рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Общее обследование сил, действующих в электродинами­ческой системе.

Общее обследование сил, действующих в электродинами­ческой системе. - раздел Право, ГЛАВА III Электрическое смещение При Наличии В Системе Процессов Механических И Электриче­ских Мы Должны Иметь...

При наличии в системе процессов механических и электриче­ских мы должны иметь в виду соответственно два рода сил: силы механические и силы электродвижущие. Если известна полная кинетическая энергия системы, то вторая форма уравнений Лагранжа дает возможность вычислить величины всех этих сил.

Остановимся сначала на механических силах. Если f'k есть внеш-

 

няя механическая сила, соответствующая координате gk, то по уравнению Лагранжа, получаем:

где fk есть внутренняя реакция системы, имеющая природу даламберовской силы инерции. В дальнейшем мы нередко будем вместо внешних сил, воздействующих на данную систему и стремящихся изменить ее кинетическую энергию, рассматривать прямо противо­положные им силы реакции, являющиеся следствием существова­ния кинетической энергии в данной системе. Так как эти силы реакции равны по абсолютной величине и обратим по знаку внеш­ним силам, приложенным к системе, то ясно, что величины сил реакции просто получаются на основании лагранжевых уравнений. Рассмотрение именно этих, 'возникающих внутри системы, сил представляет интерес в том отношении, что в них проявляются наиболее характерные свойства системы.

Так как Т состоит из трех частей: Т =Tm+Te+Tme, то при помощи теоремы о производной суммы мы можем разложить силу fk на три составляющие, соответственно трем частям энергии:

или же, обозначая три составляющие силы fk через fm , fe и fme, а также опуская в дальнейшем ради простоты индекс „k", имеем:

где

Рассмотрим все эти силы.

В выражение для механической силы:

электрические координаты и их производные не входят. Это — та часть механической силы, которая возникает в системе в силу чисто механических условий и представляет собою обыкновенную даламберовскую силу инерции весомых масс. Изучение этих сил относится к области механики.

Обратимся к физическому смыслу второй составляющей, т. е.

силы fe:

Так как величина электрокинетической энергии системы Те не зависит от геометрических скоростей g', то имеем:

и выражение для механической силы fe принимает вид:

Эта сила представляет собою известную механическую силу электромагнитного происхождения, т. е. так называемую электро­магнитную силу. Так как она выражается однородной функцией вто­рой степени от всех токов системы, то она не меняет ни величины, ни направления, если изменить направление всех токов системы.

Наконец, составляющая механической силы, зависящая от воз­можного существования пондеро-электрокинетической энергии Tme,

т. е. сила:

представляет собою проявление взаимодействия между движением электричества в проводнике и движением этого проводника, ана­логично тому, как имеет место зависимость между движением жид­кости и движением сосуда, в котором она находится.

Максвелл сделал попытку установить опытным путем нали­чие силы fme. Выражение (73) показывает, что для обнаружения этой силы можно итти двумя путями, именно, обследовать порознь обе составляющие fme, т.е. первый и второй члены в правой части соотношения (73).

Рассмотрим сначала систему, которая находится в покое, но токи в которой порознь не равны нулю. В этом частном случае пондеро-электрокинетическая энергия:

Tme=SC(g'•i)

равна нулю. Однако, соответствующая сила, величина которой определяется производными Tme, может быть и не равна нулю. Не трудно показать, что второй член в выражении силы fme всегда равен в этом случае нулю, т. е.

а первый член, вообще говоря, может быть не равен нулю, т. е.

В самом деле, беря частную производную от Tme по геометри­ческой координате, мы получим выражение, равное нулю, так как в него входит множителем геометрическая скорость, равная в дан­ном случае нулю:

Что же касается первого члена, то, беря первую производную по геометрической скорости, мы исключаем из него g', вследствие чего, беря вторую производную по времени, мы получаем выра­жение, вообще говоря, не равное нулю:

и

Отсюда видно, что выражение силы fme в этом случае получает вид:

Итак, сила fme будет положительна или отрицательна, смотря по тому, уменьшаются или увеличиваются в данный момент силы токов в соответствующих проводниках системы. Эта сила стано­вится равной нулю, как только силы токов в системе делаются

постоянными. Сверх того, так как дTme/дg' представляет собою ли­нейную функцию от сил токов, то при данном изменении сил токов сила fme изменяет свое направление в случае, если и все токи в системе делаются обратными по направлению.

В своем опыте, имеющем целью обнаружение механической силы fте в рассмотренном случае, когда все частя системы нахо­дятся в покое, а силы токов изменяются, Максвелл применил про­стейшую систему, состоящую из одной только электрической цепи. Именно, он взял горизонтальную плоскую катушку, состоявшую из большого числа витков тонкой изолированной проволоки и имевшую прикрепленное к ней зеркальце. Катушка была подвешена центрально на тонкой проволоке, которая служила также для соеди­нения одного конца катушки с внешнею частью цепи. Другой конец катушки соединялся с тонкой проволочкой, опущенной в сосуд со ртутью и по своему расположению составлявшей

 

продолжение подвесной проволоки (см.рис. 151, на котором воспро­изведен оригинальный чертеж Максвелла).

При помощи подвес­ной проволоки и проволоки, опущенной в ртуть, катушка вводилась в цепь батареи через особый замыкатель. Положение катушки можно было наблюдать посредством трубы и шкалы.

Так как мы имеем здесь лишь один электри­ческий контур, то его пондеро-электрокинетическая энергия выразится одним членом:

Tme=Cg'i,

откуда

а сила fme, могущая проявиться в контуре, равна:

а потому при изменении силы тока в контуре, т. е. при замыкании и размыкании цепи, мы должны ожидать отклонения катушки под действием силы fme. Однако, никаких отклонений обнару­жить не удалось. Таким образом, первый опыт Максвелла не дал положительного результата. Это не говорит, однако, о том, что пондеро-электрокииетическая энергия (Tme) не существует, а скорее о том, что величина ее, слишком мала и что экспериментальная обстановка, бывшая в распоряжении Максвелла, оказалась недоста­точной для обнаружения ее проявлений.

Максвелл обратился затем к обследованию той составляющей силы fme, которая обусловливается наличием второго члена в пра­вой части соотношения (73). Если все токи в системе постоянны, но система находится в движении, этот второй член, вообще говоря, не равен нулю, т. е.

Соответственным образом может иметь некоторое конечное зна­чение и определяемая вторым членом составляющая силы fme. При экспериментальном обследовании этого случая Максвелл остано­вился на

 

простейшей системе, состоящей из одной катушки с доста­точно большим числом витков изолированной проволоки. Для усиле­ния ожидаемого эффекта он поместил внутрь катушки железный сер­дечник. Построив специальный прибор, Максвелл пытался обна­ружить на опыте механическую силу, зависящую от существования электрического тока в катушке и некоторого, надлежащим образом выбранного, движения этой катушки. Максвелл остановился на вращательном движении катушки. На рисунке 152 воспроизведен оригинальный чертеж Максвелла, изображающий тот прибор, который был им применен в описываемом опыте. Электромагнит А имеет возможность вращаться вокруг горизонтальной оси ВВ' вну­три кольца, которое, в свою очередь, вращается вокруг вертикаль­ной оси. При помощи специальных винтов все подвижные части были надлежащим образом уравновешены для того, чтобы, по воз­можности, устранить при производстве опыта всякие вредные влияння и сделать систему весьма чув­ствительной только в отношении ожидаемых механических воздей­ствий со стороны обследуемой составляющей силы fme. Большие затруднения возникали еще вслед­ствие действия земного магнитного поля, которое Максвелл до известной степени скомпенсировал при посредстве особого магнита. Проанализировав описываемую систему (рис. 152),

Максвелл пришел к заключению, что та ме­ханическая сила, которая в рас­сматриваемом случае может возни­кать вследствие одновременного существования вращения электро­магнита А вокруг вертикальной оси и постоянного электриче­ского тока, протекающего по его обмотке, будет стремиться повер­нуть электромагнит вокруг гори­зонтальной оси ВВ', совершенно аналогично тому, что получилось бы, если бы вместо электромагнита был взят, например, гироскоп или вообще какая-либо материальная масса, вращающаяся вокруг оси, совпадающей с осью железного стержня электромагнита. Ток в об­мотку электромагнита подводился через пружинные щетки, трущиеся о контактные кольца, закрепленные на вертикальном валу, и далее через подшипники В'. Вся система приводилась в быстрое враща­тельное движение при посредстве ремня, перекинутого через шкив на валу. За положением электромагнита можно было следить, не­смотря на быстрое вращение, благодаря следующему приспособле­нию. С телом электромагнита был жестко связан диск С, по диа­метру разделенный на две половины, соответственно окрашенные в красный и зеленый цвета. При горизонтальном расположении сердечника электромагнита (нормальное расположение) центр диска С совпадал с вертикальной осью вращения. В случае поворачивания электромагнита вокруг оси ВВ' в одну сторону, в средней части диска С, при быстром вращении всей системы, должен появляться

 

кружок, окрашенный, например, в красный цвет, при поворачивании же электромагнита в другую сторону — кружок, окрашенный в зеленый цвет. При этом диаметр окрашенного кружка будет определять угол поворота электромагнита вокруг оси ВВ'.

Результат, к которому пришел Максвелл при производстве описанного второго опыта, был также отрицателен: не удалось заметить никакого достоверного изменения в положении электро­магнита, быстро вращавшегося вокруг вертикальной оси, в то время как через его обмотку пропускался возможно более сильный постоян­ный ток. Должно при этом отметить, что сам Максвелл считал обстановку этого второго опыта в общем слишком грубой вслед­ствие того, что невозможно было вполне устранить целый ряд вредных влияний.

Рассмотрим теперь другую сторону проявлений кинетической энергии в электродинамической системе, т. е. в системе токов.

Если к некоторой части этой системы приложена внешняя ЭДС, равная e0, то за вычетом омического падения напряжения в соот­ветствующей цепи мы получим ЭДС, идущую на изменение кине­тической энергии системы. Обозначая эту последнюю ЭДС через е' можем написать:

e'=e0-ri.

Так как е' есть сила, производящая изменение некоторой элек­трической координаты q, то зависимость силы е' от кинетической энергии системы выразится соотношением:

где е — внутренняя реакция системы (обратная ЭДС). Соответ­ственно трем составляющим кинетической энергии 'электродинами­ческой системы и ЭДС е. разобьется на три составляющие:

где,

Но так как кинетическая энергия системы (Т) не зависит от электрических координат {q) (см. § 95),то все вторые члены правых частей этих уравнений равны нулю, т. е.

 

 

Поэтому выражения для обратной ЭДС примут следующий вид:

или

Пондеро-кинетическая энергия системы Tm не зависит от сил токов, существующих в системе, следовательно,

Электродвижущая сила ее, равная взятой с обратным знаком производной по времени от частной производной электрокинетиче­ской энергии системы по соответствующей силе тока, представляет собою ЭДС индукции, открытую Фарадеем. Таким образом, выражение:

дает наиболее общее выражение для индуктированной ЭДС.

Подобное выражение для индуктированной ЭДС кажется несколько необычным; однако, легко показать, что оно не отличается принципиально от других, более известных нам выражении для ЭДС. В самом деле, как известно (ниже об этом говорится более подробно), выражение для электрокинетической энергии в простейшем, например, случае одного контура имеет вид:

где L есть коэффициент самоиндукции контура. Беря в данном случае частную производную от Te по силе тока, получим:

Но произведение Li есть не что иное, как некоторый магнитный поток Ф, связанный с контуром, т. е.

и мы приходим к знакомому уже нам выражению для ЭДС:

 

 

Этот пример показывает, что выражения (75) и (76) для ЭДС совпадают друг с другом и представляют собою два разные выра­жения одного физического закона.

Как видно из общего выражения:

величина ЭДС, возникающей в системе, зависит от изменения сил токов, существующих в системе, от положения и формы проводников, составляющих систему, и от изменения их положения и формы. Действительно, выражение Те содержит коэффициенты, в которые входят геометрические координаты, квадраты сил токов и их произ­ведения. Следовательно, после двукратного дифференцирования (по i и по t) окончательное выражение для ЭДС будет содержать геометрические координаты, их производные по времени и произ­водные от сил токов по времени.

Наконец, третья составляющая электродвижущей силы:

так же, как рассмотренная выше механическая сила fme, характе­ризует собою взаимоотношение между электричеством и материей. Электродвижущая сила еme, как показывает вышеприведенное соотношение, зависит от скоростей и ускорений в движениях проводников и совершенно не зависит от токов в этих проводниках. Таким образом, если пондеро-электрокинетическая энергия me) действительно существует, то в данном проводнике должна, вообще говоря, возникнуть ЭДС при полном отсутствии электрических токов в системе, но при наличии ускорений или замедлений дви­жения системы. В частности, в случае подвешенной горизонтальной катушки, изображенной на рисунке 151, т. е. в простейшем случае одной цепи, мы будем иметь:

Tme=Cg'i,

где g' есть скорость вращения катушки вокруг оси подвеса. Отсюда получаем:

и далее:

Если, следовательно, катушка находится сначала в покое, затем мы внезапно приведем ее во вращение вокруг вертикальной оси, то должна появиться ЭДС, зависящая or ускорения этого враща­тельного движения. При замедлении вращения и остановке должна

 

появляться ЭДС обратного знака. Максвелл и произвел такого рода опыт (третий опыт для обнаружения проявлений Tme). С этою целью катушка укреплялась на специальной оси, перпендикулярной плоскости витков катушки, и при помощи соответствующих гибких проводников приключалась к весьма чувствительному гальвано­метру. Максвелл сам в связи с этим отмечает:... „немногие научные наблюдения могут быть произведены с большею точностью, чем определение существования или несуществования тока, выпол­няемое при посредстве гальванометра. Чувствительность этого метода намного превосходит чувствительность большинства расположений, имеющих целью измерение механических сил, действующих на тело. Таким образом, если некоторые электрические токи могут быть возбуждены таким путем (т. е. сообщением вращательного ускоре­ния катушке), они были бы обнаружены, даже если бы они были весьма слабы". Производя опыт с вращательным ускорением катушки, Максвелл не заметил никаких признаков появления тока в цепи гальванометра. Тем не менее, такого рода ток, по существу, должен был бы появиться совершенно аналогично тому, как если бы вместо витков проволоки мы имели кольцевую трубчатую камеру, заполненную подвижною жидкостью. При вращательном ускорении кольцевой камеры вокруг оси симметрии, жидкость приобрела бы скорость относительно стенок трубчатой камеры, т. е. внутри этой камеры мы получили бы „ток жидкости".

Итак, все три опыта, поставленные Максвеллом для обнару­жения проявлений пондеро-электрокинетической энергии Tme дали отрицательный результат. На основании этого Максвелл заклю­чил, что если энергия Tme и существует как часть полной кинети­ческой энергии системы токов, то во всяком случае эта часть сравнительно столь мала, что проявлениями ее в обычных условиях мы можем пренебречь.

Принимая все это во внимание, мы будем, следовательно, в дальнейшем принимать:

Tme=0,

помня, вместе с тем, что это соотношение следует рассматривать все же не как точное выражение того, что в действительности имеет место, но лишь как практически допустимое приближение, значительно упрощающее изучение основных сил как механических, так и электродвижущих, могущих возникать в системе токов,

Теоретические соображения, приведшие Максвелла к пред­ставлению о пондеро-электрокинетической энергии (Tme), остаются в полной силе. После Максвелла другими исследователями возоб­новлены попытки обнаружить на опыте проявления энергии Tme. Работы этого рода приобрели особенный интерес за последнее время в связи с установлением того факта, что материя и элек­тричество по природе своей теснейшим образом связаны. Макс­велл несомненно предугадывал это, как видно из его слов, при­веденных в параграфе 91 настоящей главы (см. п. 569 в конце).

 

 

Современная теория строения вещества позволила произвести предвычисления величины тех сил механических и электродвижущих, которые могут возникнуть в системе в связи с существованием определенного соотношения между электричеством и материей, характеризуемого, между прочим, наличием пондеро-электрокинетической энергии Tme. Как и следовало ожидать, силы fme и eme столь малы, что даже при современных экспериментальных сред­ствах, значительно более совершенных, чем это было во времена, Максвелла) проявления этих сил лежат весьма близко к пределам чувствительности измерительных приборов и схем.

Эйнштейн и де-Гаас произвели опыт, который по существу вполне соответствует расположению первого опыта Максвелла, представленному на рисунке 151, и получили явно положительный ре­зультат, хотя и лежащий на пределе чувствительности метода. Отличие опыта Эйнштейна и де-Гааса от обстановки опыта Макс­велла заключается в том, что они вместо катушки, в которой воз­буждался ток от внешнего источника, воспользовались внутриатомны­ми токами в объеме железного стерженька, подвешенного вдоль своей оси на тонкой нити. Контуры внутриатомных токов, т. е. орбиты элек­тронов, нормально расположены в хаотическом беспорядке (см. § 37}. Если создать внешнее магнитное поле вдоль оси железного цилин­дрического стержня, например, замыканием тока в катушке, внутри которой расположен стержень, то возникает продольное намагни­чение его, обусловленное известным упорядочением в расположении электронных орбит: положительные направления их осей теперь ориентируются преимущественно в одном направлении вдоль оси стержня. Все происходит так, как будто бы в стержне возникли сильные токи, протекающие по виткам, перпендикулярным оси стержня или, что то же, линии подвеса. Изменяя направление тока в ка­тушке на противоположное, мы тем самым повернем в противо­положную сторону оси электронных орбит, т. е. вдвое увеличим тот эффект, который может быть обусловлен возникновением упо­рядоченных электронных токов в железном стержне. При про­изводстве опыта приходится очень бороться с мешающим механическим действием магнитного поля катушки, которое, при наличии трудно устранимой несимметрии в расположений железного цилиндра внутри катушки в связи с несимметричностью самого цилиндра, имеет результатом появление некоторого вращающего момента, маскирующего искомый эффект. Все же путем математической обра­ботки ряда наблюдений удалось констатировать наличие тех сил, обнаружение которых являлось целью первого опыта Максвелла.

Прямое отношение ко второму опыту Максвелла с прибором, представленным на рисунке 152, имеют исследования Барнетта, обстановка опытов которого заключалась в следующем. Железный стержень приводился в весьма быстрое вращательное движение и затем внезапно останавливался. Оказалось, что стержень намагни­чивался под влиянием вращения и затем во время остановки раз­магничивался. Это можно было обнаружить, окружив железный стержень катушкой с большим числом витков, присоединенной

 

 

к баллистическому гальванометру. Изменение магнитного состояния стержня проявлялось в возникновении индуктированного тока. В опыте Барнетта отдельные молекулярные магнитики в объеме железного стержня вели себя так, как должен был вести себя, согласно расчетам, электромагнит Л во втором опыте Максвелла (см. рис. 152). Отметим здесь же, что П. Н. Лебедев еще за­долго до опытов Барнетта пытался обнаружить намагничение вращающегося медного цилиндра.

Итак, анализ и экспериментальное обследование трех форм кинетической энергии электродинамической системы и сил, воз­никающих в этой системе, приводит к следующим заключениям.

Пондеро-кинетическая энергия Tm и обусловленные ею механи­ческие силы не связаны с электрическими процессами, происходящими в системе; эта часть энергии характеризует систему только как систему весомых масс, и изучение ее относится к области аналитической механики.

Пондеро-электрокинетическая энергия Tme и соответствующие

силы практически могут быть приняты равными нулю.

Электрокинетическая энергия Te и соответствующие ей силы: электромагнитная (механическая) сила и электродвижущая сила индукции—являются результатом чисто электромагнитного про­цесса, происходящего в системе. С последними двумя силами при­ходится сталкиваться во всех областях электротехники, и изучение алектрокинетической энергии Te и сил fe и ее представляется по­этому особенно существенным.

В заключение необходимо сделать еще одно замечание для устранения могущего возникнуть недоразумения. Напомним приня­тый нами порядок исследования, приведший к аналитическим выра­жениям fe и ее. Мы предполагали, что к системе приложена некоторая внешняя, в одном случае — механическая, в другом — электродви­жущая сила. Разлагая реакции, возникающие в системе под действием этих внешних сил, на составляющие, соответственно трем составляющим Т, мы и получили выражения для fe и ее:

Из этих выражений видно, что механическую силу fe можно

рассматривать не только как реакцию, возникающую в системе в ответ на приложенную внешнюю механическую же силу, но и как самодовлеющий результат чисто электромагнитного процесса а системе, как результат, обусловленный исключительно тем, что система обладает некоторой электрокинетической энергией. Точно так же электродвижущая сила ee возникает в системе не только как реакция на приложенную извне электродвижущую силу, но и как самостоятельное явление, обусловленное всякими изменениями общих электромагнитных условий, которые имеют место в системе проводников.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ГЛАВА III Электрическое смещение

На сайте allrefs.net читайте: "ГЛАВА III Электрическое смещение"

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Общее обследование сил, действующих в электродинами­ческой системе.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Общая характеристика электромагнитных процессов.
В предыдущих главах мы коснулись одной стороны электромаг­нитных явлений, а именно, рассмотрели некоторые общие свойства магнитного потока и магнитного поля. Теперь сосредоточим наше внимание на др

Электрическое смещение. Основные положения Максвелла.
Известно, что между заряженными телами создается электрическое поле. Это поле деформирует диэлектрик, приводит его в некоторое напряженное состояние, называемое обычно электрической поляризацией

Мера электрического смещения.
Допустим, что мы имеем некоторый диэлектрик, и пусть действующая в нем в точке А электрическая сила Б направлена, как указано стрелкой (рис. 105).

Ток смещения.
Когда мы говорим об электрическом смещении, не следует, во­обще говоря, смешивать этого понятия с электрическим током. Термин „электрическое смещение" мы должны понимать как меру деформации, п

Теорема Максвелла.
Представим себе замкнутую поверхность s, внутри которой как-либо распределены электрические заряды q1,q2, q3 и т. д. Пусть ds представля

Природа электрического смещения.
Максвелл в своих рассуждениях относительно электрического смещения совершенно не касается природы электричества и того, как надо понимать его движение. Все это не имеет значения в фор­мальных постр

Формулировки.
Возвратимся к формулировке теоремы Максвелла: Взяв от обеих частей этого равенства производную по s, получим:

Механическая аналогия.
Остановимся теперь на одной простой механической схеме с целью лучшего уяснения принципа замкнутости тока, а также для того, чтобы наглядно показать значение введенного Максвеллом в науку представл

Непрерывность тока в случае электрической конвекции.
Переход электричества из одного места в другое путем движе­ния заряженных тел вообще и, в частности, заряженных элемен­тарных частиц называется электрической конвекцией и предста­вляет собою

Связь электрического поля с электромагнитными процес­сами. Область электростатики.
В самом начале предыдущей главы (§ 45) мы касались в общих чертах вопроса об электрическом поле и указывали, что его сле­дует рассматривать как одну из сторон того основного электро­магнитного проц

Закон Кулона и вытекающие из него определения и соотношения.
В настоящем параграфе мы даем краткую сводку основных определений и соотношений, относящихся к электрическому полю я вытекающих из закона Кулона. В первую очередь, конечно, напомним формулировку эт

Электродвижущая сила и разность потенциалов. Закон электродвижущей силы.
Рассмотрим в некотором электрическом поле две точки, А и В. Линейный интеграл электрической силы вдоль некоторого пути перехода от точки А к точке В, т. е.:

Электрическая деформация среды.
С точки зрения Фарадея и Максвелла, участие промежу­точной среды в передаче электрических действий от одного наэлек­тризованного тела к другому, а также во всех вообще процессах, совершающихся в эл

Линии смещения.
Линиями электрического смещения, или просто линиями сме­щения называются такие линии, построенные в электрическом поле, все элементы которых совпадают по направлению с векторами

Трубка смещения.
Трубкою смещения называется объем диэлектрика имеющий форму трубки, образующими которой служат линии смещения. Рассмотрим некоторую трубку смещения в промежутке между двумя наэлектр

Фарадеевские трубки.
В связи с тем, что было изложено в предыдущем параграфе об особых свойствах трубок смещения, оказывается целесообразным так подбирать размеры этих трубок, чтобы величина полного элек­трического сме

Фарадеевская трубка и количество электричества, с нею связанное.
В дальнейшем мы будем мыслить все электрическое поле за­полненным фарадеевскими трубками. Совершенно подобно тому, как это было в случае магнитного поля в отношении магнитных линий, можно рассматри

Вторая формулировка теоремы Максвелла.
Так как электрическое смещение сквозь поперечное сечение фарадеевской трубки равно единице, то, следовательно, каждая такая трубка, пересекая некоторую поверхность, привносит в вели­чину полного эл

Электризация через влияние. Теорема Фарадея.
Так называемая электризация через влияние, т. е. возникновение электрических зарядов на нейтральном до того проводящем теле в случае поднесения его к какому-либо другому заряженному телу, представл

Энергия электрического поля.
Выше было в достаточной степени выяснено (§§ 1 и 47), что, согласно воззрениям Фарадея и Максвелла, в пространстве, в котором существует электрическое поле, среда находится в особом вынужденном сос

Механические проявления электрического поля.
Механические взаимодействия, наблюдаемые в электрическом поле между наэлектризованными телами и формально описываемые при помощи закона Кулона, могут быть объяснены, с точки зрения &nbs

Преломление фарадеевских трубок.
При переходе фарадеевских трубок (и вообще линий смещения) из одной диэлектрической среды в другую обычно мы имеем дело с изменением направления у са­мой поверхности раздела ди­электриков. Это явле

Электроемкость и диэлектрическая постоянная.
Допустим, что потенциал какого-либо проводящего тела есть U, а потенциалы всех других проводников, находящихся в электриче­ском поле, равны нулю. В этом случае между потенциалом данного тела

Свойства диэлектриков.
В заключение настоящей главы мы дадим краткий обзор неко­торых основных свойств изолирующих материалов (диэлектриков): а) Диэлектрическая постоянная e. Она является главной ха­ракте

Общие соображения о природе тока.
В настоящей главе мы в самых общих чертах ознакомимся с современным состоянием вопроса о природе электрического тока. Хотя вопрос этот по существу относится к области чистой физики, однако,

Движение электричества внутри проводников.
Шестьдесят лет тому назад, говоря об электрическом токе как о явлении кинетического характера, Максвелл не мог не отме­тить того обстоятельства, что он ничего больше не в состоянии сказать о природ

Участие электрического поля в процессе электрического тока.
Основная мысль Фарадея относительно роли проводника, по которому течет ток, заключается, как было отмечено в предыдущем параграфе, в том, что проводник служит своего рода осью, вокруг которой надле

Участие магнитного поля в процессе электрического тока.
Представление о механизме того процесса, который происходит в пространстве вокруг проводника с током и который органически связан с магнитным полем, можно получить из картины преобразо-

Общие соображения.
В предыдущей главе мыпознакомились с общей характеристи­кой того сложного электромагнитного комплекса, который воспри­нимается нами, как электрический ток. Мы видели, что основной

Ионизирующие агенты.
Ионизирующим агентом называется всякий физический деятель, обусловливающий ионизацию газа, или, в более широком смысле этого термина, всякий деятель, обусловливающий появление в дан­ном объе

Заряд и масса иона.
Из сказанного в предыдущих параграфах следует прежде всего, что заряды, несомые положительными и отрицательными ионами, бу­дучи обратными по знаку, должны быть тождественными по абсо­лютной величин

Влияние давления газа на характер разряда.
Общий характер явлений, наблюдаемых при прохождении элек­трического тока через газ, т. е. при так называемом разряде через газ, зависит от целого ряда обстоятельств, как это уже отчасти должно быть

При атмосферном давлении.
Остановимся теперь на случае прохождения электрического тока через газ при атмосферном давлении. Ради простоты предпо­ложим, что мы имеем дело с воздухом. Представим себе (рис. 134) некоторый генер

Основные соотношения, характеризующие ток через газы.
Обратимся к схеме, изображенной на рис. 134, и допустим, что газ в промежутке между электродами В к С ионизируется не­которым неизменно действующим агентом, интенсивность которого будем хара

Тихий разряд. Корона.
Как уже было разъяснено выше (см. §§ 78, 81 и 82), стадия тихого разряда через газы возникает всякий раз, когда электриче­ская сила достигает такого значения, при котором начинается иони­зация газа

Разрывной разряд.
Интенсивная ионизация газа под влиянием сильного электриче­ского поля, характеризующая стадию тихого разряда, может, как мы знаем, завершаться разрывным разрядом, если только в системе нет ограниче

Вольтова дуга.
Мы уже имелислучай указывать выше (см. § 81), что при достаточной мощности генератора, питающего цепь, и при доста­точно малом общем сопротивлении цепи — разряд через газообраз­ную среду между двум

Дуговые выпрямители.
Дуговые выпрямители основаны на использовании неодинако­вой роли положительного и отрицательного электродов вольтовой дуги. В то время, как положительный электрод играет пассивную роль в осн

Давлениях.
В случаях, когда стадия „тихого разряда" (см. § 81) имеет место в газообразной среде при достаточной степени разряжения (порядка 0,1 мм ртутного столба), с большой отчетливостью вы­явля

Прохождение электрического тока через пустоту.
Если в условиях опыта, о котором мы говорили в конце преды­дущего параграфа, после достижения стадии развития катодных лучей при высоком разрежении газа мы будем продолжать откачи­вать газ, достига

Пустотные электрон­ные приборы.
При практическом исполь­зовании накаленного катода для проведения электриче­ского тока через пустотные приборы в настоящее время применяются самые разно­образные конструкции катода и самые разнообр

Основные положения Максвелла.
Настоящая глава посвящена изучению всякого рода динамиче­ских проявлений того электромагнитного процесса, который про­исходит в системе электрических токов. Мы будем при этом следовать пути, которы

Вторая форма уравнений Лагранжа.
Обоснование положения, что электрический ток есть явление кинетического характера, позволило Максвеллу дать стройное математическое исследование этого явления с помощью второй формы уравнений Лагра

Координатах.
Так как обобщенные координаты, как было выше указано, вполне определяют положение всех частей системы, то они должны быть связаны некоторыми зависимостями с декартовыми координатами всех точек сист

Выбор обобщенных координат для электродинамической системы.
Всякая электродинамическая система, вообще говоря, предста­вляет собою совокупность проводящих цепей, по которым проте­кают электрические токи, т. е. механическую систему, совмещенную с системой эл

Энергия: пондеро-кинетическая, электрокинетическая и нондеро-электрокинетическая.
По аналитическому строению выражения для кинетической энергии (Т) электродинамической системы можно судить и о фи­зическом характере этой энергии. В самом деле, выражение для кинетической эн

Электрокинетическая энергия.
После общего обследования всех сил, могущих обнаруживаться в системе проводников с токами, сосредоточим наше внимание на электрокинетической энергии Te и рассмотрим более подробно

Электродвижущая сила самоиндукции.
Рассмотрим сначала простейшую систему, состоящую из одного проводящего контура (рис. 153). Если к этому контуру п

Коэффициент самоиндукции.
Для количественного определения коэффициента самоиндукции некоторого контура мыможем воспользоваться любым из соотно­шений, характеризующих в той или иной степени электрокинетическ

Электродвижущая сила взаимной индукции.
Остановимся теперь на рассмотрении системы, состоящей из каких-либо двух проводящих цепей, по которым протекают элек­трические токи i1 и i2 (рис. 158).

Коэффициент взаимной индукции.
Совершенно подобно тому, что мы имели при определении коэффициента самоиндукции (см. соотношения 85 — 89 в § 99), и в случае количественного определения коэффициента взаимной индукции мы, вообще го

Индукции.
Обследуем теперь некоторые количественные соотношения между коэффициентами L1, L2 и М. Будем исходить из основного выраже­ния для электрокинетической энер

Общие выражения для магнитных потоков, сцепляю­щихся с отдельными контурами системы.
Рассмотрим теперь самый общий случай системы из n электри­ческих цепей. В этом случае, т. е. при наличии любого числа отдельных цепей, мы имеем:

Общие выражения для электродвижущих сил, индукти­руемых в отдельных цепях системы.
На основании всего вышеизложенного мы можем, подводя итоги, написать ряд нижеследующих соотношений для электродвижущих сил, индуктируемых в отдельных цепях рассматриваемой системы:

Роль короткозамкнутой вторичной цепи.
При рассмотрении явлений самоиндукции и взаимной индукции мы видели, что величина полной ЭДС, возникающей в некотором проводящем контуре в качестве реакции на производимое изменение общих электрома

Действующие коэффициенты самоиндукции и взаимной индукции.
Выше было в достаточной степени разъяснено, что коэффициент самоиндукции цепи есть функция исключительно геометрических размеров контура данной цепи. Приведенные выше примеры под­тверждают это поло

Электромагнитная сила. Общие соображения.
При анализе связи между кинетической энергией, присущей элек­тродинамической системе, и силами, возникающими в такой системе, было получено (см, § 96) общее выражение для так называемой э

Условия возникновения электромагнитной силы.
Рассмотрим некоторый круговой контур (рис. 164), по которому идет постоянный ток, поддерживаемый с помощью внешнего источ­ника.

Случай сверхпроводящнх контуров.
Для иллюстрации только-что сказанного рассмотрим некоторые случаи, когда токи в системе не сохраняются постоянными. В этом отношении особенный интерес представляют случаи сверхпроводящих цепей, соп

Случай контура с током во внешней магнитном поле.
Рассмотрим еще один пример, именно, движение контура во внешнем постоянном магнитной поле. Допустим, для простоты, что это поле создается постоянным магнитом NS (рисунки 167, 168, 169), а ко

Основная роль бокового распора и продольного тяжения магнитных линий.
Из рассмотренных нами примеров ясно, что все приведенные выше формулировки закона движений в электродинамической системе по существу являются именно лишь различными формулировками одного и того

Случай прямолинейного проводника во внешнем магнит­ном поле.
Однако, иногда применяется и другой подход к анализу и ра­счету сил, действующих в электромагнитных механизмах. Именно, иногда исходят из рассмотрения сил действующих на отдельный участок пр

Электромагнитные взаимодействия в асинхронном двигателе.
При совершенной справедливости формулировки, говорящей о стремлении всякого контура с током охватить наибольший внеш­ний поток, интересно отметить, что в некоторых практических случаях это стремлен

Величина и направление электромагнитной силы в случае одного контура с током.
Рассмотрев физическую природу явления возникновения дви­жений в электродинамической системе, обратимся к определению величины и направления электромагнитной силы в различных ча­стных случаях.

Величина и направление силы электромагнитного взаимо­действия двух контуров с током.
Рассмотрим теперь случай двух контуров, по которым проте­кают токи i1 и i2. Электрокинетическая анергия такой системы определяется выражением:

Контуров с током.
Обратимся к общему случаю системы, состоящей из произволь­ного числа контуров. Электрокинетическая энергия системы равна:

Электромагнитная сила, дей­ствующая на участок проводника с током, расположенный во внешней магнитном поле.
В тех случаях, когда вычисление внешнего потока, связанного с данным контуром, а следовательно, и опреде­ление приращения этого потока, оказывается затруднительным, удобнее пользоваться выражением,

Электромагнитное поле.
В главе III (§ 45) было уже указано, что явления электрического поля и явления магнитного поля ни в коем случае не следует рас­сматривать как совершенно самостоятельные совокупности явлений. Мы име

Основные уравнения электромагнитного поля.
Обратимся к выводу основных соотношений, характеризующих явления электромагнитного поля. Исходным пунктом этого вывода служат два соотношения, уже известные из предыдущих глав, именно? закон магнит

Распространение электромагнитной энергии.
Уравнения (133) и (134) по существу являются общим математическим выражением того факта, что при одновременном существовании взаимно связанных электрического и магнитного полей, т. е. при существов

Опытные данные, подтверждающие теорию Максвелла.
Переходя к вопросу об экспериментальном подтверждении уста­новленных Максвеллом законов распространения электромагнитной энергии, следует отметить, что соответствующий опытный материал настолько ве

Опыты Герца.
Как уже сказано в предыдущем параграфе, экспериментальные подтверждения теории Максвелла представлены в настоящее время в виде всех достижений радиотехники таким количеством материала, что доказыва

Пойнтинга.
Вопрос о механизме распространения электромагнитных воз­мущений и связанного с этим движения электромагнитной энергии представляет глубокий интерес. На этом предмете останавливали свое внимание мно

Распространение тока в металлических массах. Поверхностный аффект.
В предыдущих параграфах настоящей главы были обследованы общие законы распространения электромагнитной энергии. Остано­вимся теперь на более детальном рассмотрении процесса движения энергии в прово

Размерности электрических в магнитных величин.
1. Всякое электрическое и магнитное количество может быть выражено при посредстве основных единиц длины, массы и времени и специальных коэффициентов — диэлектрической постоянной e и магнитной прони

Предметный указатель.
Абсолютная электромагнитная еди­ница: количества электричества 193, коэффициента взаимной индукции 354, коэффициента самоиндукции 342,343, магнитного потока 47,

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги