Колебания и волны Электромагнитные колебания. Оптика Ньютона

Методика решения задач по физике

Таким образом, если мы знаем механические и электромагнитные свойства используемого электромагнитным полем физического пространства, а также его геометрию, мы можем всегда рассчитать мощности, возникающие при протекании токов в этом пространстве.

Это даёт нам ещё на стадии проектирования мощный аппарат для моделирования электромагнитных процессов, протекающих в будущем электротехническом устройстве.

Любой электрический прибор можно представить как пространство, в котором будет происходить задаваемое разработчиком изменение электромагнитного поля.

Для моделирования такого устройства достаточно представить это пространство в виде множества точек, которые называются узлами, и приписать им соответствующий узловой потенциал. Между узлами с разным потенциалом существует напряжение U , которое приводит к возникновению тока I между этими узлами. Путь для тока I между узлами называют ветвью. На этом пути электромагнитная энергия превращается в механическую (тепловую), электрическую и магнитную энергии в соответствии с коэффициентами R, С, L. Можно представить их в виде отдельных элементов, которые будут замещать нам в модельном представлении реальные процессы преобразования энергии. Поэтому модель электротехнического устройства будет выглядеть в виде структурной схемы замещения, состоящей из узлов, соединённых ветвями с соответствующими условно-графическими обозначениями (УГО) элементов R, С, L. Степень приближения модели к реальности определяется количеством узлов и ветвей в схеме, а также учётом всех превращений энергии этими элементами. Необходимо постоянно помнить, что два узла всегда соединяются всеми 3 элементами. Для упрощения моделей очень часто между узлами оставляют по одному элементу, который больше других участвует в местном превращении электромагнитной энергии. Но это может привести к серьёзным ошибкам, так как при разных условиях роль этих элементов может существенно поменяться.

Если напряжение U и ток I являются переменными величинами, то величины элементов R, С, L определяются устройством электроприбора - какие материалы используются и как конструктивно они расположены, т.е. они подвластны разработчику. Подбор этих элементов позволяет создать необходимое по задаваемым условиям потенциальное и динамическое распределение электромагнитного поля.

У электронщиков всего 3 элемента и все они используются по назначению.

За что им дают патенты? (И.И.Петров, выпускник МИФИ).

Условно-графические обозначения элементов в общем виде:

Если значения элементов R, С, L , то есть электромагнитные свойства и геометрические параметры пространства между точками 1 и 2, не меняются в зависимости от напряжения и тока, то такие элементы называются линейными , и их можно вынести за дифференциал или интеграл. В другом случае эти элементы будут нелинейными.

Своё название они получили из-за вида вольтамперной характеристики линейного и нелинейного сопротивлений. Это видно из сравнения вольтамперных характеристик линейного сопротивления 10 Ом и искрового промежутка, в котором развивается дуговой разряд.

Природа подарила нам два типа материалов с существенно отличными значениями удельного сопротивления – электрики и диэлектрики (по образному определению

М. Фарадея). В настоящее время электрики чаще всего называют проводниками, по их функции пропускать электрический ток практически без потерь. У них очень малое значение r , которое для меди составляет всего 0,0172 Ом.м.

Диэлектрики оставили своё название у материаловедов, а в электротехнике их больше знают как изоляторы, по выполняемой ими функции практически не пропускать электрический ток ввиду очень большого значения r, которое для воздуха >1014 Ом.м.

Третий материал – полупроводник с изменяемой величиной r, получил широкое распространение в качестве материала для производства нелинейных сопротивлений.

Можно также выделить материалы с разной диэлектрической проницаемостью:

неполярные (e ~ 2 – 3), полярные (e ~ 10 -100) и ферроэлектрики (e ~ 1000).

Среди магнитных материалов известны:

диамагнетики (m < -1), парамагнетики (m >1) и ферромагнетики (m >100). 

Из этих материалов можно изготавливать фабричным способом различные компоненты с номинальными характеристиками соответствующих элементов. Данные устройства получили название резисторов, конденсаторов, индукторов (катушек индуктивности), полупроводниковых приборов и т.п..


Энергия и импульс электромагнитной волны