На рисунке во вложении показан график проекции скорости тела, которое в исходный момент (t=0) находилось в начале координат. Определите координату тела в момент t1=10 с, модуль его перемещения и путь, пройденный к этому моменту.

осмотрим, как влияет э.д.с. самоиндукции на процесс установления тока в цепи, содержащей индуктивность.

в цепи, представленной на схеме 10.10, течёт ток. отключим источник e, разомкнув в момент времени  t  = 0 ключ  к. ток в катушке начинает убывать, но при этом возникает э.д.с. самоиндукции, поддерживающая убывающий ток.

рис. 10.10.

запишем для новой схемы 10.10.b  уравнение правила напряжений кирхгофа:

.

разделяем переменные и интегрируем:

пропотенцировав последнее уравнение, получим:

.

постоянную интегрирования найдём, воспользовавшись начальным условием: в момент отключения источника  t  = 0, ток в катушке  i(0) =  i0.

отсюда следует, что  c  =  i0  и поэтому закон изменения тока в цепи приобретает вид:

                                                  .                                              (10.7)

график этой зависимости на рис. 10.11. оказывается, ток в цепи, после выключения источника, будет убывать по экспоненциальному закону и станет равным нулю только спустя  t  = ¥.

рис. 10.11.

вы и сами теперь легко покажете, что при  включении  источника (после замыкания ключа  к) ток будет нарастать тоже по экспоненциальному закону, асимптотически приближаясь к значению  i0  (см. рис. 10.

                                                  .                                    (10.8)

но вернёмся к первоначальной размыкания цепи.

мы отключили в цепи источник питания (разомкнули ключ  к), но ток — теперь в цепи 10.8.b  — продолжает течь. где черпается энергия, обеспечивающая бесконечное течение этого убывающего тока?

ток поддерживается электродвижущей силой самоиндукции e =  . за время  dt  убывающий ток совершит работу:

da  = eси×i×dt  = –lidi.

ток будет убывать от начального значения  i0  до нуля. проинтегрировав последнее выражение в этих пределах, получим полную работу убывающего тока:

                                        .                          (10.9)

совершение этой работы сопровождается двумя процессами: исчезновением тока в цепи и исчезновением магнитного поля катушки индуктивности.

с чем же связана была выделившаяся энергия? где она была локализована? располагалась ли она в проводниках и связана ли она с направленным движением носителей заряда? или она локализована в объёме соленоида, в его магнитном поле?

опыт даёт ответ на эти вопросы:   энергия электрического тока связана с его магнитным полем и распределена в пространстве, занятом этим полем.

несколько изменим выражение (10.9), учтя, что для длинного соленоида справедливы следующие утверждения:

          l  = m0n2sl          (10.5) — индуктивность;

          b0  = m0ni0          (9.17) — поле соленоида.

эти выражения используем в (10.9) и получим новое уравнение для полной работы экстратока размыкания, или — начального запаса энергии магнитного поля:

                              .                          (10.10)

здесь  v  =  s×l  — объём соленоида (магнитного

энергия катушки с током пропорциональна квадрату вектора магнитной индукции.

разделив эту энергию на объём магнитного поля, получим среднюю плотность энергии:

  [].                                      (10.11)

это выражение похоже на выражение плотности энергии электростатического поля:

.

обратите внимание: в сходных уравнениях, если e0  — в числителе, m0  — непременно в знаменателе.

зная плотность энергии в каждой точке магнитного поля, мы теперь легко найдём энергию, в любом объёме  v  поля.

локальная плотность энергии в заданной точке поля:

.

значит,  dw  = wdv  и энергия в объёме  v  равна:

.

Одним из методов исследования элементарных частиц высоких энергий, нашедших применение в последнее время, является фотоэмульсионный метод. Экспериментальное изучение элементарных частиц фотоэмульсионным методом производится по их следам, оставленным в стопке пластин с толстослойной "ядерной" фотоэмульсией, облученных на синхрофазотронах или в космическом пространстве [l]. Ядерная толстослойная фотоэмульсия - это суспензия светочувствительных зерен бромистого серебра в растворе желатина со значительно большей концентрацией (до 84 %) и в несколько раз меньших размеров зерен, чем в обычной фотоэмульсии. Размер зерен бромистого серебра от 0,2 до 0,4мкм. Заряженные частицы, проходя через ядерную фотоэмульсию, воздействуют на зерна бромистого серебра таким образом, что после проявления они образуют ряд черных зерен коллоидного серебра вдоль траектории частиц. Чем выше чувствительность фотоэмульсии и больше ионизация, создаваемая частицей, тем плотнее зерна следа частиц. Благодаря большой тормозной ядерные фотоэмульсии имеют возможность зафиксировать следы частиц с очень большой энергией на сравнительно небольшой пластинке. Это обстоятельство черезвычайно важно для изучения космических лучей и частиц высокой энергии, получаемых на современных ускорителях. Современные ядерные фотоэмульсии позволяют регистрировать следы частиц с энергией порядка 1010 - 1015эв. Так как ядерная эмульсия представляет собой силовое поле, как и любая другая среда, то элементарная частица, попадая в слой фотоэмульсии, подвергается воздействию ядерных сил. Действие ядерных сил на элементарную частицу подчиняется закону Кулона образуя, таким образом, кулоновское взаимодействие электронных зарядов зерен эмульсии элементарной частицы. Распределение зерен бромистого серебра в объеме фотоэмульсии случайно, поэтому элементарная частица с большой энергией, попадая в слой фотоэмульсии благодаря кулоновскому взаимодействию будет двигаться не прямолинейно, а испытывать многократные отклонения от прямолинейности. Эти отклонения не регулярны, носят случайный характер и называются многократным рассеянием. Чем меньше энергия частицы, при всех прочих равных условиях, тем больше многократное рассеяние. Чем больше энергия частицы, тем больше длина пробега и расстояние между отдельными экспонированными зернами или группами зерен и тем меньше величина отклонения траектории движения частиц от прямолинейности и степень почернения зерен фотоэмульсии