, (9.16)
где
- сопротивление контура
,
-
падение напряжения на сопротивлении контура,
-электродвижущая
сила (ЭДС). Падение напряжения зависит от величины сопротивления
и не зависит от распределения плотности
сопротивления по длине контура. По этой причине можно считать, что
сопротивление
сосредоточено в некотором
произвольном месте контура. Следствием уравнения
является
то, что циркуляция вектора
связана с изменением
магнитного потока
(
-
площадь поверхности, ограниченной замкнутым контуром
)
формулой
.
Соотношение (9.16) перепишем в виде
. (9.17)
Контурный
интеграл в (9.17) представляет собой стороннюю Э.Д.С. ,
поэтому (9.17) для замкнутого контура представляется в виде
.
В
случае разомкнутого проводника, когда в месте разрыва подключена емкость (Рис. 9.1), интеграл по замкнутому контуру
от
можно
записать в виде
.
В
этом выражении пренебрежем слагаемым по сравнению с
, поскольку электрическое поле в
конденсаторе определяется в основном разностью потенциалов
, а не изменением магнитного поля. Интегрирование
в
производится по незамкнутому контуру.
Имеет место приближенное представление
.
. (9.18)
Учтем представления для взаимной индуктивности и емкости:
и уравнения (9.16) и (9.18) объединим в виде
. (9.19)
Это второй закон Кирхгофа.
Первый
закон Кирхгофа является следствием уравнения (в квазистационарном приближении при
выполнении условия)
.
Имеем следствие
.
Если применить последнее равенство к узлу токов (Рис. 9.3), то придем к первому закону Кирхгофа
,
в котором, токи, вытекающие из узла считаются положительными, а втекающие - отрицательными.
Следует отметить, что законы Кирхгофа не могут быть получены на основе только уравнений Максвелла, так как для их получения необходима не содержащаяся в уравнениях Максвелла информация (сопротивления, емкости и индуктивности цепей). Уравнения Кирхгофа по этой причине качественно отличаются от уравнений Максвелла.
9.5. Скин – эффект. Выше не принималось во внимание распределение переменных токов по сечению проводников. На самом деле это распределение важно не только с теоретической точки зрения, но и с технической точки зрения. Ниже будет показано, что переменный ток в проводнике, в отличие от постоянного тока не распределяется равномерно по сечению проводника, а концентрируется на его поверхности. Это явление называется скин – эффект (от английского слова skin - кожа). Переменный ток как бы «выдавливает» сам себя к поверхности проводника. Это влечет за собой изменение эффективного сопротивления и самоиндукции проводника. Эти величины зависят от времени, в случае гармонических полей имеется зависимость от частоты тока. Точное решение задачи о скин – эффекте достаточно сложно – имеется зависимость не только от формы проводника, но и от способа возбуждения в нем тока.
Рассмотрим
задачу о возбуждении тока гармоническим полем (рассмотрение проведем в
комплексной форме, по существу можно считать, что речь идет о фурье – образе
поля) в цилиндрическом проводнике радиуса
(Рис. 9.4). Проводимость проводника
и его магнитную проницаемость считаем
постоянными. Задачу будем решать в цилиндрической системе координат
с учетом осевой симметрии
. Длину проводника считаем бесконечной,
свойства полей считаем не зависящими от координаты
. Связь
плотности тока с полем дается локальным соотношением (рассматриваем
Фурье-образы полей)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.