Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №12

Журнал «Домашняя лаборатория»

Скоростью потока

Скоростью потока называется скорость течения или перемещения заряда, энергии или частиц в определенном направлении.

• В электрической цепи сила тока в проводнике зависит от разности потенциалов на его концах, а также от сопротивления самого проводника согласно уравнению: сила тока = разность потенциалов/сопротивление.

• В проводнике тепла с одинаковой площадью поперечного сечения интенсивность теплового потока зависит от разницы температур и от теплового сопротивления проводника согласно уравнению:

передача

тепла в секунду = разница температур/тепловое сопротивление.

Последнее в данном случае эквивалентно электрическому сопротивлению и равно произведению термического удельного сопротивления на длину проводника к площади поперечного сечения.

• В трубе, по которой течет жидкость или газ, скорость потока зависит от разности давлений на концах трубы и от гидравлического сопротивления. Можно составить уравнение, эквивалентное предыдущим:

скорость потока в трубе (масса в секунду) = разность давлений/гидравлическое сопротивление.

Последнее зависит от вязкости жидкости, а также от размеров трубы. Если пренебречь вязкостью жидкости, то поток не встречает сопротивления и для продолжения движения не требуется разности давлений. Внутренняя поверхность трубы затормаживает движение вязкой жидкости. Сопротивление резко повышается при уменьшении диаметров трубы, чего не наблюдается при уменьшении диаметра электрического или теплового проводника.

См. также статьи «Жидкости 2», «Сопротивление», «Теплопередача».

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Электромагнитная индукция — это процесс возникновения электрического тока в замкнутом проводнике вследствие изменения потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную контуром этого проводника.

Закон Ленца гласит: индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) имеет направление,

противоположное направлению действия индукции. Это следствие того, что проводник замкнут и не имеет иных источников ЭДС; индуцированный ток создает магнитное поле, которое стремится компенсировать изменение потока магнитной индукции.

Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит: индуцированная ЭДС пропорциональна степени изменения магнитного потока через проводник.

Законы электромагнитной индукции Ленца и Фарадея применимы ко всем ситуациям, когда ЭДС образуется вследствие изменения магнитного потока. Чем сильнее скорость изменения магнитного потока, тем сильнее индуцированная ЭДС. Если проводник замкнут, по нему проходит электрический ток. Электромагнитная индукция может возникать при движении проводника в магнитном поле (например, динамо-машина, генератор переменного тока, микрофон) или изменении плотности магнитного потока, проходящего через катушку (например, индукционная катушка, трансформатор, магнитофон). В трансформаторе переменный ток, проходящий через первичную обмотку, порождает изменяющийся магнитный поток, проходящий через сердечник и вторичную обмотку. Отношение вторичного напряжения к первичному равно отношению числа оборотов вторичной обмотки к числу оборотов первичной.

При работе электродвигателя в обмотке возникает обратная ЭДС, так как по мере вращения обмотки поток, проходящий через нее, постоянно меняется и вызывает индуцированную ЭДС или «обратную ЭДС», стремящуюся компенсировать изменение подаваемого

напряжения. Обратная ЭДС пропорциональна частоте двигателя. При увеличении нагрузки сила тока увеличивается, так как обмотка замедляет движение и обратная ЭДС уменьшается, что приводит к усилению электрического тока в обмотке.

См. также статьи «Магнитное поле 1», «Переменный ток».

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Электромагнитные волны представляют собой периодические колебания электрических и магнитных полей, распространяющиеся в среде или вакууме и происходящие в одной фазе. Для распространения таких волн не требуется наличия среды.

Существование электромагнитных волн было предсказано Джеймсом Клерком Максвеллом в 1862 году, доказавшим, что электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью света. В результате Максвелл сделал вывод, что свет имеет электромагнитную природу, а за пределами видимого спектра могут быть и иные виды электромагнитных волн. Их полный спектр выглядит следующим образом (в порядке увеличения длины волны): ?-излучение, рентгеновское излучение, ультрафиолетовый свет, видимый свет, инфракрасное излучение, микроволны, радиоволны.

Предположение Максвелла о существовании электромагнитных волн за пределами инфракрасного диапазона было подтверждено в 1887 году, когда Генрих Герц разработал метод обнаружения и порождения радиоволн, доказав, что скорость радиоволн равна скорости света.

Электромагнитные волны видимого, инфракрасного и радиодиапазонов широко используются как переносчики сигналов в средствах массовой коммуникации. Чем выше частота, тем больше информации можно перенести при помощи волн-носителей; вот почему по оптическим кабелям информации передается больше, чем по обычным медным проводам.

Электромагнитные волны рентгеновского и у-диапазона спектра используются в медицине для получения изображения внутренних органов тела и костей.

См. также статьи «Рентгеновские лучи 1 и 2», «Фотон», «Цвет 1».

ЭЛЕКТРОН

Электрон — элементарная частица, существующая в каждом атоме, имеющая постоянный отрицательный заряд, известную массу и спин. Это одна из шести элементарных частиц, называемых лептонами. Другие заряженные лептоны, мюон и таон, имеют такой же заряд, как и электрон, но обнаружить их можно только в результате столкновений частиц с большой скоростью.

Заряд электрона е равен 1,6 х 10^{– 19} Кл. Все другие заряженные частицы, кроме кварков, имеют заряд, равный целому кратному е. Удельным зарядом электрона называется отношение его заряда к массе. Удельный заряд электрона равен 1,76 х 10¹¹ Кл/кг. Спин, или собственный момент импульса, равен ¹/₂₂(h/2?). Поэтому электрон называют частицей со спином ¹/₂.