Магнитное поле. Магнитное_поле. Лекция 3 Магнитное поле 39. Магнитное поле
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Лекция 3 Магнитное поле 39. Магнитное поле Опытным путём обнаружено, что подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электрическое поле, так и в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным. - магнитное поле действует на движущиеся заряды; - движущиеся заряды создают магнитное поле. Магнитное поле, в отличие от электрического, не действует на покоящиеся заряды. Характер воздействия магнитного поля на ток зависит от формы проводника, по которому течёт ток, от расположения проводника и от направления тока. 40. Рамка с током. Направление магнитного поля. Рассмотрим рамку с током. Ориентация рамки в пространстве характеризуется направлением нормали  к рамке.  Положительное направление нормали – направление поступательного движения правого буравчика. Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, т.е. поворачивает её определённым образом. Это свойство используется для выбора направления магнитного поля. За направление магнитного поля принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль к свободно подвешенной рамке с током или направление, совпадающее с направлением силы, действующей на северный полюс (N) магнитной стрелки.  41. Вектор магнитной индукции. На рамку с током, помещённую в магнитное поле, действует вращающий момент сил  , зависящий от угла между нормалью и направлением поля ( при  ). Величина не зависит от формы контура, а определяется силой тока I и площадью рамки S. Величина  - магнитный момент контура. Отношение  для всех контуров одинаково и называется магнитной индукцией (силовая характеристика поля). Единица магнитной индукции – Тесла (  ).Линии магнитной индукции – линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора  .Принцип суперпозиции для магнитного поля: магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами, равна векторной сумме магнитных индукций полей, создаваемых каждым током. 42. Закон Био-Савара-Лапласа. Элемент проводника  с током  создаёт в некоторой точке А индукцию поля: , где  – магнитная постоянная,  - относительная магнитная проницаемость среды,  - радиус-вектор, проведённый из элемента dl в точку А.Направление   и совпадает с касательной к линии магнитной индукции.Модуль  , где - угол между векторами и .43. Поле прямого тока. П  ровод бесконечной длины. ,  Тогда,  Для бесконечного провода:  . Е  сли отрезок провода:  44. Магнитное поле в центре кругового тока.   ,    На расстоянии r от центра витка вдоль оси витка:  45. Закон Ампера. На элемент  проводника с током, находящегося в магнитном поле, действует сила Ампера:  . Если проводник прямолинейный, тогда модуль силы  . Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: вектор входит в ладонь, вытянутые пальцы располагаются по току, тогда отогнутый большой палец показывает направление силы Ампера.46. Взаимодействие параллельных токов.   ,    ,   , таким образом  Проводники с токами одинакового направления притягиваются, разного направления – отталкиваются. 47. Сила Лоренца. Чтобы объяснить силу, действующую на ток, Лоренц предположил, что сила действует на упорядоченно движущиеся заряды внутри проводника. Под действием этой силы заряды приобретают импульс и при столкновениях с узлами кристаллической решётки передают его проводнику. Сила действующая на электрический заряд q, движущийся в поле  со скоростью  , называется силой Лоренца: ,  Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки (знаки заряда частицы определяют направление тока).  Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости (т.е. не совершает работы), меняет направление скорости, не меняя модуль скорости. Постоянное магнитное поле не совершает работы над движущейся заряженной частицей, следовательно не меняется её кинетическая энергия. Если на частицу, помимо магнитного, действует электрическое поле, тогда  - формула Лоренца.48. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Поле однородно. 1.  - частица движется вдоль линий магнитной индукции.  , следовательно, движение равномерное и прямолинейное.2.  .  - нормальна к траектории частицы. Частица будет двигаться по окружности радиуса R с центростремительным ускорением  . По II закону Ньютона  ,  , тогда радиус окружности  , период обращения  3. Между  и угол . Движение можно представить в виде суммы двух движений:а) равномерного прямолинейного вдоль поля со скоростью  ;б) равномерного по окружности в плоскости, перпендикулярной полю. Результирующее движение - спираль, ось которой параллельна полю. Шаг винтовой линии  . Если поле неоднородно и частица движется под углом , тогда радиус уменьшается, где поле гуще (на этом основана фокусировка заряженных частиц магнитным полем). 49. Эффект Холла. Эффект Холла – возникновение электрического поля в проводнике или полупроводнике с током при помещении его в магнитное поле. Проявляется вследствие влияния силы Лоренца на движение носителей тока. При пропускании тока вдоль оси Х, в случае, когда магнитное поле направлено вдоль оси Y, возникает разность потенциалов вдоль оси Z.  При неизменном токе кулоновская сила уравновешивается силой Лоренца:  , где е – заряд электрона,  , где а – ширина пластинки. , n – концентрация электронов.Тогда,  , где R – постоянная Холла. Знак постоянной Холла совпадает с направлением носителей тока, поэтому эффект используется при определении природы и концентрации носителей тока в веществах.50. Теорема о циркуляции вектора .Ц иркуляцией вектора по замкнутому контуру L называется интеграл по этому контуру:  , где dl - элемент длины контура,  , - угол между векторами и dl.        L Теорема: циркуляция вектора по произвольному замкнутому контуру равна произведению магнитной постоянной 0 на алгебраическую сумму токов, охватываемых этим контуром:  , где n – число проводников, охватываемых контуром. Справедлива только для поля в вакууме (для поля в веществе необходимо учитывать молекулярные токи).Пример: магнитное поле прямого тока. Выберем замкнутый контур в виде окружности радиуса r.  I     r В каждой точке  , тогда   Циркуляция вектора  электростатического поля всегда равна 0 (эл. поле – потенциальное), циркуляция вектора не равна 0 (магнитное поле называется вихревым или соленоидальным).51. Магнитное поле бесконечного соленоида. П  усть n – число витков на единицу длины соленоида.Выберем прямоугольный контур 1-2-3-4.   и  , т.к.  ( ).Взяв участок 3-4 на бесконечности получим В=0 ( ), т.е.  . На участке 1-2 направление обхода совпадает с полем, поле однородно, тогда  , .Если контур взять вне соленоида, тогда охватываемый ток равен 0 и  , следовательно, вне соленоида В=0. |