2. В чём суть электромагнитной индукции? Индуктивность проводника, единицы его измерения. Выведите формулу индуктивности бесконечно длинного соленоида.
Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток. Индуктивность контура (L) – коэффициент пропорциональности. ,. 1Гн – индуктивность такого контура, магнитый поток самоиндукции которого при токе в 1А = 1Вб. 1Гн=1Вб/А=1В*С/А. Индуктивность длинного соленоида. Полный магнитный поток через соленоид.
Билет №19
1. Опишите поведение проводника в электрическом поле. Покажите, что напряжённость внутри любой полости проводника=0, а силовые линии эл.ст. поля вблизи поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.
Небольшая
цил. Пов-ть, одно из оснований расположено
внутри, другое – вне проводника.
Поток
вектора D
ч/з внутр. Пов-ть = 0. Ч/з внешнюю пов-ть
поток смещения DdS.
Внутри цилиндра содержится сторонний
заряд δdS.
По т.Гаусса получим D=δ
=> E=
δ/ε
Если
поместить проводник во внешнее эл.-ст.
поле заряды проводника начнут перемещаться.
Это будет продолжаться до тех пор, пока
не установится равновесие распределение
зарядов, при котором Eвнутр.
Проводника=0. Если бы это было так, то в
проводнике возникло бы упор.
Т.к. поле внутри проводника отсутствует, то поверхность проводника является эквивалентной => Е направлен по нормали к поверхности. Если бы это было не так, то под действием заряды начали бы перемещаться по поверхности проводника, что противоречит равновесному распределению зарядов.
2. Выведите формулу для силы взаимодействия двух параллельных бесконечно длинных проводников с током. Дайте определение единицы силы тока – Ампера.
Ампер – сила не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямоугольным проводником бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенном в вакууме на расстоянии 1м один от другого, создаёт между этими проводниками силу, равную Н на каждый метр длины. Два параллельных тока одинакового направления притягиваются, разного – отталкиваются.
.
По закону Ампера:
,. Рассуждая аналогично получаем:.
Билет №20
Какие вещества относятся к сегментоэлекрикам? В чём особенность их строения? Перечислите и объясните свойства сегметоэлектриков.
Сегментоэлектрики – диэлектрики, обладающие в определённом интервале температур спонтанной поляризованностью, т.е. поляризованностью в отсутствии внешнего поля (сегнетова соль, титанат бария). При отсутствии вн. поля сегнетоэлектрик состоит из доменов, областей с различными направлениями поляризованности. В целом дипольный момент диэлектрика=0. При внесении сегнетоэл. во вн.эл. поле происходит переориентация дипольных моментов по полю. После прекращения действия поля сумма эл. поля доменов будет поддерживать их некоторую ориентацию. Свойства: 1) При T> т. Кюри cв-ва исчезают. 2) , Х сегментоэл. зависит отполя.3) Р(Е) нелинейная – представляет собой петлю ГИСТЕРЕЗИСА.
2.
Выведите дифференциальное уравнение
затухающих колебаний в эл.
контуре.
Запишите его решение. Раскройте физический
смысл коэффициента затухания,
логарифмического декремента затухания,
добротности контура.
Конденсатор предварительно заряжен. По второму закону Кирхгофа: ,,,.
Обозначим – коэффициент затухания.- собственная частота.,,,,,,-изменение амплитуды затухающих колебаний. Логарифмический декремент затухания:- время, за которое амплитуда уменьшается в е раз.-связь междуи.- коэффициент затухания – в- раз уменьшается амплитуда в единицу времени.
Добротность пропорциональна числу колебаний Ne, совершаемых системой за время релаксации.
Билет №21
1.Докажите, что на границе двух диэлектриков тангенциальная составляющая вектора претерпевают разрывов, а тангенциальная составляющая остаётся без изменения.
–
напряжённость электрического поля.
,-направлен
по касательным и силовым линиям.
-вектор
электрического смещения..
Построим вблизи границы раздела двух
диэлектриков небольшой замкнутый
прямоугольный контур.
По теореме о циркуляции вектора ,. Интегралы по участкамDA и BC ничтожно малы. =>. Таким образом тангенциальная составляющаяне претерпевает разрыв. На границе раздела двух диэлектриков построим прямой цилиндр, высота которого ничтожно мала. Основания настолько малы, что в пределах каждого из ниходинаков. По теореме Гаусса:,=>. Таким образом нормальная составляющаяне претерпевает разрыв.
40) Явление электромагнитной индукции
Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.
Особенности явления:
чем быстрее изменится число линий магнитной индукции, тем больше возникающий ток;
независимость явления возникновения индукционного тока от причины изменения числа линий магнитной индукции.
Практическое значение явления:
Фарадей первым сконструировал несовершенную модель генератора электрического тока, превращающего механическую энергию вращения в ток, состоящую из медного диска, вращающегося между полюсами сильного магнита. Зафиксированный гальванометром ток был слаб, но было сделано самое важное: найден принцип построения генераторов тока.
М. Фарадей (1791-1867) открыл явление электромагнитной индукции. Для раскрытия сущности этого явления введем понятие потока вектора магнитной индукции через поверхность площадью дельта S. Эта величина равна произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь AS и косинус угла а между векторами В и n (нормалью к поверхности):
Произведение В • cos а = В
Поток может быть как положительным,
так и отрицательным в зависимости от
угла а.
Если магнитное поле однородное, то поток через плоскую поверхность площадью S равен:
В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную этим контуром. Этот ток получил название индукционного тока, а само явление возникновения тока в проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную контуром, назвали явлением
В электрической цепи появляется ток, если на свободные заряды действуют электрические силы. Следовательно, при изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную контуром, в контуре возникает электродвижущая сила, ЭДС индукции еi Закон электромагнитной индукции утверждает, что ЭДС индукции в замкнутом контуре численно равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:
Направление индукционного тока
определяется правилом (законом) Э.
Дж. Максвеллом было высказано следующее фундаментальное свойство магнитного поля: изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле. Это электрическое поле имеет совсем другую структуру, чем электростатическое. Линии напряженности возникшего электрического поля представляют собой замкнутые линии, подобные линиям индукции магнитного поля. Такое поле называют
Вихревое электрическое поле, так же,
как и магнитное, непотенциально.Работа вихревого электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.
Если проводник длиной l перемещать в магнитном поле с индукцией В, направленной перпендикулярно скорости перемещения, то магнитная сила Лоренца разделяет электрические заряды проводника и между его концами возникает ЭДС индукции, равная ei = lvE.
Возникновение изменяющегося магнитного поля создает ЭДС индукции в том контуре, по которому течет ток, создающий это изменяющееся поле. Такое явление назвали самоиндукцией.
Магнитный поток, проходящий через контур, прямо пропорционален силе тока в контуре:
Физическая величина, равная отношению магнитного потока, проходящего через контур, к силе тока в контуре, называется индуктивностью этого контура:
ЭДС, возникающая в контуре, при изменении
силы тока, протекающего по контуру,
называется ЭДС самоиндукции.
По закону электромагнитной индукции ЭДС самоиндукции равна
За единицу индуктивности в СИ принимается 1 генри (1 Гн), это индуктивность такого контура, в котором при равномерном изменении силы тока в цепи со скоростью 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции, равная 1 В:
Спонтанная электромагнитная индукция способствует формированию экономичной структуры нейронной сети посредством процесса самоорганизации
1. Bassett DS, Bullmore ET. Пересмотр мозговых сетей маленького мира. Неврологи. 2017;23:499–516. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
2. Ляо X, Василакос А.В., Хе Ю. Сети человеческого мозга в маленьком мире: перспективы и проблемы. Неврологи. Биоповедение. 2017; 77: 286–300. doi: 10.1016/j.neubiorev.2017.03.018. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
3. Ван Р., Цуда И., Чжан З. Новый механизм работы с активностью нейронов. Междунар. Дж. Нейронная система.
2015;25:1450037. doi: 10.1142/S0129065714500373. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
4. Laughlin SB, Sejnowski TJ. Коммуникации в нейронных сетях. науч. 2003; 301:1870–1874. doi: 10.1126/science.1089662. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
5. Ван И, Ван Р, Чжу Ю. Поиск оптимального пути посредством мысленного исследования на основе градиентов нервного энергетического поля. Познан. Нейродин. 2017;11:99–111. doi: 10.1007/s11571-016-9412-2. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
6. Zhu F, Wang R, Pan X, Zhu Z. Вычисление расхода энергии одного взрывающегося нейрона. Познан. Нейродин. 2019;13:75–87. doi: 10.1007/s11571-018-9503-3. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
7. Qu J, Wang R, Yan C, Du Y. Пространственно-временное поведение нейронных сетей малого мира с использованием картографической модели. Нейронный процесс. лат. 2017; 45: 689–701. doi: 10.1007/s11063-016-9547-5. [CrossRef] [Google Scholar]
8.
Qu J, Wang R, Yan C, Du Y. Колебания и синхрония в корковой нейронной сети. Познан. Нейродин. 2014; 8: 157–166. doi: 10.1007/s11571-013-9268-7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
9. D’amour JA, Froemke RC. Тормозная и возбуждающая пластичность, зависящая от времени спайка, в слуховой коре. Нейрон. 2015; 86: 514–528. doi: 10.1016/j.neuron.2015.03.014. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
10. Carcea I, Froemke RC. Пластичность коры, возбудительно-тормозной баланс и сенсорное восприятие. прог. Мозг Res. 2013;207:65–90. doi: 10.1016/B978-0-444-63327-9.00003-5. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
11. Альварез В.А., Сабатини Б.Л. Анатомо-физиологическая пластичность дендритных шипиков. Анну. Преподобный Нейроски. 2007; 30:79–97. doi: 10.1146/annurev.neuro.30.051606.094222. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
12. Bullmore E, Sporns O. Сложные мозговые сети: теоретико-графовый анализ структурных и функциональных систем.
Нац. Преподобный Нейроски. 2009 г.;10:186–198. doi: 10.1038/nrn2575. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
13. Daoudal G, Debanne D. Долгосрочная пластичность внутренней возбудимости: правила и механизмы обучения. Учить. Мем. 2003; 10: 456–65. doi: 10.1101/lm.64103. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
14. Такеучи Т., Душкевич А.Дж., Моррис Р.Г. Гипотеза синаптической пластичности и памяти: кодирование, хранение и постоянство. Фил. Транс. Р. Соц. Б. 2014; 369:20130288. doi: 10.1098/rstb.2013.0288. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
15. Сонг С., Миллер К.Д., Эбботт Л.Ф. Конкурентное обучение по Хеббиану посредством синаптической пластичности, зависящей от времени спайка. Нац. Неврологи. 2000;3:919–926. дои: 10.1038/78829. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
16. Li X, Zhang J, Small M. Самоорганизация нейронной сети с гетерогенными нейронами усиливает когерентность и стохастический резонанс. Хаос. 2009;19:013126. doi: 10.1063/1.
3076394. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
17. Li X, Small M. Нейрональные лавины самоорганизующейся нейронной сети с доминирующей структурой активных нейронов. Хаос. 2012;22:023104. дои: 10.1063/1.3701946. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
18. Wang R, Wu Y, Wang L, Du M, Li J. Структура и динамика самоорганизующейся нейронной сети с улучшенным правилом stdp. Нелинейная динам. 2017; 88: 1855–1868. doi: 10.1007/s11071-017-3348-x. [CrossRef] [Google Scholar]
19. Презиозо М., Меррих Баят Ф., Хоскинс Б., Лихарев К., Струков Д. Самоадаптивная пластичность металлооксидных мемристоров, зависящая от времени. науч. Отчет 2016;6:21331. doi: 10.1038/srep21331. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
20. Ким С.Ю., Лим В. Влияние пластичности, зависящей от времени спайка, на стохастическую синхронизацию всплесков в нейронной сети без масштаба. Познан. Нейродин. 2018;12:315–342. doi: 10.1007/s11571-017-9470-0. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
21.
Мадади Асл М., Вализаде А., ТАСС PA. Задержки распространения дендритов и аксонов определяют эмерджентные структуры нейронных сетей с пластичными синапсами. науч. 2017;7:39682. doi: 10.1038/srep39682. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
22. Мадади Асл М., Вализаде А., Тасс П.А. Индуцированная задержкой мультистабильность и образование петель в нейронных сетях с пластичностью, зависящей от времени спайка. науч. Отчет 2018; 8:12068. doi: 10.1038/s41598-018-30565-9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
23. Маркрам Х. Регулирование синаптической эффективности путем совпадения постсинаптических ап и эпс. науч. 1997; 275: 213–215. doi: 10.1126/science.275.5297.213. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
24. Debanne D, Gähwiler BH, Thompson SM. Долгосрочная синаптическая пластичность между парами отдельных ca 3 пирамидные клетки в культурах срезов гиппокампа крысы. Дж. Физиол. 2010; 507: 237–247. doi: 10.1111/j.
1469-7793.1998.237bu.x. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
25. Haas JS, Nowotny T, Abarbanel HD. Зависимая от времени спайка пластичность тормозных синапсов в энторинальной коре. Дж. Нейрофизиол. 2006;96:3305–3313. doi: 10.1152/jn.00551.2006. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
26. Froemke RC, Dan Y. Синаптическая модификация, зависящая от времени спайка, вызванная естественными сериями спайков. Нац. 2002; 416:433. doi: 10.1038/416433a. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
27. Нисимура Ю., Перлмуттер С.И., Итон Р.В., Фетц Э.Е. Зависимая от времени всплеска пластичность корково-спинномозговых связей приматов, индуцированная во время свободного поведения. Нейрон. 2013;80:1301–1309. doi: 10.1016/j.neuron.2013.08.028. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
28. Хуан С., Хуганир Р.Л., Кирквуд А. Адренергическое стробирование пластичности корковых интернейронов, зависящей от синхронизации спайков по Хеббу. Дж.
Нейроски. 2013;33:13171. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5741-12.2013. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
29. Герстнер В., Кемптер Р., ван Хеммен Дж.Л., Вагнер Х. Правило нейронного обучения для субмиллисекундного временного кодирования. Нац. 1996; 383:76–78. doi: 10.1038/383076a0. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
30. Bi G-q, Poo M-m. Синаптические модификации в культивируемых нейронах гиппокампа: зависимость от времени спайка, синаптической силы и типа постсинаптических клеток. Дж. Нейроски. 1998;18:10464–10472. doi: 10.1523/JNEUROSCI.18-24-10464.1998. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
31. Субхани А.Р. и соавт. Смягчение стресса: новые альтернативы лечения. Познан. Нейродин. 2018; 12:1–20. doi: 10.1007/s11571-017-9460-2. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
32. Markram H, Gerstner W, Sjöström PJ. История пластичности, зависящей от времени спайка. Фронт. Синаптические нейроны. 2011;3:4.
doi: 10.3389/fnsyn.2011.00004. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
33. Kim SJ, Linden DJ. Повсеместная пластичность и память. Нейрон. 2007; 56: 582–59.2. doi: 10.1016/j.neuron.2007.10.030. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
34. Lv M, Wang C, Ren G, Ma J, Song X. Модель электрической активности нейрона под действием магнитного потока. Нелинейная динам. 2016;85:1479–1490. doi: 10.1007/s11071-016-2773-6. [CrossRef] [Google Scholar]
35. Ma J, Tang J. Обзор динамики коллективного поведения сети нейронов. науч. Китайская технология. наук 2015;58:2038–2045. doi: 10.1007/s11431-015-5961-6. [CrossRef] [Академия Google]
36. Li J, Liu S, Liu W, Yu Y, Wu Y. Подавление импульсной активности в нейронах и нейронах сети, вызванное электромагнитным излучением. Нелинейная динам. 2016; 83: 801–810. doi: 10.1007/s11071-015-2368-7. [CrossRef] [Google Scholar]
37. Deli E, Tozzi A, Peters JF. Отношения между короткими и быстрыми шкалами времени мозга.
Познан. Нейродин. 2017; 11: 539–552. doi: 10.1007/s11571-017-9450-4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
38. Wang Y, Ma J, Xu Y, Wu F, Zhou P. Электрическая активность нейронов, подверженных электромагнитной индукции и гауссовскому белому шуму. Междунар. Дж. Бифуркат. Хаос. 2017;27:1750030. doi: 10.1142/S0218127417500304. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
39. Zhan F, Liu S. Реакция электрической активности в улучшенной модели нейрона на электромагнитное излучение и шум. Фронт. вычисл. Неврологи. 2017;11:107. doi: 10.3389/fncom.2017.00107. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
40. Wu F, Wang C, Jin W, Ma J. Динамические реакции в новой модели нейронов, подверженных электромагнитной индукции и фазовому шуму. физ. А. 2017; 469:81–88. doi: 10.1016/j.physa.2016.11.056. [CrossRef] [Google Scholar]
41. Zhang, X. & Liu, S. Нелинейное управление синхронизацией с обратной связью с задержкой в возбужденно-тормозной связанной нейронной сети.
Нелинейная динам . (2019).
42. Wang J, Lu B, Liu S, Jiang X. Типы всплесков и анализ бифуркаций в нейронах дыхательного ритма перед комплексом Бетцингера. Междунар. Дж. Бифуркат. Хаос. 2017;27:1750010. doi: 10.1142/S0218127417500109. [CrossRef] [Google Scholar]
43. Feng P, Wu Y, Zhang J. Путь к хаотичному поведению одиночного нейрона, подвергшегося внешнему электромагнитному излучению. Фронт. вычисл. Неврологи. 2017;11:94. doi: 10.3389/fncom.2017.00094. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
44. Ростами З., Джафари С. Формирование дефектов и спиральных волн в сети нейронов при наличии электромагнитной индукции. Познан. Нейродин. 2018;12:235–254. doi: 10.1007/s11571-017-9472-y. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
45. Xu Y, Jia Y, Ma J, Hayat T, Alsaedi A. Коллективные ответы в электрической активности нейронов под воздействием поля. науч. Отчет 2018; 8:1349. doi: 10.1038/s41598-018-19858-1. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
46.
Zhao Y, Sun X, Liu Y, Kurths J. Динамика фазовой синхронизации связанных нейронов с фазой связи в электромагнитном поле. Нелинейная динам. 2018;93:1315–1324. doi: 10.1007/s11071-018-4261-7. [CrossRef] [Google Scholar]
47. Guo S, et al. Коллективный ответ, связь синапсов и связь полей в нейронной сети. Хаос солитон. Фракт. 2017; 105:120–127. doi: 10.1016/j.chaos.2017.10.019. [CrossRef] [Google Scholar]
48. Ma J, Wu F, Wang C. Синхронизация поведения связанных нейронов под действием электромагнитного излучения. Междунар. Дж. Мод. физ. Б. 2017; 31:1650251. дои: 10.1142/S0217979216502519. [CrossRef] [Google Scholar]
49. Xu Y, Jia Y, Ma J, Alsaedi A, Ahmad B. Синхронизация между нейронами, связанными мемристорами. Хаос солитон. Фракт. 2017; 104: 435–442. doi: 10.1016/j.chaos.2017.09.002. [CrossRef] [Google Scholar]
50. Lu L, Jia Y, Liu W, Yang L. Смешанный выбор режима, индуцированного стимулом, в нейронной активности, управляемой высокочастотным и низкочастотным током под действием электромагнитного излучения.
Сложный. 2017;2017:1–11. [Google Scholar]
51. Mvogo A, Takembo CN, Ekobena Fouda HP, Kofané TC. Формирование структур в диффузионно-возбудимых системах под действием магнитных потоков. физ. лат. А. 2017; 381:2264–2271. doi: 10.1016/j.physleta.2017.05.020. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
52. Ren G, Xu Y, Wang C. Поведение синхронизации связанных нейронных цепей, состоящих из мемристоров. Нелинейная динам. 2017; 88: 893–901. doi: 10.1007/s11071-016-3283-2. [CrossRef] [Google Scholar]
53. Hu X, Liu C, Liu L, Ni J, Yao Y. Хаотическая динамика в нейронной сети под действием электромагнитного излучения. Нелинейная динам. 2017;91:1541–1554. doi: 10.1007/s11071-017-3963-6. [CrossRef] [Google Scholar]
54. Xu Y, et al. Влияние блоков ионных каналов на электрическую активность стохастической нейронной сети Ходжкина–Хаксли при электромагнитной индукции. Нейрокомпьютинг. 2017;283:196–204. doi: 10.1016/j.neucom.2017.12.036. [CrossRef] [Google Scholar]
55.
Xiao-Han Z, Shen-Quan L. Стохастический резонанс и синхронизация поведения возбуждающе-тормозной сети малого мира, подвергнутой электромагнитной индукции. Подбородок. физ. Б. 2018; 27:040501. doi: 10.1088/1674-1056/27/4/040501. [CrossRef] [Google Scholar]
56. Ge M, Jia Y, Xu Y, Yang L. Изменение режима электрической активности нейронов, вызванное высокочастотным и низкочастотным стимулом в присутствии электромагнитной индукции и излучения. Нелинейная динам. 2017;91: 515–523. doi: 10.1007/s11071-017-3886-2. [CrossRef] [Google Scholar]
57. Wu J, Xu Y, Ma J. Шум Леви улучшает электрическую активность нейрона под действием электромагнитного излучения. ПЛОС ОДИН. 2017;12:e0174330. doi: 10.1371/journal.pone.0174330. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
58. Ростами З., Джафари С., Перк М., Славинец М. Устранение спиральных волн в возбудимых средах с помощью магнитной индукции. Нелинейная динам. 2018; 94: 679–692. doi: 10.1007/s11071-018-4385-9.
[CrossRef] [Google Scholar]
59. Ma J, Wu F, Hayat T, Zhou P, Tang J. Электромагнитная индукция и радиационно-индуцированные аномалии распространения волн в возбудимых средах. физ. А. 2017; 486: 508–516. doi: 10.1016/j.physa.2017.05.075. [CrossRef] [Google Scholar]
60. Fu YX, Kang YM, Xie Y. Докритическая бифуркация Хопфа и стохастический резонанс электрической активности нейрона при электромагнитной индукции. Фронт. вычисл. Неврологи. 2018;12:6. doi: 10.3389/fncom.2018.00006. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
61. Конг В., Лин В., Бабилони Ф., Ху С., Боргини Г. Исследование зависимости усталости водителя от бдительности с использованием сети причинно-следственных связей Грейнджера. Датчики. 2015;15:19181–19198. doi: 10.3390/s150819181. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
62. Баяти М., Вализаде А., Аббассиан А., Ченг С. Самоорганизация распространения синхронной активности в нейронных сетях, управляемая локальным возбуждением.
Фронт. вычисл. Нейроск. 2015;9:69. doi: 10.3389/fncom.2015.00069. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
63. Ван, Р. и др. . Иерархические режимы коннектома и критическое состояние совместно максимизируют функциональное разнообразие человеческого мозга. Физ. Преподобный Письмо . (2019).
64. Джалили М. Повышение синхронизируемости диффузионно-связанных динамических сетей: Обзор. IEEE T. Нейронная сеть. Лир. 2013; 24:1009–1022. doi: 10.1109/TNNLS.2013.2250998. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
65. Zamora-Lopez G, Chen Y, Deco G, Kringelbach ML, Zhou C. Функциональная сложность, возникающая из-за анатомических ограничений в мозге: значение сетевой модульности и богатые клубы . науч. Отчет 2016; 6:38424. doi: 10.1038/srep38424. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
66. Ma J, Mi L, Zhou P, Xu Y, Hayat T. Фазовая синхронизация между двумя нейронами, вызванная взаимодействием электромагнитного поля.
заявл. Мат. вычисл. 2017; 307:321–328. [Google Scholar]
67. Ким С.Ю., Лим В. Динамические реакции на внешние раздражители для обоих случаев возбуждающей и тормозной синхронизации в сложной нейронной сети. Познан. Нейродин. 2017; 11: 395–413. doi: 10.1007/s11571-017-9441-5. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
68. Wang R, Feng P, Fan Y, Wu Y. Спонтанная электромагнитная индукция, модулирующая динамическую реакцию нейронов. Междунар. Дж. Бифуркат. Хаос. 2019;29:1950005. doi: 10.1142/S0218127419500056. [CrossRef] [Google Scholar]
69. Ma J, Tang J. Обзор динамики нейронов и нейронных сетей. Нелинейная динам. 2017; 89: 1569–1578. doi: 10.1007/s11071-017-3565-3. [CrossRef] [Google Scholar]
70. Qin H, Wang C, Cai N, An X, Alzahrani F. Формирование паттернов, индуцированных полевой связью, в двухслойной нейронной сети. физ. А. 2018;501:141–152. doi: 10.1016/j.physa.2018.02.063. [CrossRef] [Google Scholar]
71. Sun XJ, Lei JZ, Perc M, Lu QS, Lv SJ.
Влияние шума канала на когерентность возбуждения нейронных сетей Ходжкина-Хаксли малого мира. Евро. физ. Дж. Б. 2011; 79: 61–66. doi: 10.1140/epjb/e2010-10031-3. [CrossRef] [Google Scholar]
72. Ma J, Wu Y, Ying HP, Jia Y. Индуцированный шумом канальный фазовый переход спиральной волны в сетях нейронов Ходжкина-Хаксли. Подбородок. науч. Бык. 2011;56:151–157. doi: 10.1007/s11434-010-4281-2. [CrossRef] [Google Scholar]
73. Шешболоуки А., Зарей М., Сарбази-Азад Х. Нарушают ли петли обратной связи синхронизацию? ЭПЛ-Еврофиз. лат. 2015;111:40010. doi: 10.1209/0295-5075/111/40010. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
74. Карим Э.Л., Мартин Б. Синаптическая энергия управляет механизмами обработки информации в импульсных нейронных сетях. Мат. Бионауч. англ. 2017; 11: 233–256. [PubMed] [Google Scholar]
75. Ван З., Ван Р. Свойство распределения энергии и энергетическое кодирование структурной нейронной сети. Фронт. вычисл. Неврологи. 2014;8:14. doi: 10.3389/fncom.
2014.00014. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
76. Ван Р., Ван З., Чжу З. Сущность нейронной активности из согласованности двух разных моделей нейронов. Нелинейная динам. 2018;92: 973–982. doi: 10.1007/s11071-018-4103-7. [CrossRef] [Google Scholar]
77. Ван Р., Чжу Ю. Можно ли выразить деятельность крупномасштабной корковой сети с помощью нервной энергии? краткий обзор. Познан. Нейродин. 2016; 10:1–5. doi: 10.1007/s11571-015-9354-0. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
78. Zheng H, Wang R, Qiao L, Du Y. Молекулярная динамика нейронного метаболизма во время потенциала действия. науч. Китайская технология. наук 2014; 57: 857–863. doi: 10.1007/s11431-014-5530-4. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
79. Wang Y, Wang R, Xu X. Свойства снабжения-потребления нейронной энергии на основе модели Ходжкина-Хаксли. Нейр Плаз. 2017;2017:1–11. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
80. Ван Г., Ван Р.
, Конг В., Чжан Дж. Моделирование реакции ганглиозных клеток сетчатки с использованием быстрого анализа независимых компонентов. Познан. Нейродин. 2018;12:615–624. doi: 10.1007/s11571-018-9490-4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
81. Wang Q, Zhang H, Perc M, Chen G. Множественные когерентные резонансы возбуждения в возбуждающих и тормозных связанных нейронах. коммун. Нелинейный. науч. Число. Модел. 2012;17:3979–3988. doi: 10.1016/j.cnsns.2012.02.019. [CrossRef] [Google Scholar]
82. Чжао З., Цзя Б., Гу Х. Бифуркации и усиление возбуждения нейронов, вызванное отрицательной обратной связью. Нелинейная динам. 2016; 86: 1549–1560. doi: 10.1007/s11071-016-2976-x. [CrossRef] [Google Scholar]
83. Ван Р., Чжан З., Чен Г. Энергетическое кодирование и функции энергии для локальной активности мозга. Нейрокомпьютинг. 2009; 73: 139–150. doi: 10.1016/j.neucom.2009.02.022. [CrossRef] [Google Scholar]
84. Рубинов М., Спорнс О. Комплексные сетевые измерения связности мозга: использование и интерпретация.
НейроИзображение. 2010;52:1059–1069. doi: 10.1016/j.neuroimage.2009.10.003. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
Урок Видео: Электромагнитная индукция | Нагва
Расшифровка видео
В этом уроке мы узнаем об одном из самых важных и полезных открытий в истории физики. Это открытие, явление электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция полезна в зарядных устройствах для мобильных телефонов, ноутбуках, наушниках, проигрывателях компакт-дисков, кулинарии, гитарных звукоснимателях, отопление, сварка, энергетика, трансформаторы, графические планшеты, расходомеры на трубки и электрочерепная стимуляция. Электромагнитная индукция просто о любом месте вы смотрите в любой области или любой отрасли.
И все же идея
электромагнитная индукция действительно довольно проста. Скажем, у нас была петля из проволоки и
постоянный магнит.
На данный момент тока нет
проходит через эту петлю провода. Это потому что нет
электродвижущей силы, которая может перемещать заряд по контуру. Но допустим, что мы все равно ставим
устройство для измерения тока, называемое амперметром, в петлю, просто чтобы увидеть, когда
через него проходит ток.
Наш амперметр — наш ток
измерительное устройство — имеет шкалу. И мы видим, что на данный момент
стрелка шкалы стоит на нуле, ток через петлю не течет. это не удивительно конечно
потому что у нас нет ни ячейки, ни батареи, ни чего-либо еще, чтобы питать ток в нашем
петля. Допустим, однако, что мы тогда берем
наш постоянный магнит и мы перемещаем его через петлю провода. Если бы мы сделали это, мы могли бы заметить
очень короткое мерцание в нашем амперметре. Но тогда, когда магнит покоится,
мы видим, что стрелка амперметра стоит на нуле.
Мы почти начинаем сомневаться
себя. Мы действительно видели амперметр
изменение чтения? Попробуем еще раз.
На этот раз мы перемещаем магнит
через петлю в обратном направлении. На этот раз так кратко мы видим
стрелка снова отклоняется, но уже в другую сторону. Еще раз, когда магнит подходит к
остальное, стрелка идет к нулю. На данный момент, может быть, мы не можем
объяснить, что происходит. Но определенно похоже
что-то происходит с точки зрения тока в этой петле провода, когда магнит
проходит через него. Итак, мы продолжаем пытаться пройти
магнит вперед и назад через петлю в одну и другую сторону и видя, как
Амперметр отвечает. Каждый раз, когда мы это делаем, мы замечаем
Стрелка амперметра моргает, а потом возвращается к нулю. В конце концов, мы можем сделать
пара выводов, которые мы можем записать в нашу лабораторную тетрадь.
Наше первое наблюдение состоит в том, что когда магнит движется по петле, в петле течет ток. Это кажется совершенно странным. Но это то, что мы видим и более. Второе, что мы заметили, это что, когда магнит не движется, ток в петлю не течет. И, наконец, мы замечаем, что когда магнит движется в обратном направлении через петлю, то же самое происходит и с током в петля. Что мы раскрываем здесь через Эти три наблюдения заключаются в том, что, когда наш магнит движется по этой петле, он индуцирует ток. И, видимо, что-то о движении магнита это очень важно. Только когда магнит двигаясь, мы заметили, что в петле фактически индуцируется ток.
Давайте на минутку задумаемся о нашем
магнит. То, как мы это нарисовали, мы просто видим
северный и южный полюс этого постоянного магнита. Но мы знаем, что это еще не все
история.
В частности, что каждый магнит
создает магнитное поле вокруг себя. Это магнитное поле выглядит чем-то
как это. Мы показываем это с помощью линий поля, которые
точка от северного полюса до южного полюса. Мы можем вспомнить из предыдущего, что
это магнитное поле наиболее сильно там, где силовые линии наиболее плотны; то есть,
где они ближе всего друг к другу. Это было бы рядом с полюсами, здесь
и здесь. И тогда, когда линии поля становятся
менее плотный, что указывает на более слабую общую напряженность поля.
Каждый раз, когда мы перемещаем
через эту проволочную петлю движется не только магнит, но и
это тоже поле. А так как поле магнита
имеет другую силу здесь по сравнению с здесь или здесь или здесь или дальше
этой линии, мы можем сказать, что по мере того, как магнит движется по петле, петля
испытывает изменяющееся магнитное поле.
Другой способ сказать это так: если
мы должны были посмотреть на площадь поперечного сечения нашей петли из проволоки, тогда как магнит
при перемещении через петлю магнитное поле в этой области будет меняться. И, видимо, исходя из нашего
наблюдение, когда это происходит, ток течет через петлю. То есть ток индуцируется в
петля из проволоки.
Вот один из способов записи заключительная мысль об этом эксперименте тогда. Можно сказать, что при магнитном поле через петлю провода меняется, течет ток; то есть индуцируется в петля. Это заявление мы разработали здесь оказывается, это отличное резюме того, что означает электромагнитная индукция. Там написано, что когда у нас закрыто петля провода, когда магнитное поле через эту петлю провода меняется, тогда ток создается или индуцируется в проводе.
Вот это действительно
интересный.
И есть много способов
исследовать эту идею дальше. Есть много изменений, которые мы
могли бы сделать нашу экспериментальную установку, чтобы увидеть, как эти изменения повлияют. Например, пока что мы только что
использовал одну петлю провода. Но что, если мы использовали много циклов
проволоки и пропустить через них магнит? Или что, если бы мы использовали более сильный
магнит и пропускал его туда-сюда по петлям? Или что, если бы мы сделали размер
петли в нашем проводе больше или меньше? Все эти изменения мы говорим
about создаст изменения в величине тока, индуцируемого в нашей петле.
Мы можем обобщить эти изменения следующим образом:
немного расширив то, что мы сказали здесь об электромагнитной индукции. Мы видим, что чем больше изменение
в магнитном поле через общую площадь контура, тем больше индуцируется ток. Так, например, когда мы говорили
о добавлении дополнительных петель к нашей единственной петле из проволоки, тогда как с одной петлей наша
общая площадь петли будет равна этой площади, когда мы добавим больше петель, наша общая площадь петли будет
вверх, потому что теперь вся эта область включена в наш расчет цикла.
Или рассмотреть вопрос об использовании
более сильный магнит. В этом случае мы имеем более сильное
магнитное поле.
Таким образом, изменение магнитное поле через область петли — какой бы ни была эта площадь петли — будет больше в целом, и, следовательно, будет индуцироваться больший ток. И мы можем видеть, что когда дело доходит до к изменению размера петли, делая их больше или меньше, делая их больше увеличит общую площадь контура, что приведет к большему току. И сделать их меньше будет уменьшить эту площадь, уменьшая индуцированный ток.
Напоследок об этом
экспериментальной установки, мы увидели, что, когда мы ориентируем магнит так, как он есть, с
северный полюс вправо, то когда мы пропустим этот магнит через петли,
стрелка нашего амперметра сдвинется вправо. Это движение в направлении
то, что называется положительным током, указывает на определенное направление тока, поскольку оно
обтекает петлю либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.
Если мы затем перевернем магнит
так что теперь северный полюс указывает налево и прошел его в этой ориентации
через петли проволоки, то мы увидим, как игла отклонится в противоположную сторону.
направление. Другими словами, индуцируется ток.
в петлях, работающих в обратном порядке, как раньше. Можно сказать, что это изменение в
ориентация магнита подразумевает изменение магнитного поля через весь контур
область. В этом смысле это утверждение здесь
действительно обобщает то, что мы видели, с точки зрения явлений этого
эксперимент.
Итак, до сих пор у нас был стационарный
катушка провода и магнит и, следовательно, магнитное поле, которое движется через
Это. Это было так, как мы
генерировал изменение магнитного поля через общую площадь петли. Но есть и другой способ создания
этот тип изменения.
Допустим, у нас было это. Это магнитное поле —
мы назовем это B — это указано с экрана прямо на нас. Будем говорить, что это поле имеет
постоянная сила, что она везде имеет одинаковую величину. Представь себе тогда, что в это поле,
мы размещаем эту U-образную дорожку. И мы скажем, что этот трек
из проводящего материала. Это может быть провод.
Мы видим, что и так нет способ протекания тока по этой дорожке, потому что это не замкнутый контур. Но что, если мы возьмем прямой провод и мы кладем его поперек пути вот так? В данном случае благодаря этому проводу через трассу у нас теперь есть замкнутый цикл. Именно здесь ток может поток. Но, конечно, для того, чтобы текущие чтобы течь, нам нужно что-то, что толкает его вперед, какая-то электродвижущая сила. Хорошо, давайте мыслить творчески здесь.
Электромагнитная индукция говорит нам
что изменение полного магнитного поля через проводящую петлю индуцирует
ток.
У нас нет здесь смены
магнитное поле. Магнитное поле в этом случае
постоянный. Но мы все еще можем изменить
общее магнитное поле, испытываемое этой петлей. Как мы могли это сделать? Мы могли бы сделать это, изменив область
петли. И мы сделаем это, поместив наш
провод в движении вдоль дорожки. Подумай об этом. Во-первых, это территория г.
цикл, с которым мы работаем. Но затем, когда наш провод движется вперед,
мы добавляем площадь к нашей проводящей петле.
Таким образом, если раньше общее
магнитное поле, проходящее через нашу петлю, удерживалось в пределах этой области, так как теперь
наша петля больше, мы охватываем больше общего магнитного поля. По сути, магнитное поле
меняется через наш цикл. Это потому, что площадь петли
меняется. Описывая иначе, мы могли бы
говорят, что это магнитное поле имеет определенную напряженность на единицу площади.
По мере того, как область, которую мы рассматриваем, растет
затем мы добавляем все больше и больше напряженности магнитного поля вместе для общего
напряженность поля. Это означает, что общая напряженность поля
меняется по мере роста площади.
Все это означает, что если мы
действительно было это однородное магнитное поле — эта проводящая дорожка и провод
через него в движении вдоль дорожки — затем, когда провод двигался, электрический ток
на самом деле будет индуцироваться вокруг этой замкнутой петли. И вот кое-что интересное:
чем быстрее двигался наш провод, тем больший ток индуцировался бы в проводнике.
петля. В целом мы видим, что
есть два важных компонента для индуцирования тока в проводной петле. Во-первых, магнитное поле движется
через петлю, а другой является областью петли. Мы видели, что если либо
меняется одна из этих двух вещей, этого достаточно, чтобы индуцировать ток в
петля.
Как мы уже говорили, это изменение в полное магнитное поле через проводящую петлю, которая индуцирует ток. И неважно, как это изменение происходит либо за счет изменения поля, либо за счет изменения площади петли. А теперь немного практики с электромагнитной индукцией на примере.
На схеме показан постоянный магнит перемещается по петле из медной проволоки. Это движение вызывает электрический ток 0,5 ампера в проводе. Если магнит перемещать через петли на половине скорости, какой будет ток в петле? Если постоянный магнит заменить для того, который в два раза сильнее и движется по петле с первоначальной скоростью, какова будет сила тока в петле?
Хорошо, просмотрев нашу диаграмму,
мы видим нашу петлю из медной проволоки, проводящий материал и постоянный магнит
который движется через него. Нам говорят, что когда это происходит,
когда провод проходит через петлю, он индуцирует ток силой 0,5 ампера.
провод. Это движение движущегося магнита
через петлю происходит с некоторой скоростью. Мы можем назвать это 𝑆, хотя это
на нашей схеме не отмечены.
Наш первый вопрос касается того, можем ли мы ничего не меняем в нашей установке, кроме скорости, с которой мы двигаем магнит; мы сделать его в два раза меньше, чем было раньше, то что произойдет с индуцированным током в петле? Чтобы начать разбираться в этом, полезно нарисовать линии магнитного поля, которые показывают создаваемое магнитное поле этим магнитом. Это поле и линии поля представляющий это выглядит примерно так. Итак, сначала мы двигаем этот магнит и его магнитное поле через петлю со скоростью, которую мы называем 𝑆.
Это означает, что общая магнитная
поле через эту петлю меняется при движении магнита. И скорость этого изменения —
скорость, с которой это происходит, связана со скоростью 𝑆.
Чем выше 𝑆, тем быстрее
магнит движется и, следовательно, чем быстрее магнитное поле через петлю
меняется. И это изменение является механизмом
который индуцирует ток в проводе. Скорость, с которой это изменение
происходит прямо соответствует величине индуцируемого тока. Другими словами, чем быстрее
магнитное поле через контур меняется, тем больше ток будет индуцироваться в контуре.
петля.
Этот бит важен, потому что мы
сказали, что модификация в этом первом вопросе заключается в том, что мы больше не двигаем
магнит с нашей скоростью 𝑆. Первоначальная скорость будет двигаться
на половине этой скорости. Поскольку мы двигаем магнит
относительно медленнее, это означает, что магнитное поле, испытываемое контуром, будет
меняться медленнее. Когда эта скорость изменения
магнитное поле через петлю опускается, поэтому будет индуцироваться ток.
Мы точно не знаем, что ток будет, когда мы двигаем наш магнит на половине первоначальной скорости. Но мы просто знаем, что это будет меньше, чем исходное количество 0,5 ампер. Мы запишем это как наше отвечать. И объяснение этому, как мы видел, что скорость изменения магнитного поля через нашу проводящую петлю равна уменьшается по сравнению с тем, что было изначально. Меньше изменений означает меньше индуцированных ток, что означает, что какой бы ни был ток, он будет меньше 0,5 ампер.
Во второй части нашего вопроса мы
спросил, меняют ли постоянный магнит на вдвое более сильный, но
движется по петле с исходной скоростью — то, что мы называем 𝑆 — что будет
ток в петле быть. Если бы мы удвоили силу
этого магнита и, следовательно, напряженность его магнитного поля, сохраняя при этом
движение магнита одинаково, то вопрос в том, как это повлияет на
скорость изменения магнитного поля через этот контур.
При наличии поля магнита сильнее в целом, это означает, что мы могли ожидать изменения напряженности магнитного поля от перемещения от одного полюса магнита к другому быть больше, чем было до. Это означает, что если мы пройдем этот магнит полностью через петлю, изменение магнитного поля, испытываемое петлей увеличится. Это увеличение приведет к увеличение индуцированного электрического тока.
Как и прежде, мы не можем сказать именно то, что ток будет в этом модифицированном случае. Но мы ожидаем, что это будет больше, чем было раньше, больше 0,5 ампер. И мы записываем это как наше ответ, потому что мы видели, что скорость, с которой магнитное поле через петлю изменения в этом случае увеличиваются. И мы ожидаем, что это увеличение увеличить индуцированный ток.
Давайте на минутку
обобщить то, что мы узнали об электромагнитной индукции.
В этом уроке мы увидели, что это большие долгосрочные средства электромагнитной индукции. Возникает электромагнитная индукция когда изменяющееся магнитное поле через проводящую петлю создает или индуцирует ток в петле. Мы видели, что есть разные способы это может случиться. Один из них — взять постоянный магнит. и перемещая его через стационарную проволочную петлю. Другой способ – установить константу магнитное поле, а затем создать проводящую петлю, площадь которой меняется со временем. В обоих этих сценариях мы видели что в целом происходит изменение магнитного поля через площадь петли и, следовательно, индукционный ток в нем.
Кроме того, мы видели, что
чем больше скорость изменения общей напряженности магнитного поля через петлю, тем больше
индуцируется ток. И мы видели, что это работает наоборот
путь также.