Импульсное магнитное поле. Галузо С.Ю - 3 стр.

UptoLike

Составители: 

2
2
LI
W
L
=
. (2)
При этом
LC
WW
. (3)
Для оценки энергии
C
W
, которую необходимо запасти для создания магнитного поля с
индукцией
0
B
, будем считать поле внутри соленоида однородным. Тогда
Sl
B
W
C
0
2
0
2
µ
, (4)
где
4
2
DS
π
=
, а D и l – соответственно диаметр и длина соленоида.
Для более точных расчетов необходимо учитывать неоднородность поля в
соленоиде конечной длины. При этом индукция магнитного поля в центре соленоида
выражается формулой
l
D
nIB
cos
000
µ
=
, (5)
где n число витков соленоида на единицу его длины,
0
I
- сила тока, текущего через
соленоид.
Кроме того, необходим учет и потерь энергии на активном сопротивлении R . Для
этого запишем уравнение собственных колебаний в LCR контуре:
, (6)
где Q мгновенная величина заряда на конденсаторе. Колебания начинаются в момент
времени, когда конденсатор полностью заряжен и ток в контуре еще отсутствует:
0)0(,)0(
0
=====
dt
dQ
tICUtQ
.
При таких начальных условиях решение уравнения (6) имеет вид:
( ) ( )
ϕω
ω
ω
δ
=
teCUtQ
t
cos
0
0
, (7)
откуда
( )
te
Z
U
tI
t
ω
ω
ω
δ
sin
00
=
, (8)
где
CLZLRTLC
=====
,2,,2,1
2
2
0
22
0
δδωωπωω
- волновое
сопротивлении контура,
ωδϕ
=
tg
.
Характерные временные зависимости напряжения на конденсаторе
CQU
C
=
,
силы тока в контуре I и напряжения на индуктивности соленоида
dtdILU
L
=
приведены на рис. 2.
4
0
U
0
L
U
2
T
0
I
0
ω
ϕ
+
4
T
4
T
0
U
C
U
t
t
t
t
                                                   4
                                                       LI 2
                                            WL =            .                                   (2)
                                                        2

При этом
                                            WC ≈ W L .                                          (3)

Для оценки энергии WC , которую необходимо запасти для создания магнитного поля с
индукцией B0 , будем считать поле внутри соленоида однородным. Тогда

                                            B02
                                   WC ≈          Sl ,                                           (4)
                                            2µ 0

где S = π D 2 4 , а D и l – соответственно диаметр и длина соленоида.
       Для более точных расчетов необходимо учитывать неоднородность поля в
соленоиде конечной длины. При этом индукция магнитного поля в центре соленоида
выражается формулой
                                                         D
                                   B0 = µ 0 nI 0 cos       ,                                    (5)
                                                         l

где n – число витков соленоида на единицу его длины, I 0 - сила тока, текущего через
соленоид.
       Кроме того, необходим учет и потерь энергии на активном сопротивлении R . Для
этого запишем уравнение собственных колебаний в LCR контуре:

                                     + RQ +     Q
                                   LQ                = 0,                                       (6)
                                                   C

где Q – мгновенная величина заряда на конденсаторе. Колебания начинаются в момент
времени, когда конденсатор полностью заряжен и ток в контуре еще отсутствует:

                                                                     dQ
                           Q (t = 0) = U 0 C ,         I (t = 0) =      = 0.
                                                                     dt

При таких начальных условиях решение уравнения (6) имеет вид:
                    UC
                                           ω 0 −δt
                     U0   Q( t ) = U 0 C      e cos( ω t − ϕ ) ,                                (7)
                                           ω
откуда
                                     U ω
                      0   I ( t ) = −T 0 ⋅ 0 e − δ t sin ω t ,
                                                     T                                          (8)
                                      Z ω                                       t
                                4                     2
      ω 0 = 1 LC,  ω I= 2π T ,               2 T
                                ω ∗= ω 0 − δ ,       ϕ
                                                 +δ = R 2L,                    Z= LC
        2                         2     2
где                                                                                    -   волновое
сопротивлении контура,
                               t
                        tgϕ = δ ω .            4 ω
                     0                                  t
      Характерные временные зависимости напряжения на конденсаторе UC = Q C ,
силы тока в контуре I и напряжения на индуктивности соленоида U L = L ⋅ dI dt
приведены на рис. 2.
                    UL
                      0
                                                                                t


                   − U0