Индукция магн поля – 2. Магнитное поле. Магнитная индукция, напряженность магнитного поля. Понятие об электромагнитном поле.

Магнитная индукция

2

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ – существует вокруг электрического заряда, материально. Основное свойство электрического поля: действие с силой на эл.заряд, внесенный в него. Электростатическое поле– поле неподвижного эл.заряда, не меняется со временем. Напряженность электрического поля. – количественная характеристика эл. поля. – это отношение силы, с которой поле действует на внесенный точечный заряд к величине этого заряда. – не зависит от величины внесенного заряда, а характеризует электрическое поле!

Направление вектора напряженности  совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд.

Напряженность поля точечного заряда:

где q0 – заряд, создающий электрическое поле. В любой точке поля напряженность направлена всегда вдоль прямой, соединяющей эту точку и q0.

3

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ ( НАЛОЖЕНИЯ ) ПОЛЕЙ

Если в данной точке пространства различные электрически заряженные частицы 1, 2, 3… и т.д. создают электрические поля с напряженностью Е1, Е2, Е3 … и т.д., то результирующая напряженность в данной точке поля равна геометрической сумме напряженностей.

Силовые линии эл. поля – непрерывные линии, касательными к которым являются векторы напряженности эл.поля в этих точках. Однородное эл.поле – напряженность поля одинакова во всех точках этого поля. Свойства силовых линий: не замкнуты (идут от + заряда к _ ), непрерывны, не пересекаются, их густота говорит о напряженности поля (чем гуще линии, тем больше напряженность).

Графически надо уметь показать эл.поля: точечного заряда, двух точечных зарядов, обкладок конденсатора ( в учебнике есть).

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ заряженного шара.

Есть заряженный проводящий шар радиусом R.

– заряд равномерно рапределен лишь по поверхности шара!  Напряженность эл. поля снаружи:

Напряженность внутри шара:  Е = 0

12

ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ – характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд.  – не зависит от q и U. – зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения, электрических свойств среды между проводниками.

Единицы измерения в СИ: ( Ф – фарад )

КОНДЕНСАТОРЫ

– электротехническое устройство, накапливающее заряд ( два проводника, разделенных слоем диэлектрика ).

где d много меньше размеров проводника. Обозначение на электрических схемах:

Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора. Заряд конденсатора – это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.

Виды конденсаторов: 1. по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические 2. по форме обкладок: плоские, сферические. 3. по величине емкости: постоянные, переменные (подстроечные).

Электроемкость плоского конденсатора

где S – площадь пластины (обкладки) конденсатора d – расстояние между пластинами eо – электрическая постоянная e – диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Включение конденсаторов в электрическую цепь

параллельное

последовательное

Тогда общая электроемкость (С):

при параллельном включении

.при последовательном включении

ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА

Конденсатор – это система заряженных тел и обладает энергией. Энергия любого конденсатора:

где С – емкость конденсатора q – заряд конденсатора U – напряжение на обкладках конденсатора Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную, или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов , необходимой при зарядке конденсатора.

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА

Энергия конденсатора приблизительно равна квадрату напряженности эл. поля внутри конденсатора. Плотность энергии эл. поля конденсатора:

14

Электри́ческий ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц[1][2][3]. Такими частицами могут являться: в металлах —электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, вполупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля].

Сила тока — физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего через некоторую поверхность за время , к величине этого промежутка времени

[1]:

В качестве рассматриваемой поверхности часто используется поперечное сечение проводника.

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (русское обозначение: А; международное: A), ампер является одной из семиосновных единиц СИ. 1 А = 1 Кл/с.

По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональнасопротивлению проводника этого участка цепи:

Носителями заряда, движение которых, приводит к возникновению тока, являются заряженные частицы, в роли которых обычно выступаютэлектроны, ионы или дырки. Сила тока зависит от заряда этих частиц, их концентрации , средней скорости упорядоченного движения частиц , а также площади и формы поверхности, через которую течёт ток.

Если и постоянны по объёму проводника, а интересующая поверхность плоская, то выражение для силы тока можно представить в виде

где  — угол между скоростью частиц и вектором нормали к поверхности.

В более общем случае, когда сформулированные выше ограничения не выполняются, аналогичное выражение можно записать только для силы тока , протекающего через малый элемент поверхности площадью :

Тогда выражение для силы тока, протекающего через всю поверхность, записывается в виде интеграла по поверхности

В металлах заряд переносят электроны, соответственно в этом случае выражение для силы тока имеет вид

где e — элементарный электрический заряд.

Вектор называют плотностью электрического тока. Как следует из сказанного выше, его величина равна силе тока, протекающей через малый элемент поверхности единичной площади, расположенный перпендикулярно скорости , а направление совпадает с направлением упорядоченного движения заряженных частиц

[2].

Для измерения силы тока используют специальный прибор — амперметр (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр, гальванометр). Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Основные методы измерения силы тока: магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении).

В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность).

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади[1]. Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности её плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока:

где I – сила тока через поперечное сечение проводника площадью S (также см.рисунок).

Иногда речь может идти о скалярной[2] плотности тока, в таких случаях под ней подразумевается именно та величина j, которая приведена в формуле.

В общем случае:

,

где  — нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к элементу поверхности площадью ; вектор – специально вводимый вектор элемента поверхности, ортогональный элементарной площадке и имеющий абсолютную величину, равную её площади, позволяющий записать подынтегральное выражение как обычное скалярное произведение.

Как видим из этого определения, сила тока есть поток вектора плотности тока через некую заданную фиксированную поверхность.

В простейшем предположении, что все носители тока (заряженные частицы) двигаются с одинаковым вектором скорости и имеют одинаковые заряды (такое предположение может иногда быть приближенно верным; оно позволяет лучше всего понять физический смысл плотности тока), а концентрация их ,

или

где – плотность заряда этих носителей.

Направление вектора соответствует направлению вектора скорости , с которой движутся заряды, создающие ток, если q положительно.

В реальности даже носители одного типа движутся вообще говоря и как правило с различными скоростями. Тогда под следует понимать среднюю скорость.

В сложных системах (с различными типами носителей заряда, например, в плазме или электролитах)

то есть вектор плотности тока есть сумма плотностей тока по всем типам подвижных носителей; где – концентрация частиц каждого типа, – заряд частицы данного типа, – вектор средней скорости частиц этого типа.

Выражение для общего случая может быть записано также через сумму по всем индивидуальным частицам:

15

Зако́н О́ма — эмпирический физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника или электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника. Экспериментально установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

В своей оригинальной форме он был записан его автором в виде : ,

Здесь X — показания гальванометра, т.е в современных обозначениях сила тока Ia — величина, характеризующая свойства источника тока, постоянная в широких пределах и не зависящая от величины тока, то есть в современной терминологии электродвижущая сила (ЭДС) , l — величина, определяемая длиной соединяющих проводов, чему в современных представлениях соответствует сопротивление внешней цепи 

R и, наконец, b параметр, характеризующий свойства всей установки, в котором сейчас можно усмотреть учёт внутреннего сопротивления источника тока r[1].

В таком случае в современных терминах и в соответствии с предложенной автором записи формулировка Ома (1) выражает

Закон Ома для полной цепи:

, (2)

где:

  •  — ЭДС источника напряжения,

  •  — сила тока в цепи,

  •  — сопротивление всех внешних элементов цепи,

  •  — внутреннее сопротивление источника напряжения.

Из закона Ома для полной цепи вытекают следствия:

  • При r<<R сила тока в цепи обратно пропорциональна её сопротивлению. А сам источник в ряде случаев может быть назван источником напряжения

  • При r>>R сила тока от свойств внешней цепи (от величины нагрузки) не зависит. И источник может быть назван источником тока.

Часто[2] выражение:

 (3)

(где есть напряжение или падение напряжения, или, что то же, разность потенциалов между началом и концом участка проводника) тоже называют «Законом Ома».

Таким образом, электродвижущая сила в замкнутой цепи, по которой течёт ток в соответствии с (2) и (3) равняется:

 (4)

То есть сумма падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока и на внешней цепи равна ЭДС источника. Последний член в этом равенстве специалисты называют «напряжением на зажимах», поскольку именно его показывает вольтметр, измеряющий напряжение источника между началом и концом присоединённой к нему замкнутой цепи. В таком случае оно всегда меньше ЭДС.

К другой записи формулы (3), а именно:

 (5)

применима другая формулировка:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Выражение (5) можно переписать в виде:

 (6)

где коэффициент пропорциональности G назван проводимость или электропроводность. Изначально единицей измерения проводимости был «обратный Ом» — Mо[3], в Международной системе единиц (СИ) единицей измерения проводимости является си́менс (русское обозначение: См; международное: S), величина которого равна обратному ому.

ЗАКОН ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦА

При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.

В системе СИ:

[Q] = 1 Дж

19

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

– это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

СВОЙСТВА ( стационарного) МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Постоянное (или стационарное) магнитное поле – это магнитное поле, неизменяющееся во времени .

1. Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами и телами, проводниками с током, постоянными магнитами.

2. Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы и тела, на проводники с током, на постоянные магниты, на рамку с током.

3. Магнитное поле вихревое, т.е. не имеет источника.

– это силовая характеристика магнитного поля.

Вектор магнитной индукции направлен всегда так, как сориентирована свободно вращающаяся магнитная стрелка в магнитном поле.

Единица измерения магнитной индукции в системе СИ:

Направление линий магнитной индукции

– определяется по правилу буравчика или по правилу правой руки.

Правило буравчика ( в основном для прямого проводника с током):

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

Правило правой руки ( в основном для определения направления магнитных линий  внутри соленоида):

Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Существуют другие возможные варианты применения правил буравчика и правой руки.

Сила ампера

– это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

Модуль силы Ампера равен произведению силы тока в проводнике на модуль вектора магнитной индуции, длину проводника и синус угла между вектором магнитной индукции и направлением тока в проводнике.

Сила Ампера максимальна, если вектор магнитной индукции перпендикулярен проводнику.

Если вектор магнитной индукции параллелен проводнику, то магнитное поле не оказывает никакого действия на проводник с током, т.е. сила Ампера равна нулю.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а 4 вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующий на проводник с током.

Примеры:

или 

Действие магнитного поля на рамку с током

Однородное магнитное поле ориентирует рамку (т.е. создается вращающий момент и рамка поворачивается в положение, когда вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости рамки).

Неоднородное магнитное поле ориентирует + притягивает или отталкивает рамку с током. Так, в магнитном поле прямого проводника с током (оно неоднородно) рамка с током ориентируется вдоль радиуса магнитной линии и притягивается или отталкивается от прямого проводника с током в зависимости от направления токов.

22

Магнитный момент витка с током это физическая величина, как и любой  другой магнитный момент, характеризует магнитные свойства данной системы. В нашем случае систему представляет круговой виток с током. Этот ток создает магнитное поле, которое взаимодействует с внешним магнитным полем. Это может быть как поле земли, так и поле постоянного или электромагнита.

Рисунок — 1 круговой виток с током

 Круговой виток с током можно представить в виде короткого магнита. Причем этот магнит будет направлен перпендикулярно плоскости витка. Расположение полюсов такого магнита определяется с помощью правила буравчика. Согласно которому северный плюс будет находиться за плоскостью витка, если ток в нем будет двигаться по часовой стрелке.

Рисунок—  2 Воображаемый полосовой магнит на оси витка

 На этот магнит, то есть на наш круговой виток с током, как и на любой другой магнит, будет воздействовать внешнее магнитное поле. Если это поле будет однородным, то возникнет вращающий момент, который будет стремиться развернуть виток. Поле буде поворачивать виток так чтобы его ось расположилась вдоль поля. При этом силовые линии самого витка, как маленького магнита, должны совпасть по направлению с внешним полем.

 Если же внешнее поле будет не однородным, то к вращающему моменту добавится и поступательное движение. Это движение возникнет вследствие того что участки поля с большей индукцией будут притягивать наш магнит в виде витка больше чем участки с меньшей индукцией. И виток начнет двигаться в сторону поля с большей индукцией.

 Величину магнитного момента кругового витка с током можно определить по формуле.

studfiles.net

Индукция магнитного поля, теория и примеры

Индукция магнитного поля (магнитная индукция, вектор магнитной индукции) () – это одна из основных физических векторных величины, которые характеризуют магнитное поле. Это силовая характеристика данного поля, отображающая действие поля на заряженную частицу в рассматриваемой точке пространства.

Определения индукции магнитного поля

Индукцию магнитного поля можно определить разными способами: понятие вращающего момента рамки с магнитным моментом, используя закон Ампера, силу Лоренца.

1) Модуль вектора индукции магнитного поля в конкретной точке однородного магнитного поля определен максимальным вращающим моментом (), который действует на рамку, обладающую магнитным моментом (), равным единице,, если нормаль к рамке ориентирована перпендикулярно направлению поля:

   

2) Величина индукции магнитного поля равна пределу отношения силы (dF), с которой действует магнитное поле на элементарный проводник с током, к силе тока (I) умноженной на длину этого проводника (dl), при длине проводника стремящейся к нулю. При этом проводник имеет такое расположение в магнитном поле, что данный предел имеет максимальное значение:

   

направлен перпендикулярно элементу dl, и направлению силы Ампера. Если смотреть из конца , то вращение по кратчайшему расстоянию от направления силы Ампера к направлению силы тока в проводнике должно происходить против часовой стрелки.

3) Исходя из определения силы Лоренца (), величину вектора магнитной индукции найдем как:

   

где q – заряд частицы, движущейся в магнитном поле; v – скорость движения частицы; – угол между направлением скорости частицы и вектором поля. Направления силы Лоренца, векторов скорости и магнитной индукции связаны между собой правилом левой руки. Если левую руку расположить так, что в нее входит , четыре вытянутых пальца направить по то отогнутый на 90o большой палец укажет направление силы, с которой магнитное поле действует на положительно заряженную частицу.

Для однородного изотропного магнетика, заполняющего пространство, вектор магнитной в веществе () и вектор индукции в вакууме(, при одинаковых условиях, связаны формулой:

   

где – относительная магнитная проницаемость вещества.

Суперпозиция магнитных полей

Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции: если присутствует магнитных, то индукция результирующего поля равна векторной сумме отдельных индукций:

   

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Индукция магнитного поля: характеристики, линии и законы

Индукция магнитного поля – величина, определяемая параметрами среды, показывающая величину силы, с которой при поднесении объекта поле действует на стрелку компаса, проводник с током или ферромагнитные материалы. История развития тематики подробно описана разделом Магнитная индукция (слова-синонимы), здесь целиком сосредоточимся на практической части, терминах.

Магнитное поле и характеристики

Эрстед обнаружил отклонение стрелки компаса проводом с электрическим током, магнетизм тогда считался явлением независимым. Проявляли свойства твердые тела. Гильберт писал: магнетизму в сравнении со слабым и непостоянным электричеством присущи сила, нерушимость. Поле свободно проходит объекты. Следовательно, нужно было субстанцию охарактеризовать. Потребовалось время воссоздать картину. Сегодня, как это указывается разделом Магнитная индукция, господствуют две модели:

  1. Пуассона.
  2. Ампера.

Первоначально исследована сила взаимодействия двух проводников с током. Как только Ампер продемонстрировал открытие Эрстеда собранию научного общества, исследователи начали рыть. В ходе обсуждений Лаплас предположил: действие явления можно усилить, изогнув проводник. Так появились (в 1820 году) катушка индуктивности в мультипликаторе (гальванометре) Швейггера, прообраз электромагнита в опытах Араго с намагничиванием иглы, обвитой проволокой, разрядом лейденской банки. Знаменательным стало открытие закона Био-Савара (см. рис.). Связывает характеристику магнитного поля провода с током и некоторые другие величины.

Закон Био-Савара

Левая часть равенства содержит элемент индукции. Малая толика общего поля, создаваемая элементарным (небольшим) отрезком проводника dl. Величину определяют сила тока, расстояние до рассматриваемой точки, угол меж векторами l и В. Согласитесь, звучат термины туманно, необходимо рассмотреть ключевые понятия. В современной физике явления магнитного поля объясняется наглядными опытами с активным участием электроскопа. Физический прибор, изобретенный задолго до описываемых событий (середина XVIII века), позволяющий определить наличие на объекте статического заряда.

Первый электроскоп состоял из древесного шарика, подвешенного на дуге, напоминавшей поставленный кверху ногами рыболовный крючок. В результате нить свободно ходила в сторону. Шарик натирали при помощи шерсти, образовывался заряд, взаимодействующий с другими. Процесс описывает закон Кулона. Вернемся к демонстрации магнитного поля современной физикой. Учебник пользуется простыми примерами:

  1. Заряженный шар электроскопа подносят к проводнику с током. Наблюдается некое взаимодействие.
  2. Направление тока меняют: картина остается прежнее.
  3. Убирают ток вовсе – взаимодействие налицо.

Делают вывод: провод, несущий ток, с неподвижным шариком электроскопа не взаимодействует сам по себе. Происходит электризация влиянием. Провод приобретает статический заряд от шарика, наблюдается взаимодействие. Следовательно, электрическое поле сосредоточено внутри проводника, не выходит за пределы. Согласно аксиоме:

Магнитными называют силы взаимодействия проводника под током с другим проводником, стрелкой компаса, некоторыми материалами и предметами.

Линии напряженности магнитного поля

Магнитное поле не влияет на неподвижный заряд, действует на движущееся электричество. Когда Био экспериментально, Савар позже математически сформулировали закон, понадобились модели, описывающие взаимодействие нового явления с объектами материального мира. Следует четко понимать, хотя закон Био-Савара содержит величину магнитной индукции, на момент 1820 года попросту отсутствовала в научной сфере. Некая мера поля, что именно представляла, никто в точности сказать не мог. Гауссова СГС появилась в 1832 году, лишена многих физических величин.

Трактат 1600 года Гильберта высказал предположение о структуре линий напряженности. Для выяснения обстоятельств активно использовал магнитную стрелку, создал шар руды, доказал подобие поля объекта Земному. По характеру взаимодействия выдвинул идею: один полюс испускает некую субстанцию, другой — поглощает. Довольствуясь доводами, Рене Декарт в 1644 году создал одну из первых картин магнитного поля, использовав мелкие металлические опилки. Опытом не брезгают сегодняшние учебники физики. Линии напряженности магнитного поля являются плавными, замыкаются на полюсах, вектор индукции направлен касательно в каждой точке.

Сообразно закону Био-Савара, имеющимся знаниям Пуассон в 1824 году создает первую модель поля. Оперирует с диполями, отстраняется от среды распространения явления. Ампер идет иным путем, представляя источники магнитного поля, элементарными циркулирующими зарядами. Проводя опыты, замечает: сила взаимодействия зависит от среды, вносит таким образом лепту. Правы оказались оба.

Магнитное поле планеты Земля

Существование магнитного поля независимо от среды, сила действия на объекты в некоторых материалах изменяется. Для описания количественной меры изменения ввели единицу относительной магнитной проницаемости. Показывает отличие силы взаимодействия в сравнении с процессом, идущим в вакууме. Согласно такому подходу, материалы формируют три группы:

  1. Парамагнетики немного усиливают напряженность Н, индукция магнитного поля немного больше, нежели в вакууме. Вещества теряют приобретенные в результате взаимодействия свойства так скоро, как пропадает источник изменений.
  2. Диамагнетики ослабляют действие поля. Напряженность Н выше индукции В. Класс веществ включает: поваренную соль, нафталин, висмут. Поле ослабляется, магнитная восприимчивость отрицательная.
  3. Ферромагнетики многократно усиливают напряженность, индукция намного превышает H. По этой причине идут на изготовление сердечников трансформаторов.

Теперь поясним: напряженность поля H характеризует свойства источника магнетизма, существует в любой среде. Индукция показывает способность явления индуцировать в проводниках ЭДС. Откуда произошло название. Хотя на практике индукция играет первостепенную роль, рассмотрение случаев с одновременным использованием разных сред удобно вести с позиций напряженности поля. Значение домножается величиной магнитной проницаемости среды.

Кстати, Майкл Фарадей, не зная фактов, выбрал для удачного опыта с тороидальным трансформатором ферромагнетик (мягкая сталь). Благодаря этому удачно удалось зафиксировать явление индукции. Оно имеет место быть в воздухе, но не так заметно. Ферромагнетик умножает многократно способность поля индуцировать отклик в виде ЭДС вторичной обмотки трансформатора. Коэффициент проницаемости некоторых материалов составляет тысячи единиц.

Законы, связанные с магнитной индукцией

На чертежах условились линии магнитного поля наносить тем плотнее, чем выше индукция. На единицу площади (например, квадратный сантиметр) приходится столько, каково значение физической величины в Тл. Помогает визуально оценить плотность поля. Количество линий, охваченных площадью фигуры, отражает величину работы по перемещению в пределах нее электрического заряда. Тезис отражен законом Фарадея (см. рис.), где фигурирует величина плотности магнитной индукции, измеряемой веберами.

Законы и феномены, связанные с индукцией магнитного поля

Магнитная индукция и индукция магнитного поля выступают словами-синонимами. Параметр характеризует свойства источника и атрибуты среды. Следовательно, пора рассмотреть законы, связанные с явлением. Первое приходящее на ум – полистать учебник физики, верим, что читатели смогут сделать индивидуально. Предлагаем рассмотреть феномен, прошедший незамеченным Википедией и некоторыми учебниками физики, большинством.

Магнитные полюса Земли прямо противоположны истинным. Дело не в том, что магнитные полюса отклонены от географических. Нет! Прямо противоположны по местоположению полюсам, с которыми оперирует физика. Поэтому какой учебник ни возьми, везде стрелка компаса указывает на юг. Хотя авторы стараются исключить картинки, по которым можно было бы однозначно установить. Посмотрим две из них (фото Курс физики Жданова Л.С. и Мараджаняна В.А.):

  1. На первой видно: стрелка компаса отслеживает северным полюсом направление поля.
  2. Вторая демонстрирует правило левой руки, одновременно замечаем: поле направлено с севера на юг.

Магнитные полюсы глазами физиков

Отыскивается иллюстрация, отчетливо показывающая: на юг смотрит северный конец ферромагнетика. Истинный северный полюс находится не в Арктике, как привыкли думать, на просторах Антарктиды. Очередное противоречие физики, второе заключается в предположении, что ток образуют положительные заряды. Хотелось бы сегодня сделать еще один доклад.

Магнитные полюсы Земли периодически меняются местами!

Да, они это делают, последняя смена была порядка 780000 лет назад (сведения получены на основании анализа горных пород). Хотя иногда процесс происходил чаще. В августе 1999 года началась Эпоха Водолея, вместе с ней грядет очередная смена полюсов. За век вплоть до этой даты магнитный северный полюс смещался ежегодно на 10 км, к началу 2000-х – на целых 50. Цифра постоянно растет. Среди ученых кругов имеются паникеры, утверждающие: переполюсовка каждый раз вызывает крах биосферы: якобы, так погибли динозавры.

Специалисты дают протекающему процессу 40 — 100 лет, потом… физические представления станут верными: стрелка компаса будет смотреть как раз в нужном направлении. Научная интуиция эпохи технической революции? Нельзя сказать точно, но морякам, пилотам пора откорректировать магнитное склонение (разница между направлением на географический и магнитный полюсы). Утешает одно: большинство объектов ориентируется на показания приборов GPS (спутниковая навигация с задействованием земных транслирующих станций).

Изменениями Солнца провоцируются магнитные бури. Природный катаклизм, когда стрелка компаса начинает вести себя непредсказуемо. У поля имеются 11 и 100-летний циклы, мало влияют на погоду, потому незаметны большей части человечества. Скептикам ответим: магнитное поле выступает единственной защитой человечества против действия космического излучения, всерьез пора подумать о сохранности  планеты. Особенно сильно пострадает озоновый слой, вслед за ним – микроскопическое населения океана. Фактически от приспособленности водной жизни к изменениям зависит дальнейшее будущее планеты.

Первый 3-D маппинг поля выполнил спутник Magsat в 1980 году, затем после долгого перерыва в 1999 году проблемой занялся Эрстед (спутник). Необходимость запуска вызвана приходом Эпохи Водолея и описанными выше событиями. Пока исследованием магнитного щита Земли занимается спутниковая группировка Swarm. Считается, что изменения спровоцированы колебаниями состава ядра планеты, ученые хотят найти точные зависимости. После полугода работы (начало 2014 года) результаты исследований стали вызывать озабоченность: магнитное поле ослабевает, меняет конфигурацию.

vashtehnik.ru

Индукция магнитного поля. Опыт Эрстеда.

Первую попытку научного подхода к изучению магнетизма совершил в XIII в. французский физик Пьер Пелерен де Марикур (точные даты жизни неизвестны) в своем трактате «Послание о магните». Более системно свойства постоянных магнитов исследовал Уильям Гильберт (1544-1603) — английский физик и врач, один из основателей науки об электричестве. С целью изучения земного магнетизма Уильям Гильберт изготовил постоянный магнит в виде шара (модель Земли). Расположив на шаре компас, он заметил, что стрелка компаса ведет себя так же, как на поверхности Земли. Эксперименты позволили ученому предположить, что Земля — ​​это огромный магнит, а на севере нашей планеты находится ее южный магнитный полюс.

Долгое время электрические и магнитные явления рассматривались как не связанные между собой. Впервые связь между ними установил датский физик Эрстед. Выполняя опыт в 1820 г., он заметил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с проводником, при замыкании цепи вращается и размещается почти перпендикулярно к проводнику.

Если электрическую цепь разомкнуть, то стрелка вернется в прежнее положение. Этот опыт свидетельствует о том, что электрический ток каким-то образом действует на магнитную стрелку. Итак, между электрическими и магнитными явлениями существует определенная связь.

В опыте Эрстеда впервые было обнаружено магнитное поле, вызванное протеканием электрического тока. На самом деле, если проводник с электрическим током действует на магнитную стрелку, то следует считать, что вокруг этого проводника существует магнитное поле.

Французский математик и физик Андре Мари Ампер (1775-1836) впервые услышал об опытах Г. Эрстеда 4 сентября 1820 г. и уже через неделю продемонстрировал взаимодействие двух параллельно расположенных проводников с током. Ампер также показал, что катушки, в которых проходит электрический ток, ведут себя как постоянные магниты. Анализируя результаты опытов, ученый пришел к выводу: поскольку проводники являются электрически нейтральными (они незаряженные), их притяжения или отталкивания не может объясняться действием электрических сил, — «поведение» проводников является следствием действия магнитных сил.

Поскольку электрический ток — это направленное движение электрически заряженных частиц, то мы приходим к выводу, что вокруг любой подвижной заряженной частицы существуют одновременно магнитное поле и электрическое поле. Вокруг неподвижных зарядов есть только электрическое поле.

Для исследования индукции магнитного поля воспользуемся методом спектров, который мы применяли для выявления магнитного поля постоянных магнитов.

Мы не можем увидеть магнитное поле, однако для лучшего понимания магнитных явлений важно научиться наглядно изображать. В этом нам, помимо железных опилок, показывающих силовые линии поля, помогут магнитные стрелки, которые показывают также направление магнитного поля. Каждая такая стрелка — это маленький постоянный магнит, который легко поворачивается в горизонтальной плоскости. О том, как графически изображают магнитное поле и какая физическая величина его характеризует, вы узнаете из этой статьи.

Опыт 1. Через отверстие в горизонтально расположенном листе картона пропустим вертикальный проводник с током. Посыпьте картон железными опилками и замкните электрическую цепь. В результате опыта мы увидим, что опилки разместились вокруг проводника концентрическими кругами. Если опилки заменить магнитными стрелками, то они размещаются так, как показано на рисунке.

Здесь изображен вид сверху на картон с цепочками опилок. Круг в центре — поперечное сечение проводника с током. В нем крестиком обозначены ток в направлении в картон (как хвостовое оперение стрелы от лука, летящий от нас). Точкой в ​​круге обозначено ток в направлении из-за картона (как наконечник стрелы, летящей на нас).

Из результатов опыта видно, что свойства магнитного поля тока такие же, как у магнитного поля постоянного магнита. Поэтому можно повторить выводы относительно графического изображения магнитного поля, помня, что его источником могут быть и постоянный магнит, и электрический ток.

Воображаемые линии, вдоль которых в магнитном поле размещаются продольные оси маленьких магнитных стрелок, называют линиями магнитного поля (магнитными силовыми линиями).

Направление, которое показывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление линии магнитного поля. В магнитном поле железные или стальные опилки показывают форму магнитных линий этого поля. Линии магнитного поля тока — это замкнутые линии, которые окружают проводник с током.

Выполним предварительный опыт, но изменим направление тока в проводнике на противоположный. Окажется, что все магнитные стрелки повернутся на 180°. Направление линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике, на практике его можно установить по правилу буравчика.

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением магнитных силовых линий.

Опыт 2. Возьмем длинный прямой изолированный провод, намотаем его на деревянную или пластмассовую катушку. Присоединим ее к источнику тока. В катушке будет проходить электрический ток и к ее концам будут притягиваться железные предметы, например винт.

Опыт 3. Подвесим катушку с током на длинных тонких и гибких проводниках. Если поблизости нет магнитных материалов или других магнитных полей, то катушка установится в пространстве так, как магнитная стрелка компаса: одна сторона катушки будет направлена на север, другая — на юг.

Катушка с током имеет два магнитных полюса: северный N и южный S.

На рисунке также показано, как отталкиваются постоянный магнит и катушка с током, поскольку они размещены одноименными полюсами друг к другу.

Опыт 4. На пластинку из оргстекла положим железные опилки и по катушке пропустим электрический ток. Опилки расположатся в определенном порядке. Как видим, линии магнитного поля катушки с током являются замкнутыми кривыми. Считают, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному. Магнитное поле катушки с током очень похоже на магнитное поле постоянного магнита.

Выясним теперь, от чего зависит сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

Опыт 5. Прикрепим катушку 1 к чувствительному динамометру 3, разместив ее внутри неподвижной катушки 2 с сильным постоянным магнитным полем. Пропустим по обеим катушках токи одинакового направления. Катушка 1 будет втягиваться внутрь катушки 2, пружина динамометра растягиваться, измеряя силу взаимодействия токов.

Будем пропускать через катушку 1 токи I, 2I, 3I …. Тогда сила, с которой действует на нее магнитное поле катушки 2, равна соответственно Р, 2Р, 3Р …. Следовательно, сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, прямо пропорциональна силе тока в проводнике: Р ~ I.

Изменяя длину проводника, намотанного на катушку 1, аналогично можно убедиться, что Р ~ L, где L -длина проводника, который расположен в магнитном поле.

Кроме того, сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, зависит от свойств самого поля. Различные магнитные поля на один и тот же проводник действуют неодинаково. Эта зависимость характеризуется величиной, которая получила название индукции магнитного поля (обозначают буквой В).

Если заряженная частица движется в магнитном поле, то поле будет действовать на частицу с некоторой силой. Значение этой силы зависит от заряда частицы, направления и значение скорости ее движения, а также от того, насколько сильно поле.

Чем больше индукция магнитного поля, тем с большей силой оно действует на перпендикулярен проводник с током: Р ~ В. Объединяя результаты опытов, получаем: F = BIL. Из этого соотношения определяем индукцию магнитного поля: В = F/IL. Таким образом, индукция магнитного поля определяется силой, с которой магнитное поле действует на проводник длиной 1 м, по которому проходит ток 1 А.

Тогда единицей индукции магнитного поля в СИ является Тесла:

1 Н / 1 А • 1 м = 1 Н / А • м = 1 Тл.

За единицу индукции магнитного поля 1 тесла (1 Тл) принимается индукция такого магнитного поля, при котором на  каждый 1 м длины проводника с током 1 А действует силой 1 Н. Единица индукции магнитного поля названа в честь сербского физика и электротехника Николы Теслы (1856-1943).

Индукция магнитного поля является величиной векторной: она имеет не только числовое значение, но и направление. Определение направления индукции магнитного поля основывается на таком опытном факте.

Как известно, магнитная стрелка в магнитном поле поворачивается. А значит, со стороны магнитного поля на нее действуют силы. В состоянии покоя эти силы направлены по одной прямой, но в противоположные стороны. За направление индукции магнитного поля принимают направление силы, действующей со стороны магнитного поля в направлении северного полюса магнитной стрелки.

Подводим итоги

Индукция магнитного поля В — это векторная физическая величина, характеризующая силовое воздействие магнитного поля. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением, в котором указывает северный полюс магнитной стрелки. Единица магнитной индукции в СИ — тесла (Тл).

Условные линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с линией, вдоль которой направлен вектор магнитной индукции, называют линиями магнитной индукции или магнитными линиями.

Линии магнитной индукции всегда замкнуты, вне магнита они выходят из северного полюса магнита и входят в южный, они плотнее расположены в тех областях магнитного поля, где модуль магнитной индукции больше.

Планета Земля имеет магнитное поле. Вблизи северного географического полюса Земли расположен ее южный магнитный полюс, вблизи южного географического полюса — северный магнитный полюс.

www.polnaja-jenciklopedija.ru

Индукция магнитного поля

Все магниты разделяются между собой по силе своего воздействия. Таким образом, существует определенная величина, которая характеризует степень проявления силы того или иного магнита. Если быть более точными, то данная сила создается не самими магнитами, а их магнитными полями. Само магнитное поле зависит от векторной величины, которая известна, как индукция магнитного поля или просто магнитная индукция.

Формула

Для определения величины электромагнитной индукции используется формула B=F/(I*l), где магнитная индукция В, представляющая собой модуль вектора, определяется, как отношение модуля силы F, воздействующей на проводник с током, расположенным перпендикулярно с магнитными линиями, к значению силы тока I, имеющейся в проводнике и длине l самого проводника.

Зависимость магнитной индукции

На электромагнитную индукцию абсолютно не влияют, ни сила тока, ни длина проводника. Она находится в прямой зависимости и связи, только с магнитным полем. Таким образом, при уменьшении силы тока в проводнике, без изменения каких-либо других показателей, происходит уменьшение не индукции, прямо пропорционально связанной с силой тока, а той силы, с которой магнитное поле воздействует на проводник. При этом, значение самой магнитной индукции остается постоянным. Благодаря этим качествам, электромагнитная индукция выступает в роли количественной характеристики магнитного поля.

Измерение магнитной индукции производится в теслах, по формуле: 1 Тл=1 Н/(А*м). Физическую зависимость этой величины от различных факторов, можно определить в ходе проведения несложного эксперимента. Необходимо взять весы, где на одной стороне прикрепляется проводник, а на другой стороне расположены гири. Проводник находится в постоянном электромагнитном поле, при этом, его масса и вес гирь имеют одинаковое значение.

После уравновешивания весов, по проводнику пропускается электрический ток. Вокруг него происходит образование магнитного поля, определяемое в соответствии с правилом правой руки. В результате, наблюдается взаимодействие полей постоянного магнита и самого проводника. При этом, равновесие весов будет нарушено. Из-за протекания тока, сторона весов с проводником начинает опускаться. Для того, чтобы вычислить силу воздействия поля на этот проводник, нужно уравновесить его с помощью гирь. Сила их тяжести рассчитывается по специальной формуле, и будет равняться силе магнитного поля, воздействующей на проводник с током. Соотношение этой силы с длиной проводника и силой тока является постоянной величиной. Данная количественная характеристика находится в зависимости только от поля и представляет собой ни что иное, как модуль вектора магнитной индукции.

Линии магнитной индукции

Сама индукция магнитного поля характеризуется определенным направлением, представляющим собой линии, отображаемые графически. Эти линии, также получили название магнитных линий, или линий магнитных полей. Так же, как и магнитная индукция, ее линии имеют собственное определение. Они представляют собой линии, к которым проведены касательные во всех точках поля. Эти касательные и вектор магнитной индукции совпадают между собой.

Однородное магнитное поле отличается параллельными линиями магнитной индукции, совпадающими с направлением вектора во всех точках.

Если же магнитное поле является неоднородным, произойдет изменение вектора электромагнитной индукции в каждой пространственной точке, расположенной вокруг проводника. Касательные, проведенные к этому вектору, приведут к созданию концентрических окружностей вокруг проводника. Таким образом, в данном случае, линии индукции будут выглядеть в виде расширяющихся окружностей.

electric-220.ru

Магнитная индукция – Основы электроники

Магнитная индукция это способность влиять магнитным полем  на объект.

При помещении в катушку железного стержня (сердеч­ника) ее магнитный поток увеличивается во много раз. Объ­ясняется это следующим. Железо имеет кристаллическое строе­ние. Отдельные кристаллы железа, вследствие того, что внутри их происходит круговое движение электронов, т. е. существуют электрические токи, обладают свойствами маленьких магни­тиков. В обычном состоянии эти молекулярные магнитики рас­положены в беспорядке. Магнитные поля их взаимно нейтра­лизуются, и поэтому кусок железа в целом не проявляет маг­нитных свойств. Схематически это изображено на рисунке 1. Отдельные молекулярные кристаллики изображены в виде ма­леньких магнитиков.

Рисунок 1. Беспорядочное расположение малекулярных кристалликов в обыном состоянии железа.

При помещении железа в магнитное поле молекулярные магнитики подобно магнитной стрелке компаса поворачиваются на некоторый угол и устанавливаются вдоль силовых линий магнитного поля. Чем сильное магнитное поле, тем большее число молекулярных магнитиков поворачивается и тем одно­роднее становится их расположение. Поля одинаково ориен­тированных магнитов не нейтрализуют уже друг друга, а на­оборот, складываются, создавая дополнительные силовые линии.

Магнитный поток, создаваемый элементарными магнити­ками железа, во много раз больше основного магнитного по­тока, создаваемого катушкой; именно поэтому магнитный поток катушки при помещении в нее железного сердечника увеличивается во много раз.

Если постепенно увеличивать ток, протекающий по виткам катушки, то магнитный поток в железном сердечнике будет увеличиваться до тех пор, пока все молекулярные магнитики не повернутся точно по направлению силовых линий магнит­ного поля (рисунок 2). После этого возрастание магнитного по­тока за счет железа прекратится. Это состояние железного сердечника называется магнитным насыщением.

Рисунок 2. В магнитном поле кристаллики направлены вдоль магнитных силовых линий.

Способностью увеличивать магнитный поток катушки об­ладают кроме железа и другие металлы (кобальт и никель), но у них эта способность выражена значительно слабее, чем у железа.

Очень сильными магнитными свойствами обладают также некоторые специальные сплавы. В радиотехнике эти сплавы применяются для изготовления постоянных магнитов для ди­намиков и магнетронов.

Число, показывающее, во сколько раз увеличивается маг­нитный поток соленоида при введении в него сердечника из какого-нибудь материала, называется магнитной проницае­мостью данного материала и обозначается буквой µ

Магнитная проницаемость некоторых сортов железа и спе­циальных сплавов достигает нескольких сотен тысяч. Для боль­шинства же материалов она близка к единице.

Произведение из напряженности магнитного поля Н на проницаемость материала µ называется магнитной индук­цией В.

Таким образом

B = µ *H.

Магнитная индукция определяет количество силовых линий в данном материале, проходящих через 1 см2 поперечного се­чения материала.

После прекращения тока в катушке сердечник, если он сделан из мягкого железа, теряет свои магнитные свойства, потому что молекулярные магнитики снова располагаются бес­порядочно. Если же сердечник стальной, то он сохраняет при­обретенные магнитные свойства и после прекращения действия на него магнитного поля катушки. Объясняется это тем, что в стали молекулярные магнитики сохраняют свое упорядочен­ное расположение и после прекращения тока в катушке.

Катушка с железным сердечником называется электромаг­нитом, так как ее магнитные свойства обусловлены электриче­ским током.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

www.sxemotehnika.ru

Магнитная индукция

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

КАФЕДРА «ФИЗИКА»

Тема:

СИЛА ЛОРЕНЦА.

ЭФФЕКТ ХОЛЛА.

Выполнил: студент группы ИС-02-217

Богатырёв А.Л.

Проверил: Илларионов А.И.

Иркутск-2003

Магнитная индукция. Сила Лоренца.

1. Опыты показывают, что сила F м , действующая со стороны магнитного поля на движущуюся в этом поле заряженную частицу, подчиняется следующим законерностям :

а) сила FM всегда перпендикулярна вектору скорости v частицы;

б) отношение FM /(| q | v ) не зависит ни от заряда q частицы, ни от модуля ее скорости;

в) при изменении направления скорости частицы в точке А поля модуль силы F м изменяется от 0 до максимального значения ( F м )макс , которое зависит не только от | q | v ,но также от значения в точке А силовой характеристики магнитного поля — вектора В называемого магнитной индукцией поля.

По определению, модуль вектора В равен

(1)

Итак, магнитная индукция В численно равна отношению силы,

действующей на заряженную частицу со стороны магнитного поля, к произведению абсолют значения заряда и скорости частицы, если направление скорости частицы таково, что эта сила максимальна. Вектор В направлен перпендикулярно вектору силы ( F м )макс действующей на положительно заряженную частицу ( q > 0), и вектору скорости v частицы так, что из конца вектора В вращение по кратчайшему расстоянию от направления силы ( F м )макс к направлению скорости v видно происходящим против часовой стрелки. Иначе говоря, векторы ( F м )макс , v и В образуют правую тройку

Магнитное поле называется однородным, если во всех его точках векторы магнитной индукции одинаковы как по модулю, так и по направлению. В противном случае магнитное поле называется неоднородным .

2. Для графического изображения стационарного, т. е. не изменяющегося со временем, магнитного поля пользуются методом

линий магнитной индукции.

Линиями магнитной индукции (силовыми линиями магнитного поля) называются линии, проведенные в магнитном поле так, что в каждой точке поля касательная к линии магнитной индукции совпадает с направлением вектора В в этой точке поля.

Линии магнитной индукции проще всего наблюдать с помощью мелких

Игольчатых железных опилок, которые намагничиваются в исследуемом поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам (свободная магнитная стрелка разворачивается в магнитном поле так, чтобы ось стрелки, соединяющая ее южный полюс с северным, совпадала с направлением В ).

3. Вид линий магнитной индукции простейших магнитных полей показан

на рис. Из рис. б г видно, что эти линии охватывают проводник с током, создающий поле. Вблизи проводника они лежат в плоскостях, перпендикулярных проводнику.

Направление линий индукции определяется по правилу буравчика : если ввинчивать буравчик по направлению вектора плотности тока в проводнике, то направление движения рукоятки буравчика укажет направление линий магнитной индукции.

Линии индукции магнитного по­ля

тока ни в каких точках не могут обрываться, т. е. ни начинаться, ни кончаться: они либо замкнуты (рис. б, в, г), либо бесконечно навиваются на некоторую поверхность, всюду плотно заполняя ее, но никогда не возвращаясь вторично в любую точку поверхности.

Для сравнения магнитного поля с электростатическим полезно

напомнить, что линии напряженности электростатического поля разомкнуты. Они начинаются на положительных зарядах, оканчиваются на отрицательных и вблизи от заряженного проводника направлены перпендикулярно его поверхности.

Из сопоставления рис. а и г видно, что магнитное поле вне соленоида,

длинной катушки с током, подобно магнитному полю полосового магнита. Северный полюс магнита совпадает с тем концом соленоида, из которого ток в витках виден идущим против часовой стрелки. Линии магнитной индукции постоянного магнита выходят из его северного полюса и входят в южный. На первый взгляд кажется, что здесь имеется полная аналогия с линиями напряженности электростатического поля, причем полюсы магнита играют роль магнитных «зарядов» (магнитных масс), создающих магнитное поле. Однако опыты показали, что, разрезая постоянный магнит на части, нельзя разделить его полюсы, т. е. нельзя получить магнит либо с одним северным, либо с одним южным полюсом. Каждая сколь угодно малая часть постоянного магнита всегда имеет оба полюса. Следовательно, в отличие от электрических зарядов свободных магнитных «зарядов» в природе не существует. Нет их и в полюсах постоянных магнитов. Поэтому линии магнитной индукции не могут обрываться на полюсах.

Полная аналогия между магнитными полями полосовых магнитов и

соленоидов позволила французскому физику А. Амперу высказать (1821 — 1822) гипотезу о том, что магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены существующими в них микротоками. О природе и характере этих микротоков Ампер ничего не мог сказать, так как в то время учение о строении вещества находилось еще в начальной стадии. Лишь после открытия электрона и выяснения строения атомов и молекул, т. е. спустя почти 100 лет, гипотеза Ампера была блестяще подтверждена и легла в основу современных представлений о магнитных свойствах вещества. Гипотетические микротоки Ампера получили простое и наглядное истолкование: они связаны с движением электронов в атомах, молекулах и ионах.

4. По формуле (1) можно найти силу, действующую со стороны

магнитного поля на движущуюся в нем заряженную частицу, только если скорость частицы v перпендикулярна вектору В . В общем случае эта сила равна

(2) На рис. показаны взаимные расположения векторов v , В и FM для положительного и отрицательного зарядов частицы. Модуль силы равен

где

а — угол между векторами v и В .

Сила FM направлена перпендикулярно скорости v заряженной частицы и

сообщает частице только нормальное ускорение. Иными словами, сила FM не совершает работы и вызывает лишь искривление траектории частицы. Поэтому при движении свободной заряженной частицы в магнитном поле ее кинетическая энергия не изменяется.

5. Если на движущуюся частицу с электрическим зарядом q

одновременно действуют и магнитное, и электрическое поля, то результирующая сила F , называемая силой Лоренца , равна сумме двух составляющих — электрической и магнитной:

(3)

где Е – напряженность электрического поля. Иногда под силой Лоренца понимают только магнитную составляющую силы F.

Разделение силы Лоренца F на электрическую и магнитную

составляющие относительно, т. е. эти составляющие зависят от выбора инерциальной системы отсчета. Дело в том, что при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой изменяются не только скорость v заряженной частицы, но также и силовые характеристики Е и В полей. Соответственно разделение электромагнитного поля на электрическое и магнитное поля тоже относительно.

Эффект Холла.

1. Американский физик Э. Холл провел эксперимент (1879), в котором

пропускал

постоянный ток I через пластинку М , изготовленную из золота, и измерял разность потенциалов между противолежащими точками А и С на верхней и нижней гранях. Эти точки лежат в одном и том же поперечном сечении проводника М . Поэтому, как и следовало ожидать, оказалось, что . Когда пластина с током была помещена в однородное магнитное поле, перпендикулярное ее боковым граням, то потенциалы точек А и С стали разными. Это явление получило название эффекта Холла. Было установлено, что разность потенциалов между точками А и С пропорциональна силе тока I , индукции В и обратно пропорциональна ширине b пла­стинки, т. е. (4)

где R постоянная Холла.

Дальнейшие исследования показали, что эффект Холла наблюдается во

всех проводниках полупроводниках независимо от их материала. Изменение направления тока или вектора В на противоположное вызывает изменение знака разности потенциалов

Числовое значение постоянной Холла R зависит от материала пластинки М , причем этот коэффициент для одних веществ положителен, а для других отрицателен.

mirznanii.com

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *