Сделай Сам Свою Работу на 5

Действие магнитного поля на заряженные частицы.





Блок 11. Магнетизм.

1. Магнитное взаимодействие. Магнитное поле электрического тока.

1. Магнетит – минерал, состоящий из FeO (31%), Fe2O3 (69%). Магнитные свойства минерала известны были в Китае ещё 2600 лет до н. э. Постоянные магниты – устройства, длительно сохраняющие магнитные свойства. Начали изготавливать в Китае, начиная со второго века н. э. В ХI веке магнитный компас стал использоваться в Европе.

2. Магнитные полюса (S – южный и N – северный) – области наибольшего притяжения.

3. 1600 год. Уильям Гильберт высказал предположение, что Земля является большим естественным магнитом. Декарт вводит понятие магнитного поля, как пространства, в котором существует магнитное взаимодействие. В 1820 г. Эрстед устанавливает связь между магнетизмом и электричеством – электрический ток создаёт магнитное поле.

4. Индикаторами магнитного поля являются железные опилки, магнитные стрелки, проводники с током.

5. Вектор магнитной индукции силовая характеристика магнитного поля, равная максимальной силе, действующей со стороны поля на проводник длиной в 1 м с током в 1 А. B = F / I l. Измеряется в теслах (Тл).

6. Направление вектора магнитной индукции определяется правилом буравчика:



· Для прямого тока: Если ввинчивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление скорости конца его рукоятки совпадёт с направлением вектора магнитной индукции.

· Для витка стоком: Если вращать рукоятку буравчика по направлению тока в витке, то поступательное перемещение буравчика совпадёт с направлением вектора магнитной индукции, созданной током.

7. Принцип суперпозиции: Результирующий вектор магнитной индукции в данной точке равен сумме векторов магнитной индукции, созданной различными токами в этой точке.

2. Магнитное поле. Действие магнитного поля на проводник с током. Земной магнетизм.

1. Линии магнитной индукциилинии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этой точке.

2. Магнитное поле обладает свойствами: создаётся движущимися зарядами (током); действует на движущийся заряд (проводник с током); силовые линии замкнуты (вне магнита направлены от N к S, внутри магнита от S к N). Магнитное поле – вихревое поле. Распространяется со скоростью света.



3. Гипотеза Ампера – магнитные свойства вещества объясняются циркулирующими внутри него токами.

4. Земной магнетизм:Магнитное поле Земли подобно магнитному полю полосового магнита, проходящего вблизи оси Земли. Северный полюс магнитного поля находится вблизи южного географического полюса, а Южный магнитный полюс – вблизи северного географического.

5. Закон Ампера: Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, равна произведению силы тока, модуля вектора магнитной индукции, длины проводника и синуса угла между направлениями тока и магнитной индукции. F = BIΔl sin α

6. Правило левой руки устанавливает связь между направлением тока в проводнике, вектором магнитной индукции и направлением силы, действующей на проводник. Если кисть левой руки расположить так, что силовые линии магнитного поля будут входить в ладонь, четыре вытянутых пальца показывают направление тока в проводнике, то отогнутый на 90о большой палец покажет направление силы, действующей на проводник.

7. Однородное магнитное поле – поле, в котором вектор магнитной индукции во всех точках одинаков. Собственная индукция – индукция магнитного поля, созданного током, протекающим по проводнику.

8. На рамку с током, помещённую в магнитное поле, действуют силы, создающие вращающий момент M = BIS sin α, гдеS площадь рамки.Действие магнитного поля на рамку с током используется в работе электроизмерительных приборов и электродвигателя. Рамка с током в однородном магнитном поле устанавливается так, чтобы направление его собственной индукции совпало с направлением индукции внешнего магнитного поля – устойчивое равновесие.В случае противоположности направленийравновесие неустойчиво.



9. Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.Модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока I1 и I2 в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними. μ0магнитная постоянная, её численное значение равно μ0 = 1,26·10–6 H/A2.

Эксперимент с параллельными проводниками с током позволил определить одну из основных единиц измерения физических величин единицу измерения силы тока – Ампер (А).

10. Модуль индукции B магнитного поля прямолинейного проводника с током I на расстоянии R от него

11. Модуль индукции B магнитного поля кругового тока радиусом R

12. Модуль индукции B поля катушки с током B = μ0In, где п=N/L (N – число витков, L- длина катушки )

13. Модуль индукции B магнитного поля тороидальной катушки

Действие магнитного поля на заряженные частицы.

1. Магнитное поле действует на заряженные частицы силой, называемой силой Лоренца F = qBvsin α. Направление силы, действующей со стороны магнитного поля на положительный заряд, определяется правилом левой руки.

2. Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость перпендикулярна вектору индукции, то частица будет двигаться по окружности радиусом Сила Лоренца будет сообщать частице центростремительное ускорение qBv = ma =mv2/R

3. При движении заряженной частицы в магнитном поле по окружности сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется.

Т =2πR/ν и Т =2π/ω период обращения частицы в однородном магнитном поле.

Угловая скорость движения заряженной частицы по круговой траектории называется циклотронной частотой

4. Траектории движения заряженных частиц в магнитном поле зависят от угла α: α = 0 –движение по прямой;

α = 90одвижение по окружности;0 < α < 90одвижение по спирали.

5. Действие магнитного поля на заряженную частицу используется в приборах для измерения масс заряженных частиц (масс-спектрограф), в устройствах для сообщения высоких энергий заряженным частицам (циклотрон, фазотрон и т. д.). Действием магнитного поля на заряженные частицы объясняются полярные сияния. Магнитное поле Земли – ловушка для ионизированных частиц Космоса.

4. Магнитный поток. Энергия магнитного поля тока.

1. Поток магнитной индукции характеризует магнитное поле в определённой области пространства. Магнитный поток (поток магнитной индукции) через поверхность площадью ∆S – величина, равная произведению магнитной индукции, площади поверхности и косинуса угла между вектором магнитной индукции и нормалью к площади. Ф =В ∆S cos α Единица измерения магнитного потока – Вебер.

2. Работа силы Ампера при перемещении проводника с током в магнитном поле A = FA · x = BIl · x = BI∆S = I∆Ф

3. Магнитный поток, создаваемый током зависит от свойства проводника с током, которое называется индуктивностью. Индуктивность характеризует способность проводника с током создавать магнитное поле. Индуктивность – L - коэффициент пропорциональности между силой тока в контуре и магнитным потоком через площадь, ограниченную этим током. Ф = LI. Измеряется индуктивность в Генри.

4. Энергия магнитного поля равна Amax, которую может выполнить поле по перемещению проводника. W = LI2/2

5. Магнитное поле в веществе.

1. В любом теле существуют микроскопические токи (движение электронов в атомах), которые создают собственное магнитное поле. Поэтому магнитное поле в вакууме отличается от магнитного поля в среде. Магнитная проницаемость веществапоказывает во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде отличается от магнитного индукции внешнего (намагничивающего) поля в вакууме μ = В/Во

2. По типу намагниченности вещества делятся на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

· Диамагнетики – вещества, у которых собственная индукция антипараллельна индукции внешнего поля: водород, гелий, золото, серебро, резина, алмаз и др. Магнитная проницаемость μ < 0. Её модуль чуть больше 1.

· Парамагнетики– вещества, у которых собственная индукция параллельна индукции внешнего поля: кислород, алюминий, платина, уран, щелочные металлы и др. Магнитная проницаемость μ > 0. Её модуль чуть больше 1.

· Ферромагнетики – вещества, у которых собственная индукция параллельна индукции внешнего поля: железо, кобальт, никель и их сплавы. Магнитная проницаемость μ > 0. Много больше 1. Главная характеристика ферромагнетиков – остаточная намагниченность – собственная магнитная индукция в отсутствии внешнего магнитного поля. У жёстких ферромагнетиков большая остаточная намагниченность и у мягких – маленькая.

3. Петля гистерезиса –кривая намагничивания и размагничивания ферромагнетика в зависимости от индукции внешнего поля. Температура Кюри –это температура, при которой вещество переходит из ферромагнитного состояния в парамагнитное.

Решение задач

Задача № 1. Плоскость проволочной рамки площадью 20 см2 расположена перпендикулярно линиям магнитной индукции В = 100мТл. Найти магнитный поток, пронизывающий рамку, найти изменение магнитного потока при повороте рамки на 90 градусов вокруг одной из её сторон. Как расположится рамка с током в магнитном поле при устойчивом равновесии? Сделать рисунок.

Решение. Ф =В ∆S cos α = 20·10-4м2·0,1Тл=2·10-4Вб.

Во всех случаях ∆Ф =2·10-4Вб.

Рамка с током в однородном магнитном поле устанавливается так, чтобы направление его собственной индукции совпало с направлением индукции внешнего магнитного поля.

Задача № 2. На рис. изображён проводник с током в магнитном поле.Какое магнитное поле изображено на рисунке? Укажите направление силы, действующей на проводник. Что произойдёт, если одновременно поменять и направление вектора магнитной индукции и направление тока в проводнике? Решение. Поле однородное. Проводник будет перемещаться влево по правилу левой руки. Ничего, проводник по прежнему будет двигаться вправо.

Задача № 3. Кольцевой проводник подключён к источнику тока.

Укажите направление тока в контуре и направление магнитной индукции внутри

контура с током. Как будет направлен вектор магнитной индукции вне контура с током?

Решение. Направление тока против часовой стрелки от + к –. По правилу буравчика вектор магнитной индукции будет направлен внутри контура из страницы (к нам).

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.