Конспект лекций по физике для довузовской подготовки москва -2014
жүктеу/скачать 1,26 Mb. Pdf көрінісі
|
Конспект лекций по физике
- Бұл бет үшін навигация:
- Лекция № 8 8.1. Магнитное поле . Сила
| Лекция
№ 8 8.1. Магнитное поле . Сила Лоренца . Магнитная индукция . Сила Ампера Согласно классической теории электромагнетизма заряжен - ная частица так возмущает окружающее пространство , что любая другая заряженная частица , помещенная в эту область испытывает действие силы . Говорят , что на частицу действует электромагнитное поле . Электрическая составляющая такого поля связана с самим фактом присутствия заряженной частицы ( источника поля ) в рас - сматриваемой области пространства , магнитная – с ее движением . Источником макроскопического магнитного поля являются проводники с током , намагниченные тела и движущиеся электриче - ски заряженные тела . Однако , природа магнитного поля едина , оно возникает в результате движения заряженных микрочастиц . Переменное магнитное поле появляется также при изменении во времени электрического поля , и наоборот , при изменении во вре - мени магнитного поля возникает электрическое поле ( см . теорию Дж . Максвелла ). Количественной характеристикой силового действия электри - ческого поля на заряженные объекты служит векторная величина Е – напряженность электрического поля . Магнитное поле характеризу - ется вектором индукции В , который определяет силу , действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд . Эту силу называют силой Лоренца ( Х . Лоренц – нидерландский физик - теоретик ). Экспериментально для модуля этой силы установлена сле - дующая зависимость ( в СИ ): F л = В q sin , (8.1) где q – модуль заряда , который двигается в магнитном поле со ско - ростью под углом к направлению магнитного поля . Таким образом , магнитная индукция В численно равна силе F л , действующей на единичный заряд , движущийся с единичной ско - ростью в направлении , перпендикулярном полю . Конспект лекций 108 Сила Лоренца F л перпендикулярна векторам В ( направление поля ) и v , при этом направление этой силы совпадает с направлением , которое определяется по правилу левой руки . Согласно этому пра - вилу , если левую руку расположить так , что четыре вытянутых паль - ца совпадают по направлению с вектором скорости положительного заряда v ( если q 0, то пальцы левой руки направляют в противопо - ложную сторону или пользуются правой рукой ), а составляющая век - тора магнитной индукции В , перпендикулярная скорости заряда , вхо - дит в ладонь перпендикулярно к ней , то отогнутый на 90 большой палец покажет направление силы Лоренца , рис . 8,1. В целом , выражение для вектора силы Лоренца записывается через векторное произведение векторов v и В : F л = q [ v , В ] . (8.2) При движении заряженной частицы перпендикулярно к на - правлению магнитного поля ( v В ) сила Лоренца играет роль центро - стремительной силы , при этом траекторией движения частицы явля - ется окружность . Если векторы v и В направлены одинаково , то F л = 0. В общем случае , когда 0 90 , в результате одновременного движения по окружности и по прямой заряженная частица будет двигаться по вин - товой линии , « навиваясь » на линии магнитной индукции . При наличии электромагнитного поля формула Лоренца име - ет вид F л = q Е + q[ v , В ]. (8.3) F л В F л В q 0 B v v q 0 v B v левая F л F л рука Рис . 8.1 В . А . Никитенко , А . П . Прунцев 109 Если магнитное поле создают несколько источников (n), то его магнитная индукция согласно принципу суперпозиции рассчиты - вается как В = i n 1 В i . (8.4.) Если в магнитное поле поместить проводник с током , то на каждый носитель тока , движущийся по проводнику со скоростью v , будет действовать сила Лоренца . Действие этой силы от отдельных носителей передается всему проводнику . В результате , на каждый прямолинейный участок проводника длиной l ( малый элемент дли - ной l), по которому течет ток J, в магнитном поле будет действовать так называемая сила Ампера F А ( закон Ампера , в честь известного французского ученого , открывшего этот закон , Андре Ампера ): F А = J [ l , B ], (8.5) где l – вектор , направление которого совпадает с направлением тока в проводнике , а модуль этого вектора равен длине участка l. Направление этой силы определяется по правилу левой ру - ки : если левую руку расположить так , чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь перпендикулярно к ней , а направление средних пальцев сов - падало с направлением тока , то отогнутый на 90 большой палец по - кажет направление действующей на проводник силы Ампера F А , рис . 9.2. Таким образом , вели - чина магнитной индукции магнитного поля определяется как В = sin l J F A , (8.6) где – угол между направле - нием тока и вектора магнитной индукции ( магнитного поля ). В F А J Рис . 8.2 Конспект лекций 110 Однородным постоянным магнитным полем называется магнитное поле , вектор В у которого одинаков во всех точках про - странства и не меняется со временем . В соответствии с законом Ампера (8.6) магнитная индукция – это величина , численно равная силе , действующей на прямолиней - ный проводник единичной длины , по которому течет ток единичной силы и который расположен перпендикулярно направлению магнит - ного поля . Единица магнитной индукции получила название тесла ( Тл ): 1 Тл =1 м А Н ( в честь сербского ученого Никола Тесла ). Индук - ция магнитного поля Земли около ее поверхности составляет пример - но 5 10 -5 Тл . Следствием существования силы Ампера является появление момента сил , действующего на рамку с током , помещенную в одно - родное магнитное поле , и приводящего к ее возможному вращению . В данном случае модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального момента сил М max , действующего со сто - роны магнитного поля на контур с током , к произведению силы тока J в контуре на его площадь S: В = JS М max . (8.7) При этом , величина , модуль которой Р m =J S, называется жүктеу/скачать 1,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|