се променя, възниква потенциал на действие, който се разпространява в нервните влакна.
Механизмът на разпространение на потенциал на действие по нервно влакно се разглежда по аналогия с разпространението на електромагнитна вълна по двупроводна линия. Въпреки това, наред с тази аналогия, има фундаментални различия.
Електромагнитната вълна, разпространяваща се в среда, отслабва, тъй като енергията й се разсейва, превръщайки се в енергията на молекулярното топлинно движение. Източникът на енергия на електромагнитната вълна е нейният източник: генератор, искра и др.
Възбуждащата вълна не умира, тъй като получава енергия от самата среда, в която се разпространява (енергията на заредена мембрана).
По този начин разпространението на потенциала на действие по нервното влакно става под формата на автовълна. Активната среда са възбудимите клетки.
Примери за решаване на проблеми
1. При конструиране на профил на температурното поле на повърхността на човешкото тяло се използват термодвойка със съпротивление r 1 = 4 Ohm и галванометър със съпротивление r 2 = 80 Ohm; I=26 µA при температурна разлика на прехода ºС. Каква е константата на термодвойката?
Термоенергията, която възниква в термодвойката, е , където термодвойки е температурната разлика между връзките.
Според закона на Ом за участък от веригата, където U се приема като . Тогава
Лекция №5
електромагнетизъм
1. Природата на магнетизма.
2. Магнитно взаимодействие на токове във вакуум. Законът на Ампер.
4. Диа-, пара- и феромагнитни вещества. Магнитна пропускливост и магнитна индукция.
5. Магнитни свойства на телесните тъкани.
1. Природата на магнетизма.
Около движещи се електрически заряди (токове) възниква магнитно поле, чрез което тези заряди взаимодействат с магнитни или други движещи се електрически заряди.
Магнитното поле е силово поле, то се изобразява с помощта на магнитни силови линии. За разлика от силовите линии на електрическото поле, магнитните силови линии винаги са затворени.
Магнитните свойства на веществото се дължат на елементарни кръгови токове в атомите и молекулите на това вещество.
2 . Магнитно взаимодействие на токове във вакуум. Законът на Ампер.
Магнитното взаимодействие на токове е изследвано с помощта на вериги с подвижни проводници. Ампер установи, че големината на силата на взаимодействие на две малки секции от проводници 1 и 2 с токове е пропорционална на дължините на тези участъци, токовете I 1 и I 2 в тях и е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието r между секциите:
Оказа се, че силата на удара на първата секция върху втората зависи от тяхното взаимно положение и е пропорционална на синусите на ъглите и .
където е ъгълът между и радиус вектора r 12, свързващ с , и е ъгълът между и нормалата n към равнината Q, съдържаща сечението и радиус вектора r 12.
Комбинирайки (1) и (2) и въвеждайки коефициента на пропорционалност k, получаваме математическия израз на закона на Ампер:
(3)
Посоката на силата също се определя от правилото на гимлета: тя съвпада с посоката движение напредкарданче, чиято дръжка се върти от нормалното n 1.
Токов елемент е вектор, равен по големина на произведението Idl на безкрайно малък участък от дължината dl на проводника и силата на тока I в него и насочен по протежение на този ток. След това, преминавайки в (3) от малък към безкрайно малък dl, можем да запишем закона на Ампер в диференциална форма:
. (4)
Коефициентът k може да бъде представен като
където е магнитната константа (или магнитната проницаемост на вакуума).
Стойността за рационализация, като се вземат предвид (5) и (4), ще бъде записана като
. (6)
3 . Сила на магнитното поле. Амперна формула. Закон на Био-Савар-Лаплас.
Тъй като електрическите токове взаимодействат помежду си чрез своите магнитни полета, количествената характеристика на магнитното поле може да се установи на базата на това взаимодействие - закона на Ампер. За да направите това, разделяме проводника l с ток I на набор от елементарни секции dl. Създава поле в пространството.
В точка O на това поле, разположена на разстояние r от dl, поставяме I 0 dl 0. Тогава според закона на Ампер (6) този елемент ще бъде засегнат от силата
(7)
където е ъгълът между посоката на тока I в сечение dl (създаване на поле) и посоката на радиус вектора r, и е ъгълът между посоката на тока I 0 dl 0 и нормалата n към равнината Q, съдържащ dl и r.
Във формула (7) избираме частта, която не зависи от текущия елемент I 0 dl 0, обозначавайки го като dH:
Закон на Био-Савар-Лаплас (8)
Стойността на dH зависи само от текущия елемент Idl, който създава магнитно поле, и от позицията на точката O.
Стойността на dH е количествена характеристикамагнитно поле и се нарича сила на магнитното поле. Замествайки (8) в (7), получаваме
където е ъгълът между посоката на тока I 0 и магнитното поле dH. Формула (9) се нарича формула на Ампер, изразява зависимостта на силата, с която магнитното поле действа върху намиращия се в него токов елемент I 0 dl 0 от силата на това поле. Тази сила е разположена в равнината Q, перпендикулярна на dl 0 . Посоката му се определя от „правилото на лявата ръка“.
Ако приемем в (9) =90º, получаваме:
Тези. силата на магнитното поле е насочена тангенциално към силовата линия на полето и по големина е равна на отношението на силата, с която полето действа върху единичен токов елемент, към магнитната константа.
4 . Диамагнитни, парамагнитни и феромагнитни вещества. Магнитна пропускливост и магнитна индукция.
Всички вещества, поставени в магнитно поле, придобиват магнитни свойства, т.е. са намагнетизирани и следователно променят външното поле. В този случай някои вещества отслабват външното поле, докато други го укрепват. Първите се наричат диамагнитни, секундата - парамагнитнивещества. Сред парамагнитите рязко се откроява група вещества, предизвикващи много голямо увеличение на външното поле. то феромагнети.
Диамагнити- фосфор, сяра, злато, сребро, мед, вода, органични съединения.
Парамагнити- кислород, азот, алуминий, волфрам, платина, алкални и алкалоземни метали.
феромагнети– желязо, никел, кобалт, техните сплави.
Геометричната сума от орбиталните и спинови магнитни моменти на електроните и вътрешния магнитен момент на ядрото образува магнитния момент на атом (молекула) на вещество.
При диамагнитите общият магнитен момент на атом (молекула) е нула, т.к. магнитните моменти се компенсират взаимно. Под въздействието на външно магнитно поле обаче в тези атоми се индуцира магнитен момент, който е насочен обратно на външното поле. В резултат на това диамагнитната среда се намагнетизира и създава собствено магнитно поле, насочено противоположно на външното и го отслабва.
Индуцираните магнитни моменти на диамагнитните атоми се запазват, докато има външно магнитно поле. Когато външното поле се елиминира, индуцираните магнитни моменти на атомите изчезват и диамагнитът се размагнитва.
При парамагнитните атоми орбиталните, спиновите и ядрените моменти не се компенсират взаимно. Въпреки това, атомните магнитни моменти са подредени произволно, така че парамагнитната среда не проявява магнитни свойства. Външното поле върти атомите на парамагнетика, така че техните магнитни моменти са зададени предимно в посоката на полето. В резултат на това парамагнетикът се магнетизира и създава свое собствено магнитно поле, съвпадащо с външното и го усилва.
(4), където е абсолютната магнитна проницаемост на средата. Във вакуум =1, , и
Във феромагнитите има области (~10 -2 cm) с еднакво ориентирани магнитни моменти на техните атоми. Въпреки това, ориентацията на самите домейни е разнообразна. Следователно, при липса на външно магнитно поле, феромагнитът не се намагнитва.
С появата на външно поле домейните, ориентирани в посоката на това поле, започват да нарастват по обем поради съседни домейни, имащи различна ориентация на магнитния момент; феромагнитът е намагнетизиран. При достатъчно силно поле всички домейни се преориентират по протежение на полето и феромагнетикът бързо се намагнетизира до насищане.
Когато външното поле се елиминира, феромагнетикът не се размагнитява напълно, но запазва остатъчната магнитна индукция, тъй като топлинното движение не може да неориентира домейните. Демагнетизирането може да се постигне чрез нагряване, разклащане или прилагане на обратно поле.
При температура, равна на точката на Кюри, термичното движение се оказва способно да дезориентира атомите в домейни, в резултат на което феромагнитът се превръща в парамагнит.
Потокът на магнитна индукция през определена повърхност S е равен на броя на индукционните линии, проникващи през тази повърхност:
(5)
Мерната единица B е Tesla, F-Weber.
