Короткий довідник з фізики

Формули основних розділів

Електромагнітна індукція

явище виникнення електричного струму в замкнутому провідному контурі при зміні магнітного потоку, що проходить крізь нього

1. Дія магнітного поля на заряди та провідники

Сила Лоренца:

Формула сили Лоренца: F = q·E + q·v×B — сила, що діє на заряджену частинку в електричному та магнітному полях

F L > = q · v · B · sin ( α )
Пояснення

Сила діє на заряд q, що рухається зі швидкістю v у магнітному полі B, під кутом α до напрямку поля. Максимальна при α = 90°, відсутня при α = 0°.

Сила Ампера:

Формула сили Ампера: FA = I·l·B·sin(α) — сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, залежить від струму, довжини провідника, магнітної індукції та кута між ними

F A > = I · l · B · sin ( α )
Коментар

Сила, що діє на провідник довжиною l зі струмом I, розташований у полі B під кутом α. Напрямок визначається правилом лівої руки.

Магнітний момент контуру:

Формула магнітного моменту контуру: M = I·S·B·sin(α) — момент, що діє на контур зі струмом у магнітному полі, залежить від струму, площі контуру, магнітної індукції та кута між нормаллю та полем

M = I · S · B · sin ( α )
Коментар

Момент, що діє на контур площею S зі струмом I в магнітному полі B. Забезпечує обертання контуру та є фундаментальним для роботи електродвигунів.

2. Характеристики магнітного поля

Магнітний потік:

Формула магнітного потоку: Φ = B·S·cos(α) — добуток магнітної індукції, площі поверхні та косинуса кута між напрямком поля та нормаллю до поверхні

Φ=B·S·cos(α)
Пояснення

Магнітний потік Φ — це кількість ліній магнітної індукції, що проходять через поверхню S під кутом α. Чим більше поле та площа, тим вищий потік. Максимальний при α = 0°.

Напруженість магнітного поля:

Формула напруженості магнітного поля: H = I / (2·π·r) — залежить від сили струму та відстані до провідника

H=I2πr
Коментар

Напруженість H залежить від сили струму I та відстані r від провідника. Чим ближче до провідника, тим сильніше поле. Напрямок за правилом правої руки (свердлика).

3. Індукція та самоіндукція

Індукована ЕРС (закон Фарадея):

Формула індукованої ЕРС: εF = –N·ΔΦ/Δt — електрорушійна сила пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через контур

εF=N·ΔΦΔt
Пояснення

ЕРС виникає при зміні магнітного потоку через контур. N — кількість витків, ΔΦ — зміна потоку, Δt — інтервал часу. Знак мінус відображає протидію (правило Ленца).

ЕРС самоіндукції:

Формула ЕРС самоіндукції: ε = –L·ΔI/Δt — електрорушійна сила, що виникає при зміні струму в колі, пропорційна індуктивності та швидкості зміни струму

ε=L·ΔIΔt
Коментар

ЕРС виникає при зміні струму в колі з індуктивністю L. ΔI — зміна сили струму, Δt — інтервал часу. Самоіндукція — це явище виникнення ЕРС у самому колі.

4. Енергія магнітного поля

Енергія через струм:

Формула енергії магнітного поля котушки: WM = (L·I²)/2 — енергія, що накопичується в котушці з індуктивністю при протіканні струму

W M > = L I 2 > 2
Пояснення

Енергія накопичується в котушці з індуктивністю L при протіканні струму I. Пропорційна квадрату струму — аналогічно кінетичній енергії в механіці.

Енергія через магнітний потік та силу струму:

Формула енергії магнітного поля: WM = Φ·I / 2 — енергія, що накопичується в котушці, виражена через магнітний потік та силу струму

W M > = Φ I 2
Коментар

Формула застосовується, коли відомі магнітний потік Φ та сила струму I. Дає еквівалентну енергію поля через параметри кола.

Енергія через магнітний потік та індуктивність:

Формула енергії магнітного поля: WM = Φ² / (2·L) — енергія, що накопичується в котушці, виражена через квадрат магнітного потоку та індуктивність

W M > = Φ 2 > 2 L
Пояснення

Корисна для розрахунків, коли відомі потік поля та індуктивність. Застосовується в теорії коливань та резонансних контурах.