Кузнецкий институт информационных и управленческих технологий (филиал ПГУ)

Министерство образования и науки РФ

Курсовая работа по дисциплине:

«Физика»

На тему: Исследование магнитного поля тонкой двухпроводной линии

Выполнил студент группы 11КТ1

Фирстов А.Г.

Курсовая работа принят с оценкой____________

Руководитель работы Андреев В.Г.__________

                                                             ^{(подпись)}

Кузнецк 2012.

Кузнецкий институт информационных и управленческих технологий

(филиал ПГУ)

Кафедра естественнонаучных и технических дисциплин

УТВЕРЖДАЮ

Зав. Кафедрой Андреев В.Г_

«__6__» _____февраля______ 2012 г

ЗАДАНИЕ

по курсовому проекту по курсу «Физика»

Студент: Фирстов А.Г                                                        Группа: 11КТ1

Тема проекта:Исследование магнитного поля тонкой двухпроводной линии

Исходные данные (технические требования) на проектирование:

I=2A – ток линии;  l=5 см – расстояние между проводами.

Требуется построить график пространственного распределения напряженности поля и линии напряженности поля двухпроводной линии.

Объем работы по курсу

1. Теоретическая часть

Изучить пространственное распределение напряженности поля и линии напряженности поля двухпроводной линии.

2. Расчетная часть

Рассчитать пространственное распределение напряженности поля и линии напряженности поля двухпроводной линии.

3. Графическая часть

Построить график пространственного распределения напряженности поля и линии напряженности поля двухпроводной линии.

Срок выполнения проекта по разделам

1       Теоретическая часть            к     10 марта      2012 г.

2.      Расчетная часть                   к    15 апреля     2012  г.

3.      Графическая  часть               к    20 мая           2012 г.

Дата выдачи задания «___6__» _____февраля_______ 2012  г.

Дата защиты проекта «_____» ____________ 2012 г.  

Руководитель ________Андреев В.Г_____________________________

Задание получил «__6___»      февраля    2012 г.

Студент _____Фирстов А.Г________________________________

Содержание

Введение………………………………………………………………….5

1 Теоретическая часть………………………………………………… 8

1.1 Уравнения Максвелла ………………………………………………8

1.1.1 Первое уравнение Максвелла …………………………………… 8

1.1.2 Второе уравнение Максвелла. Ток смещения……………………9

1.1.3 Третье и четвертое уравнение Максвелла ………………………12

2 Расчетная часть……………………………………………………… 14

Заключение………………………………………………………………16

Список используемой литературы…………………………………….17

Приложение : Графическая часть………………………………………18

Ведение

Джеймс-Клерк Максвелл -английский физик, создатель классической электродинамики, один из основателей статистической физики, родился в Эдинбурге в 1831 году Максвелл - сын шотландского дворянина из знатного рода Клерков. Учился в Эдинбургском (1847-50) и Кембриджском (1850-54) университетах. Член Лондонского королевского общества (1860). Профессор Маришал-колледжа в Абердине (1856-60), затем Лондонского университета (1860-65). С 1871 года Максвелл -- профессор Кембриджского университета. Там он основал первую в Великобритании специально оборудованную физическую лабораторию - Кавендишскую лабораторию, директором которой он был с 1871года. Научная деятельность Максвелла охватывает проблемы электромагнетизма, кинетической теории газов, оптики, теории упругости и многое другое. Свою первую работу "О черчении овалов и об овалах со многими фокусами" Максвелл выполнил, когда ему ещё не было 15 лет (1846 г., опубликована в 1851 г.). Одними из первых его исследований были работы по физиологии и физике цветного зрения и колориметрии (1852-72). В 1861 году Максвелл впервые демонстрировал цветное изображение, полученное от одновременного проецирования на экран красного, зелёного и синего диапозитивов, доказав этим справедливость трёхкомпонентной теории цветного зрения и одновременно наметив пути создания цветной фотографии. Он создал один из первых приборов для количественного измерения цвета, получившего название диска Максвелл. В 1857-59 гг. Максвелл провёл теоретическое исследование устойчивости колец Сатурна и показал, что кольца Сатурна могут быть устойчивыми лишь в том случае, если они состоят из не связанных между собой твёрдых

частиц. В исследованиях по электричеству и магнетизму (статьи "О фарадеевых силовых линиях", 1855-56 гг.; "О физических силовых линиях", 1861-62 гг.; "Динамическая теория электромагнитного поля", 1864 г.; двухтомный фундаментальный "Трактат об электричестве и магнетизме", 1873 г.) Максвелл математически развил воззрения Майкла Фарадея на роль промежуточной среды в электрических и магнитных взаимодействиях. Он попытался (вслед за Фарадеем) истолковать эту среду как всепроникающий мировой эфир, однако эти попытки не были успешны. Дальнейшее развитие физики показало, что носителем электромагнитных взаимодействий является электромагнитное поле, теорию которого (в классической физике) Максвелл и создал. В этой теории Максвелл обобщил все известные к тому времени факты макроскопической электродинамики и впервые ввёл представление о токе смещения, порождающем магнитное поле подобно обычному току (току проводимости, перемещающимся электрическим зарядам). Максвелл выразил законы электромагнитного поля в виде системы 4 дифференциальных уравнений в частных производных (уравнения Максвелла). Общий и исчерпывающий характер этих уравнений проявился в том, что их анализ позволил предсказать многие неизвестные до того явления и закономерности.
Так, из них следовало существование электромагнитных волн, впоследствии экспериментально открытых Г. Герцем. Исследуя эти уравнения, Максвелл пришёл к выводу об электромагнитной природе света (1865 г.) и показал, что скорость любых других электромагнитных волн в вакууме равна скорости света. Он измерил (с большей точностью, чем В. Вебер и Ф. Кольрауш в 1856 году) отношение электростатической единицы заряда к электромагнитной и подтвердил его равенство скорости света. Из теории Максвелл вытекало, что

электромагнитные волны производят давление. Давление света было экспериментально установлено в 1899 П. Н. Лебедевым. Теория электромагнетизма Максвелл получила полное опытное подтверждение и стала общепризнанной классической основой современной физики. Роль этой теории ярко охарактеризовал А. Эйнштейн: "... тут произошел великий перелом, который навсегда связан с именами Фарадея, Максвелла, Герца. Львиная доля в этой революции принадлежит Максвеллу… После Максвелла физическая реальность мыслилась в виде непрерывных, не поддающихся механическому объяснению полей... Это изменение понятия реальности является наиболее глубоким и плодотворным из тех, которые испытала физика со времен Ньютона".В исследованиях по молекулярно-кинетической теории газов (статьи "Пояснения к динамической теории газов", 1860 г., и "Динамическая теория газов", 1866 г.) Максвелл впервые решил статистическую задачу о распределении молекул идеального газа по скоростям (распределение Максвелла). Максвелл рассчитал зависимость вязкости газа от скорости и длины свободного пробега молекул (1860), вычислив абсолютную величину последней, вывел ряд важных соотношений термодинамики (1860). Экспериментально измерил коэффициент вязкости сухого воздуха (1866). В 1873-74 гг. Максвелл открыл явление двойного лучепреломления в потоке (эффект Максвелла). Максвелл был крупным популяризатором науки. Он написал ряд статей для Британской энциклопедии, популярные книги - такие как "Теория теплоты" (1870), "Материя и движение" (1873), "Электричество в элементарном изложении" (1881), переведённые на русский язык. Важным вкладом в историю физики является опубликование Максвеллом рукописей работ Г. Кавендиша по электричеству (1879) с обширными комментариями.

1 Теоретическая часть

   1.1. Уравнения Максвелла

   1.1.1 Первое уравнение Максвелла

Первое уравнение Максвелла в интегральной форме является обобщением закона электромагнитной индукции Фарадея.

Согласно Максвеллу этот закон справедлив не только для проводящего контура, но и для любого замкнутого контура, мысленно выбранного в переменном магнитном поле. Иными словами, с переменным магнитным полем независимо от того, находятся в нем проводники или нет, неразрывно связано вихревое индуктированное электрическое поле.

Если воспользоваться выражением для магнитного потока, то первое уравнение Максвелла можно записать виде:

Здесь dS— единичный вектор нормали к малому элементу dS поверхности S, натянутой на замкнутый контур L (из конца вектора n обход контура L виден происходящим против часовой стрелки).

Согласно теореме Стокса из векторного анализа

Основываясь на этой теореме, можно перейти от первого уравнения Максвелла в интегральной форме к первому уравнению Максвелла в дифференциальной форме: