Сила Ампера и сила Лоренца

Сила Лоренца, сила Ампера.

1Определить силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 мА, расположенный под углом 45^o к вектору магнитной индукции. Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

2 Определить силу тока в проводнике длиной 20 см, расположенному перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией 6 мТл, если на него со стороны  магнитного поля действует сила 0,48 Н

3Какая сила действует на протон, движущийся со скоростью 10 Мм/с в магнитном поле индукцией 0,2 Тл под углом 30^о линиям индукции?

4Какова скорость заряженного тела, перемещающегося в магнитном поле с индукцией 2 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила 32 Н. Скорость направлена под углом 60 ^о к вектору магнитной индукции. Заряд тела равен 0,5 мКл

5 В магнитном поле с индукцией 5 мТл движется электрон со скоростью 2*10⁴ м/с, направленной под углом 60

олиниям индукции магнитного поля. Чему равен модуль силы, действующей на электрон со стороны магнитного поля?

6  Определить силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 мА, расположенный под углом 30 ^ок вектору магнитной индукции.  Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

7 Проводник с током 5 А находится в магнитном поле с индукцией 12 мТл. Определить длину проводника, если магнитное поле действует на него с силой 20 м и перпендикулярно проводнику.

8 Какова скорость заряженного тела, перемещающегося в магнитном поле  с индукцией 2 Тл, если на него со стороны  магнитного поля действует сила 32 Н. Скорость и магнитное поле взаимно перпендикулярны. Заряд тела равен 0,5 мКл.

9 Определить силу тока в проводнике длиной 20 см, расположенному перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией 0,06 Тл, если на него со стороны  магнитного поля действует сила 0,48 Н.

10. В направлении, перпендикулярном линиям индукции, влетает в магнитное поле электрон со скоростью 20 Мм/с. Найти индукцию поля, если электрон описал в поле окружность радиусом 0,5 см.

11Проводник длиной 0,15 м перпендикулярен вектору магнитной индукции однородного магнитного поля, модуль которого В=0,4 Тл. Сила тока в проводнике  8 А.  Найдите работу, которая  была совершена при перемещении проводника на 0,025 метра по направлению действия силы Ампера.

12 В направлении, перпендикулярном линиям индукции в магнитное поле влетает электрон со скоростью 10 Мм/с, окружность какого радиуса описал электрон, если индукция поля 10мТл?

13 Определить центростремительную силу, действующую на протон в однородном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл (вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору скорости), если радиус окружности, по которой он движется, равен 5 см.

14 С каким ускорением движется электрон в однородном магнитном поле (вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору скорости) с индукцией 0,05 Тл, если сила Лоренца, действующая на него, равна 5×10-13 Н.

15 В направлении, перпендикулярном линиям индукции, влетает в магнитное поле электрон со скоростью 10 Мм/с. Найти индукцию поля, если электрон описал в поле окружность радиусом 1 см.

16 Пылинка с зарядом 1 мкКл и массой 1 мг влетает в однородное магнитное поле и движется по окружности. Определить период вращения пылинки, если модуль магнитной индукции равен 1 Тл.

17 Протон движется в магнитном поле с индукцией В = 6,3 мТл перпендикулярно линиям индукции. Сколько оборотов сделает протон за время t = 0,01 с?

18 Протон в магнитном поле с индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найдите скорость протона.

19 В однородное магнитное поле индукцией10 мТл перпендикулярно линиям индукции влетает электрон с кинетической энергией 4*10

-16.Дж. Каков радиус кривизны траектории движения электрона в поле?

20 Электрон движется в магнитном поле с индукцией В = 6,3 мТл перпендикулярно линиям индукции. Сколько оборотов сделает протон за время t = 0,01 с?

13.1. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

Естественно предположить, что на каждую частицу действует сила

В общем случае, если на движущуюся частицу помимо магнитного поля с индукцией B действует и электрическое поле с напряженностью E , то результирующая сила (сила Лоренца) равна сумме двух составляющихr− электрической и магнитной

13.2. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

Пусть частица с зарядом q и массой m влетает в область, где существует постоянное магнитное поле, под углом α к линиям индукции. Представим скорость v частицы как сумму двух составляющих, − направленную вдоль поля v||=v cos α, и перпендикулярно полю v⊥=v sin α. Тогда силу Лоренца, действующую на частицу, можно представить в виде

т.е. составляющая скорости, параллельная полю, не вызывает появление магнитной силы.

Направление силы Лоренца перпендикулярно вектору скорости (траектории частицы), следовательно, сила Лоренца может изменять скорость только по направлению, а не по величине.

Следовательно, движение частицы можно представить в виде су перпозиции:

1) равномерного прямолинейного движения частицы вдоль поля со скоростью v||=v cos α;

2) равномерного движения со скоростью v⊥=v sin α по окружности в плоскости, перпендикулярной полю. Радиус окружности может быть найден из соотношений

В результате сложения обоих движений возникает движение по спирали, ось которой направлена параллельно магнитному полю. Время одного полного оборота (период)

14.1. Эффект Холла.

Эффект Холла (1879 г.) − это возникновение в металле или полупроводнике с током, помещенном в магнитное поле, разности потенциалов в направлении, перпендикулярном движению носителей тока.

Пусть ток с плотностью j в образце в виде прямоугольной пластины обусловлен упорядоченным движением частиц с зарядом q.

Поместим пластину в магнитное поле с индукцией B , перпендикулярное плотности тока j.

На частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца . При указанных направлениях тока и магнитного поля сила Лоренца направлена вверх (вдоль положительного направления оси OZ). Под действием силы FЛ частицы будут отклоняться к верхней грани пластины, так что на ней будет накапливаться избыток зарядов того же знака, что и q, а на нижней грани − избыток зарядов противоположного знака. В результате этого в пластине возникнет поперечное электрическое поле, направленное сверху вниз, если q>0, и снизу вверх если q<0. Пусть Е − напряженность образовавшегося электрического поля. Сила qE , действующая на заряд q со стороны поперечного электрического поля, направлена в сторону, противоположную магнитной составляющей FЛ . В случае установившегося состоя-

ния сила Лоренца равна нулю

Разность потенциалов между точками А и В на гранях пластины

Тогда

где R=1/(qn) − постоянная Холла.

14.2. Циклотрон

Циклотрон − ускоритель тяжелых частиц (протонов, ионов). В основе конструкции циклотрона − два полых электрода в виде полых металлических полуцилиндров (дуантов). К дуантам приложено переменное (ускоряющее) электрическое поле, и они находятся в вакуумной камере в сильном однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости дуантов.

Заряженные частицы вводятся в центр зазора между дуантами. В зазоре частица ускоряется электрическим и отклоняется магнитным полями. Войдя в дуант, частица описывает полуокружность, радиус которой пропорционален скорости частиц. Очевидно, условием ускорения частицы при каждом проходе зазора является равенство частот ω∼ ускоряющего электрического поля и частоты вращения частицы ωс.

Если амплитуда напряжения между дуантами U0, а число проходов частицы ускоряющей разности потенциалов n, то максимальная энергия, приобретенная частицей, будет

Максимально возможный радиус вращения частицы в магнитном поле (радиус дуантов)

где Vmax − максимальная скорость частицы в циклотроне. Отсюда

При достижении энергии частиц до максимального значения на последнем витке пучок частиц посредством отклоняющего электрического поля выводится из циклотрона.

Циклотроны позволяют ускорять протоны до энергии ∼20 МэВ. Дальнейшее их ускорение в циклотроне ограничивается релятивистским возрастанием массы со скоростью, что приводит к увеличению периода обращения, и синхронизм нарушается.

Сила Ампера. Сила Лоренца. Примеры решения задач по физике. 10-11 класс

Сила Ампера. Сила Лоренца. Примеры решения задач по физике. 10-11 класс

Задачи по физике — это просто!

Вспомним формулы, которые :

Не забываем, что решать задачи надо всегда в системе СИ!

А теперь к задачам!

Элементарные задачи из курса школьной физики

Задача 1

Определить силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 мА, расположенный под углом 45^o к вектору магнитной индукции. Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

Задача 2

Проводник с током 5 А находится в магнитном поле с индукцией 10 Тл.
Определить длину проводника, если магнитное поле действует на него с силой 20 Н и перпендикулярно проводнику.

Задача 3

Определить силу тока в проводнике длиной 20 см, расположенному перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией 0,06 Тл, если на него со стороны  магнитного поля действует сила 0,48 Н.

Задача 4

Проводник длиной 20 см с силой тока 50 А находится в однородном магнитном поле с индукцией 40 мТл.
Какую работу совершит источник тока, если проводник переместится на 10 см перпендикулярно вектору магнитной индукции (вектор магнитной индукции перпендикулярен направлению тока в проводнике).

Задача 5

Проводник длиной 0,15 м перпендикулярен вектору магнитной индукции однородного магнитного поля, модуль которого В=0,4 Тл. Сила тока в проводнике  8 А. 
Найдите работу, которая  была совершена при перемещении проводника на 0,025 метра по направлению действия силы Ампера.

Задача 6

Определить силу, действующую на заряд 0,005 Кл, движущийся в магнитном поле с индукцией 0,3 Тл со скоростью 200 м/с под углом 45^o к вектору магнитной индукции.

Задача 7

Какова скорость заряженного тела, перемещающегося в магнитном поле с индукцией 2 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила 32 Н. Скорость и магнитное поле взаимно перпендикулярны. Заряд тела равен 0,5 мКл.

Задача 8

Определить центростремительную силу, действующую на протон в однородном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл (вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору скорости), если радиус окружности, по которой он движется, равен 5 см.

Задача 9

С каким ускорением движется электрон в однородном магнитном поле (вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору скорости) с индукцией 0,05 Тл, если сила Лоренца, действующая на него, равна 5×10^-13 Н.

(Так как сила Лоренца является одновременно и центростремительной силой, и электрон движется по окружности, в задаче требуется рассчитать центростремительное ускорение, которое приобретает электрон в результате действия центростремительной силы.)

помогите пожалуйста решить самостоятельную работу по физике по теме «Магнитное поле» заранее спасибо!

Сила Лоренца — <a rel=»nofollow» href=»http://www.fieldphysics.ru/lorentz_force/» target=»_blank»>http://www.fieldphysics.ru/lorentz_force/</a> Сила Лоренца действующая на заряд: Fl=q*V*B*sin(V,B)=1.6*10**(-19)*10**(6)*0.3=4.8*10**(-14) Сила Ампера: F=I*B*L*sin(I,B), откуда: sin(I,B)=F/(I*B*L)=1.5/(30*0.8*0.1)=0.625 откуда, угол=arcsin(F/(I*B*L))=38 градусов Задача третья. Сила Ампера: F=I*B*L*sin(I,B), но где длина проводника? Задача четыре. Поскольку сила Лоренца: F=q*V*B*sin(V,B), ускорение: a=F/m=q*V*B*sin(V,B)/m, то большая сила Лоренца действует на быстрые электроны, но с другой стороны быстрые электроны быстрее пролетают электромагнитное поле. a=dVp/dt=q*dx/dt*B*sin(V,B)/m тогда получается, что dVp=q*dx*B*sin(V,B)/m — то есть все электроны двигаются по одной и той же траектории Пятая задача. Сила Лоренца: q*V*B*sin(V,B)=m*V**2/R Скорость определяется из сохранения энергии: q*U=m*V**2/2 V=sqrt(2*q*U/m)=5.3*10**6 Модуль вектора магнитной индукции: B=m*V/(q*R)= 0.093346

Очень жаль, но помочь не могу. 25 лет физикой не занимаюсь. Уже очень многое забыл, без практики