РАЗДЕЛ 2. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
ЛЕКЦИЯ 11. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА
Магнитное поле – это материя, которая окружает движущиеся заряженные частицы, неразрывно с ними связана и определяется по силовому воздействию на движущиеся заряженные тела.
Силы в магнитном поле:
1. Сила Ампера – это сила, которая действует на проводник с током, помещенный в магнитное поле.
Модуль силы Ампера определяется по формуле: FA = IBlsina, где I – сила тока в проводнике, B – вектор магнитной индукции, l – длина проводника, a - угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.
Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки: если четыре вытянутых пальца левой руки расположить по току проводнике так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, то отогнутый на 900 большой палец укажет направление силы Ампера.
Задание:
1. Определить, как взаимодействуют два проводника с токами в магнитном поле (притягиваются, отталкиваются или движутся в одну сторону):
2. Сила Лоренца – это сила, действующая со стороны магнитного поля на любую заряженную частицу.
Модуль силы Лоренца определяется по формуле: FЛ = qVBsina, где q – заряд частицы, V – скорость движения частицы, B – вектор магнитной индукции, a - угол между скоростью частицы и вектором магнитной индукции.
Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить по скорости движения положительно заряженной частицы, против движения отрицательной, так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, то отогнутый на 900 большой палец укажет направление силы Лоренца.
Задание:
2. Определить направление силы Лоренца, действующей на частицу в магнитном поле:
Если какая-то заряженная частица влетает в магнитное поле так, что вектор ее скорости перпендикулярен вектору магнитной индукции, то она будет двигаться по окружности. Причем, для того, чтобы с течением времени траектория ее движения не изменялась, необходимо, чтобы сила Лоренца, действующая на частицу, была равна центростремительной силе: FЛ = FЦ, sin a = 1, т.к. a = 900 FЛ = qVB FЦ = mV2/R Þ qVB = mV2/R Þ R = mV/qB, где R – радиус траектории частицы, m – масса частицы
Характеристики магнитного поля:
1. По интенсивности и направленности магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции – В [1Тл].
Модуль вектора В равен отношению максимального значения модуля силы Ампера к силе тока и длине проводника: B = FAmax/Il
Направление вектора магнитной индукции определяется по правилу буравчика: если буравчик с правой нарезкой расположить так, чтобы поступательное движение острия буравчика совпадало с направлением тока в проводнике, то вращательное движение рукоятки буравчика укажет направление вектора магнитной индукции.
Задание:
3. Определить направление вектора магнитной индукции, если ток в проводнике направлен следующим образом:
2. Интегральной характеристикой магнитного поля служит магнитный поток – Ф[1 Тл]. Он представляет собой поток вектора магнитной индукции сквозь данную замкнутую поверхность:
а) Ф = ВS б) Ф = ВScosa
3. Характеристикой магнитного поля, не учитывающей влияния среды, является напряженность магнитного поля – Н [A/м]. B = m0Н
4. Свойство тока возбуждать магнитное поле называется магнитодвижущей силой –F [1A]: F = I – если мы рассматриваем проводник с током; F = NI – если мы рассматриваем катушку с током, где N – число витков катушки.
5. Магнитное напряжение – Uм [1A]: UM = Hl
Работа сил магнитного поля:
1. Пусть в магнитном поле под действием силы Ампера перемещается проводник с током толщиной b на расстояние своей толщины. Необходимо определить работу магнитного поля по перемещению проводника с током (рис. а):
рис. а рис. б
Для рис.а: A = FA×b = BIlsina×b , где lbsina = S – площадь проводника, ВS = Ф, Þ
А = ФI
Вывод: работа электромагнитных сил, затраченная на перемещение проводника с током, равна произведению тока в проводнике на изменение магнитного потока, сцепленного с этим проводником.
2. Рассмотрим перемещение контура толщиной d на величину своей толщины в магнитном поле и определим работу поля по перемещению этого контура (рис. б)
Для рис.б: A = FA×d = BIld , где ld = S – площадь контура, ВS = Ф Þ А = ФI
Вывод: работа магнитного поля по перемещению контура не зависит от формы этого контура. Всякий контур с током стремиться занять в магнитном поле такое положение, при котором магнитный поток, пронизывающий контур максимален.
3. Если в магнитном поле перемещается катушка с током, состоящая из N витков, то работа поля по ее перемещению будет равна: А = NIФ, т.е. в этом случае работа поля возрастет в N раз.
Закон полного тока
Полным током называется алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром.
Положительными считаются токи, направления которых совпадают с поступательным движением буравчика, рукоятка которого вращается по обходу контура.
Закон полного тока (первая формулировка): магнитодвижущая сила вдоль контура равна полному току, который проходит сквозь поверхность, ограниченную данным контуром: F = SI
Закон полного тока (вторая формулировка): циркуляция вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру равна полному току, пронизывающему поверхность, ограниченную этим контуром: SI = ò Нldl
Спасибо, полезная статья . Добавил ваш сайт http://supermagn1t.com.ua в закладки.
ОтветитьУдалить