Определить силу с которой однородное магнитное поле действует на проводник: 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 450 к вектору магнитной индукции. Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

Содержание

11 класс Самостоятельная работа по теме «Силы Ампера и Лоренца» — Мои файлы — Каталог файлов

Вариант 1
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 градусов  к вектору магнитной индукции.  Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

2. В однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции влетает электрон со скоростью 107 м/с. Определите индукцию поля, если электрон описал окружность радиусом 1 см.

___________________________________________________________________________________________________________

Вариант 2

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

2. В однородном магнитном поле с магнитной индукцией 0,1 Тл в вакууме движется электрон со скоростью 3·106 м/с. Чему равна сила, действующая на электрон, если угол между направлением скорости электрона и линиями индукции равен 90°?

___________________________________________________________________________________________________________

Вариант 3

Определить силу тока в проводнике длиной 20 см, расположенном перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией 0,06 Тл, если на него со стороны  магнитного поля действует сила 0,48 Н.
Протон в однородном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найдите скорость движения протона.

___________________________________________________________________________________________________________

Вариант 4

1. Проводник длиной 20см 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).

2. В однородное магнитное поле с индукцией 0,085 Тл влетает электрон со скоростью 4,6·107 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции поля. Определите радиус окружности, по которой движется электрон.

_____________________________________________________________________________________________________________

Вариант 5

1. 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 м по направлению действия силы Ампера.
2. Электрон движется в однородном магнитном поле в вакууме перпендикулярно линиям индукции по окружности радиусом 1 см. Определите скорость движения электрона, если магнитная индукция поля 0,2 Тл.

______________________________________________________________________________________________________________

Вариант 6

1. В однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл перпендикулярно линиям индукции находится проводник длиной 70 см, по которому течет ток силой 70 А. Определите силу, действующую на проводник.

2. Электрон и протон, двигаясь с одинаковой скоростью, попадают в однородное магнитное поле. Сравните радиусы кривизны траекторий протона и электрона.

______________________________________________________________________________________________________________

Вариант 7

1. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник с током в 30 А, длина активной части которого 10 см, действует сила 1,5 Н.

Под каким углом к вектору индукции расположен проводник?
2. 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 градусов к вектору магнитной индукции.

____________________________________________________________________________________________________________

Вариант 8

1. Какова сила тока в проводнике, находящемся в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл, если длина активной части проводника 20 см, сила, действующая на проводник, 0,75 Н, а угол между направлением линий индукции и током 45°?

2. 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.

_____________________________________________________________________________________________________________

Вариант 9

1. Какая сила действует на проводник длиной 10 см в однородном магнитном поле с индукцией 2,6 Тл, если ток в проводнике 12 А, а угол между направлением тока и линиями индукции 30°?

2.

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.

____________________________________________________________________________________________________________

 Вариант 10

1. На проводник длиной 50 см с током 2 А в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл действует сила 0,05 Н. Определите угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.
2. 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.

_____________________________________________________________________________________________________________

Вариант 11

1. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с током в 25 А действует сила 0,05 Н? Длина активной части проводника 5 см. Направления линий индукции и тока взаимно перпендикулярны.
2. Определить силу, действующую на заряд 15 мКл, движущийся в магнитном поле с индукцией 0,3 Тл со скоростью 400 м/с под углом 60 градусов к вектору магнитной индукции.

Контрольная работа 9 класс «Магнитные и электромагнитные поля»

ВАРИАНТ №1

ВАРИАНТ №2

1

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

Показать силу Ампера на рисунках.

1

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 действуесила 0,48 Н

Показать силу Ампера на рисунках.

2

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° к вектору магнитной индукции?


Показать силу Лоренца в случае движения заряженной частицы по рисункам.

2

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.


Показать силу Лоренца в случае движения заряженной частицы по рисункам.

3

Определите напряжение на концах первичной обмотки трансформатора, имеющей N1=2000 витков, если напряжение на концах вторичной обмотки, содержащей N2=5000 витков, равно 50 В. Активными сопротивлениями обмоток трансформатора можно пренебречь.

3

Напряжение на первичной обмотке понижающего трансформатора 220 В, мощность 44 Вт. Определите силу тока во вторичной обмотке, если отношения числа витков обмоток равно 5. Потерями энергии можно пренебречь

4

Обкладки плоского конденсатора площадью  см2 каждая расположены на расстоянии  мм друг от друга. Пространство между обкладками заполнено слюдой, диэлектрическая проницаемость которой . Определите заряд конденсатора, если напряжение между его обкладками  к В.

4

 Электроёмкость плоского воздушного конденсатора  пФ. Определите расстояние между его обкладками, если площадь каждой из них  см².

Ф/м

конденсатор воздушный.

5

На рисунке изображено преломление светового пучка на границе воздух — стекло. Чему равен показатель преломления стекла? (Ответ округлите до сотых.)

5

Известно, что показатель преломления воздуха и некоторой среды равен √2. Если мы посветим на эту среду под углом 45°, то каким будет угол преломления?

Домашние задания для 9- классов

Алгоритм работы:

1.Заходим в блог и смотрим  видеоуроки

2.Берем учебник,читаем,делаем краткие записи (формулы,единицы измерения физических величин,примеры),делаем упр к параграфам.(п.1-2 делаем с утра по расписанию урока).

3.Заходим в «Я КЛАСС» и выполняем работу.(п.3 делаем во второй половине дня,т.к. это д/з.)

4.Пояснение: Все домашние задания , сделанные по учебнику, будут проверяться в конце четверти;оценка за урок выставляется по проверочной работе «Я КЛАСС»,отправлять работы на электронную почту не надо.

Февраль 2021г

Решение задач

08.02.2021г. (Как решать задачи,смотреть в блоге видео-уроки 9класс). Если не решали 08.02,то решаем 09.02-11.02.

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 градусов 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 20Н 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 20см 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. Составить задачи по рис.(их начертить в тетраде) и найти неизвестное.



Основные формулы:

Тема: Магнитное поле.

Fa=IℓBsinα Fa [H]- сила Ампера

Fл=qυBsinα І [A] — сила Лоренца

А=FScosα ℓ[ м] – работа

Ф=BScosα B [Тл] —   формула на магнитный поток

    Формулы для частицы движущейся в магнитном поле.Можно определить скорость.

Можно определить период.

Тема: Индукция магнитного поля.Магнитный поток (09.02.-11.02.2021г).

Тема для тех, с кем не изучали  на уроке.


Изучить тему (посмотреть видео-урок в блоге),сделать конспект,упр после п.37,38. Работа на Я КЛАСС.

Темы на 15.02.- 18.02.2021г.(Смотрим видео-уроки по темам).


1.Явление электромагнитной индукции. п.39-40,упр36,37

2.

Явление самоиндукции.п.41,упр38

Изучить параграфы (ответы на вопросы к параграфам, выполнить упр к параграфам). Задачи в Я КЛАСС


24.02.2021г.

 Тема:Получение и передача переменного электрического тока. Трансформатор

Изучить тему,посмотреть видео-урок,ответить на вопросы,выполнить упр.Задачи в Я КЛАСС

01.02.-04.02.2021г.

Тема:Электромагнитное поле и его свойства.

п.43 упр40(письменно ответить на вопросы и выполнить упр) смотреть видео.Задание на Я КЛАСС.


Тема:Электромагнитные волны.Шкала электромагнитных волн .п.44 упр41(смотреть видео,письменно ответить на вопросы и выполнить упр). Задание на Я КЛАСС.

 


Силы Ампера и Лоренца Взаимодействие Название силы

Силы Ампера и Лоренца

Взаимодействие Название силы Обозначение и формула Магнитного поля с проводником с током Магнитного поля с движущейся заряженной частицей

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера французский физик, математик, химик, член Парижской АН (1814), иностранный член Петербургской АН (1830), один из основоположников электродинамики.

Ампер Андре Мари 1775 – 1836

Сильный Ампер Вишню любил, Иван сын её посадил FA=Bl. Isinα

Сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу, называется силой Лоренца нидерландский физик – теоретик, создатель классической электронной теории Лоренц Хендрик Антон 1853 — 1928

Сильный Лоренс вишню купил Виталика сына он накормил. FЛ=Bqvsinα

Если скорость v заряженной частицы массой m перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по окружности радиуса R, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции. Fл=F Bqv=ma Bqv=mv 2 /R

1. С какой силой действует магнитное поле индукцией 0, 06 Тл на проводник длиной 10 см? Сила тока в проводнике 40 А. Линии индукции поля и тока взаимно перпендикулярны. 2. Определить силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 м. А, расположенный под углом 45 градусов к вектору магнитной индукции. Магнитная индукция составляет 0, 5 Тл.

3. 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 градусов к вектору магнитной индукции. 4. Какая сила действует на протон, движущийся соскоростью 10 Мм/с в магнитном поле с индукцией 0, 2 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции ?

5. 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. 6. 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.

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

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 м. Кл.

9. Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 1, 26 м. Тл перпендикулярно силовым линиям со скоростью 106 м/с. Определите радиус окружности, по которой будет двигаться электрон? Заряд электрона 1, 6*10 -19 Кл, его масса 9, 1*10 -31 кг. 10. Протон в магнитном поле с индукцией 0, 01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найдите скорость протона.

11. 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 x 10 -13 Н. 12. Протон движется по окружности в однородном магнитном поле с индукцией 1 м. Тл. Определите период обращения протона. Заряд протона 1, 6*10 -19 Кл, его масса 1, 67*10 -27 кг.

13. Частица массой m = 10− 4 г, несущая заряд q = 10− 7 Кл, движется в плоскости, перпендикулярной однородному магнитному полю с индукцией В = 1 Тл. Найти период обращения частицы Т. Силу тяжести не учитывать.

Объяснитель урока: Сила, действующая на проводящие провода в магнитных полях

В этом пояснительном материале мы узнаем, как использовать формулу 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿 для вычисления сила, испытываемая токоведущим проводом, помещенным в униформу магнитное поле.

Вы, наверное, уже видели, как постоянные магниты взаимодействуют друг с другом раньше, отталкивая или притягивая друг друга, в зависимости от того, к какому полюсу обращены. Они делают это с помощью магнитных полей, обозначаемых как, направление которых будет как показано на схеме ниже, для противоположных полюсов.

Однако магниты действуют не только на другие магниты. Справа В условиях окружающей среды они также могут воздействовать на проволоку. Допустим, мы кладем провод между этими магнитами так, чтобы он находился в магнитном поле, как в диаграмма ниже.

Для провода без тока нет силы, но если в этом проводе есть ток, 𝐼, перпендикулярно направлению магнитного поля, то магнитное поле взаимодействует с ним, создавая силу на проводе.

Эта сила может потенциально привести к перемещению проволоки, как постоянные магниты. могут двигаться под воздействием магнитных полей друг друга. Сила на этом проводе показаны на диаграмме ниже желтым цветом.

Точка с кружком вокруг указывает на силу, выходящую за пределы экрана, а кружок с X означает на экране, как показано на рисунке ниже.

Точное направление силы можно найти с помощью правила левой руки Флеминга. Левой рукой вытяните указательный (указательный) палец вперед, направьте большой палец вверх, а средний палец поверните перпендикулярно указательному пальцу, как показано на рисунке ниже.

Указательный палец — это направление магнитного поля, 𝐵 — средний палец. направление тока, 𝐼, и ваш большой палец — это направление прилагаемой силы на проводе 𝐹.

Рассмотрим пример.

Пример 1: Понимание направления силы, испытываемой Токопроводящий провод в однородном магнитном поле

На схеме показан участок провода, расположенный на От 90∘ до а 0.1 т магнитное поле. По проводу проходит ток 2 А. Какое направление сила, действующая на провод из-за магнитного поля?

Ответ

Хотя нам даны значения напряженности магнитного поля (важно понимать, что напряженность магнитного поля также называется плотностью магнитного потока) и величины тока, это не имеет пеленг по направлению магнитного поля и тока. Чтобы найти направление силы который действует на провод, когда провод находится на Угол 90∘, мы используем правило левой руки.

Направление магнитного поля указательного пальца вправо. Направление тока, средний палец — вверх. Ладонь рука должна быть обращена вверх.

Высовывая большой палец, видим, что направление действующей силы провод будет входить в экран, поэтому мы бы обозначили это с помощью обведите его знаком X.

Направление силы, действующей на провод, — внутрь экрана.

Чем ближе к полным 90 градусам направления магнитного поля и тока, тем сильнее сила на проводе.Величина силы постепенно снижается до тех пор, пока сила равна 0, когда направления параллельны, или при 0 градусов, как видно на диаграмму ниже.

Направление тока в этом случае не имеет значения, так как оно параллельно в любом случае.

Рассмотрим пример.

Пример 2: Понимание влияния однородного магнитного поля на Токоведущий провод, параллельный полю

На схеме показан участок провода, расположенный параллельно однородной 0. Магнитное поле 1 Тл. В по проводу течет ток 2 А. Каково направление силы, действующей на провод из-за магнитного поля?

Ответ

Направление силы не зависит от значений магнитного поля. сила или сила тока, даже если эти значения указаны. Что здесь важно это угол.

Только там, где есть ненулевой угол между направлением тока и направление магнитного поля есть сила, действующая на провод.

Направление магнитного поля и направление тока в проводе параллельны в В этом примере нет силы, действующей на провод в любом направлении.

Мы можем рассчитать силу, действующую на эти провода, используя следующее уравнение.

Уравнение: Сила, действующая на проводящий провод в магнитном поле

Когда провод с током имеет направление, перпендикулярное магнитному полю. направлении магнитное поле действует на провод с силой 𝐹: 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿,  где 𝐵 — напряженность магнитного поля, 𝐼 — ток в проводе, и 𝐿 — длина провода, который находится в магнитное поле.

Давайте посмотрим на пример, использующий это уравнение.

Пример 3: Определение силы, действующей на токопроводящий провод в Однородное магнитное поле

Проволока сечением 20 см проводящий ток 12 А расположен под углом 90∘ к Магнитное поле 0,1 Тл. Какова величина силы, действующей на провод?

Ответ

Мы можем начать с рассмотрения переменных, которые нам нужно найти в уравнении. которая связывает силу, действующую на токоведущий провод: 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿.

𝐵 — напряженность магнитного поля, которая нам дана в единицах СИ, тесла (Т). Другими словами, 1 тесла равен 1 ньютон на ампер-метр, NAm ×. Это магнитное поле имеет силу 0,1 Т.

Ток определяется как 12 ампер.

Смотрим на 20 см сечение провода, так что это значение 𝐿. Мы хотим это в по штатным счетчикам, тем не менее, чтобы отменить с помощью метров в теслас.Есть 100 см в 1 метре, которое выражается как отношение, выглядит как 1100.mcm

Итак, умножив это отношение на заданное значение 20 см вставляет количество метров: 1100 × 20 = 0,2 мсмсм

Длина этого провода 0,2 метра.

У нас есть все переменные, необходимые для определения силы, действующей на провод. Подставляя в напряженность магнитного поля, 0,1 Тл, ток, 12 А, а длина, 0.2 м, дает 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿𝐹 = (0,1) (12) (0,2) .TAm

Теперь давайте раскроем единицы измерения тесла чтобы увидеть, как они отменяются с другими единицами при умножении: 𝐹 = 0,1 ×  (12) (0,2). NAmAm

Теперь мы видим, что измерители и амперы отменить, когда эти термины перемножаются, оставляя после себя только ньютоны единицы силы СИ: 0,1 ×  (12) (0,2) = 0,24.NAmAmN

Итак, величина силы, действующей на провод, равна 0.24 ньютона.

При необходимости мы также можем выделить определенные переменные в уравнении, которое мы хотим найти, при условии, что нам даны другие.

Допустим, у нас есть провод с током 5 А с направлением, перпендикулярным магнитному полю с напряженностью 1 Т. Сила на проводе равна 0,4 Н, но мы не знаем длину провода в магнитном поле, 𝐿. Такой провод показан на рисунке ниже.

Длину можно найти, посмотрев уравнение силы на токопроводящий провод через магнитное поле, затем изолирующий 𝐿 с двух сторон: 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿.

Начнем с деления обеих сторон на 𝐵𝐼: 𝐹𝐵𝐼 = 𝐵𝐼𝐿𝐵𝐼.

Это отменяет 𝐵𝐼 с правой стороны, оставляя только длина, 𝐿: 𝐹𝐵𝐼 = 𝐿.

Подставляя другие значения, мы можем найти длину: (0.4) (1) (5) = 𝐿.NTA

Сначала расширим единицы тесла: (0.4) 1 (5) = 𝐿.NANAm ×

Деление на число аналогично умножению на обратное. Когда единицы ньютонов и амперы отменяют, это будет выглядеть примерно так: NANAAmNm = ×  ×  =.NAm ×

Это означает, что все единицы, кроме длины, отменяются, давая ответ (0,4) 1 (5) = 0,08.NAmNAm ×

Длина провода в магнитном поле всего лишь 0,08 метра, или 8 сантиметров.

То же самое можно сделать и для определения тока. Скажем, у нас есть провод с неизвестное значение тока, но мы знаем, что его текущее направление равно перпендикулярно магнитному полю с напряженностью 1 Т. Сила на проводе составляет 0,4 Н, а длина провода в магнитном поле 2 мес.Такой провод показан на рисунок ниже.

Найдем ток. Начиная с исходного уравнения 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿,  мы можем разделить обе части на 𝐵𝐿: 𝐹𝐵𝐿 = 𝐵𝐼𝐿𝐵𝐿.

Это отменяет 𝐵𝐿 справа, оставляя только ток, 𝐼: 𝐹𝐵𝐿 = 𝐼.

Теперь подставим значения силы, 0,4 Н, магнитное поле прочность, 1 т, и длина, 2 м, чтобы получить (0.4) (1) (2) = 𝐼NTm а затем разверните единицы тесла, чтобы получить (0.4) 1 (2) = 𝐼.NmNAm ×

Деление на число аналогично умножению на обратное. Когда единицы ньютонов и счетчики отменить, это будет выглядеть примерно так: NmNmAmNA = ×  ×  = .NAm ×

Это означает, что все единицы, кроме текущего, отменяются, оставляя только амперы: (0,4) 1 (2) = 0,2.NmANAm ×

Итак, ток в этом проводе равен 0,2 А.

Рассмотрим пример определения напряженности магнитного поля.

Пример 4: Определение силы однородного магнитного поля по Сила, испытываемая токоведущим проводом

При установке под углом 90 ° к магнитное поле, провод длиной 1 м, по которому проходит ток 4 A испытывает силу 0.2 Н. Какова сила магнитного поля?

Ответ

Этот провод расположен под углом 90 градусов к магнитному полюсу. поле, то есть оно полностью перпендикулярно направлению магнитного поля.

Мы хотим выделить напряженность магнитного поля. Начиная с базы уравнение 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿,  обе части делим на 𝐼𝐿: 𝐹𝐼𝐿 = 𝐵𝐼𝐿𝐼𝐿.

Это приводит к отмене 𝐼𝐿 с правой стороны, оставляя только 𝐵: 𝐹𝐼𝐿 = 𝐵.

Подставим значения силы, 0.2 Н, ток, 4 А, а длина, 1 м, чтобы получить (0,2) (4) (1) = .NAm

Единицы тесла: ньютоны на ампер-метр, что мы и видим здесь. Их умножение дает ответ (0,2) (4) (1) = 0,05. NAmT

Напряженность магнитного поля равна 0,05 тесла.

Сила, действующая на провод со стороны магнитного поля, может привести к деформации провода. двигаться, но форма не всегда бывает такой простой, как длинный прямой провод.

Рассмотрим пример.

Пример 5: Понимание сил, испытываемых квадратным токопроводящим проводом в однородном магнитном поле

На схеме показан квадратный участок провода, помещенный в однородное магнитное поле таким образом, что две его стороны перпендикулярны к направлению поля, а две другие стороны параллельны полю. Магнитное поле имеет силу 0,3 Тл, а ток через провод составляет 2 А.Каждая сторона квадрата 0,2 м длинная.

  1. Какова величина силы, действующей в правой части квадрата?
  2. Изначально, каково направление силы, действующей в правой части квадрата?
    1. Вне экрана
    2. В экран
  3. Какова величина силы, действующей в левой части квадрата?
  4. Изначально, каково направление силы, действующей в левой части квадрата?
    1. В экран
    2. Вне экрана
  5. Какова величина силы, действующей на верхнюю сторону квадрата?
  6. Как в целом магнитное поле действует на провод?
    1. Магнитное поле не оказывает общего воздействия на провод.
    2. Магнитное поле заставляет провод вращаться вокруг оси экрана.
    3. Магнитное поле ускоряет провод в экране.
    4. Магнитное поле ускоряет провод за пределы экрана.
    5. Магнитное поле заставляет провод вращаться вокруг оси экрана.

Ответ

Часть 1

Направление тока в проводе перпендикулярно магнитному поле, поэтому на него действует сила.Мы можем найти эту силу, используя уравнение 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿,  затем, подставляя значения напряженности магнитного поля, 0,3 т; Текущий, 2 А; и длина, 0,2 м; дает 𝐹 = (0,3) (2) (0,2) .TAm

Раскрытие единиц измерения Тесла показывает, что амперы и метры отменить, чтобы дать 0.3 ×  (2) (0.2) = 0.12.NAmAmN

Итак, провод имеет силу 0,12 ньютона.

Часть 2

Направление силы можно найти с помощью правила левой руки Флеминга.Магнитный поле (указательный палец) указывает вправо, а текущий (средний палец) указывает прямо вверх. Этот означает, что вытягивание большого пальца ладонью вверх заставляет силу направлять внутрь к экрану.

Правильный ответ — B: в экран.

Часть 3

Направление тока в проводе перпендикулярно магнитному полю, поэтому на него действует сила действуя по нему. Мы можем найти эту силу, используя уравнение 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿,  затем подставляя значения напряженности магнитного поля, 0.3 т; Текущий, 2 А; и длиной 0,2 м; дает 𝐹 = (0,3) (2) (0,2). TAm

Раскрытие единиц тесла показывает, что амперы и метры сокращаются, чтобы дать 0,3 ×  (2) (0,2) = 0,12.NAmAmN

Итак, провод имеет силу 0,12 ньютона.

Часть 4

Направление силы можно найти с помощью правила левой руки Флеминга. Магнитный поле (указательный палец) указывает вправо, а текущий (средний палец) указывает прямо вниз.Этот означает, что вытягивание большого пальца ладонью вниз направляет силу за пределы экран.

Правильный ответ B: вне экрана.

Часть 5

В верхней части квадрата ток параллелен направлению магнитного поля. Это не независимо от направления тока, так как две линии могут быть параллельны даже при движении в противоположные направления. Величина силы, действующей на вершину квадрата, равна таким образом, 0 Н.

То же самое и с нижней частью квадрата: там нет силы на провод.

Часть 6

Давайте подумаем, как все силы действуют на эту проволочную петлю.

Верхняя и нижняя части не имеют силы, в то время как правая и левая части проволоки не имеют силы. постоянная сила, направленная внутрь и наружу плоскости экрана соответственно. Поскольку эти силы воздействуют на разные части провода, и поэтому они не отменяют друг друга, это общее воздействие на провод.В случае A это не так.

Силы, действующие на провод слева и справа, также не складываются, поскольку они указывая в противоположных направлениях. Это означает, что петля не будет ускоряться в или из экрана, поэтому ответ не может быть C или D.

Скорее, провод будет постоянно вращаться вокруг линии, проходящей через его центр. С вершины и нижние проволоки не имеют силы, действующей на них, проволока вообще не будет вращаться вдоль оси.Если посмотреть на провод под немного другим углом, он будет выглядеть так, как показано на схеме.

Он начнет вращаться вдоль оси.

Итак, правильный ответ — B: он будет вращаться вокруг оси.

Мы видели, что сила на проводящем проводе в магнитном поле равна 0, когда провод параллелен направлению магнитного поля, но когда он перпендикулярен, сила может быть найдена с помощью уравнения 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿.

Эти два случая расположены рядом на диаграммах ниже.

Если, однако, токопроводящий провод находится под другим углом, отличным от 0 или 90 градусов, это должно быть выраженным другим уравнением. Проволока под другим углом показана на диаграмма ниже, ее угол 𝜃 градусов.

На такую ​​проволоку будет действовать сила, измененная на sin (𝜃), так как описано в уравнении ниже.

Уравнение: Сила, действующая на токопроводящий провод под углом в магнитном поле

Когда провод с током имеет направление, которое составляет угол к магнитному полю. направление поля, магнитное поле действует на провод с силой 𝐹: 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿 (𝜃), sin где 𝐵 — напряженность магнитного поля, 𝐼 ток в проводе, 𝜃 — угол между проводом и магнитным полем, и 𝐿 — это длина провода, находящегося в магнитном поле.

На диаграмме ниже все эти переменные показаны вместе.

Давайте подведем итог тому, что мы узнали в этом объяснении.

Ключевые моменты

  • Токоведущий провод, помещенный в магнитное поле, может испытывать сила.
  • Если направление магнитного поля перпендикулярно (90∘) к току в проволока, сила, которую проволока испытывает из-за магнитного поля 𝐹, равна 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿,  где 𝐵 — напряженность магнитного поля, 𝐼 — величина тока в проволока, а 𝐿 — длина проволоки в поле.
  • Если направление магнитного поля параллельно (0∘) или антипараллельный (180∘) к току в провод, провод не испытывает силы: 𝐹 = 0.
  • Используйте правило левой руки Флеминга, чтобы определить направление силы от магнитное поле: указательный палец направлен вперед для направления магнитного поля, средний палец для текущего направления и большой палец вверх для силы от магнитное поле.

% PDF-1.3 % 1970 0 obj> эндобдж xref 1970 87 0000000016 00000 н. 0000003458 00000 н. 0000002081 00000 н. 0000003717 00000 н. 0000004107 00000 п. 0000004387 00000 п. 0000004537 00000 н. 0000004688 00000 н. 0000004839 00000 н. 0000004985 00000 н. 0000005136 00000 п. 0000005282 00000 н. 0000005428 00000 н. 0000005579 00000 п. 0000005725 00000 н. 0000005875 00000 н. 0000006021 00000 н. 0000006167 00000 н. 0000006318 00000 н. 0000006469 00000 н. 0000006620 00000 н. 0000006766 00000 н. 0000006912 00000 н. 0000007058 00000 н. 0000007204 00000 н. 0000007355 00000 н. 0000007506 00000 н. 0000007652 00000 н. 0000007798 00000 н. 0000007944 00000 н. 0000008090 00000 н. 0000008235 00000 п. 0000008381 00000 п. 0000008527 00000 н. 0000008672 00000 н. 0000009270 00000 п. 0000009623 00000 н. 0000010177 00000 п. 0000010255 00000 п. 0000010496 00000 п. 0000010769 00000 п. 0000011040 00000 п. 0000011601 00000 п. 0000011948 00000 п. 0000011986 00000 п. 0000012209 00000 п. 0000012781 00000 п. 0000013347 00000 п. 0000013840 00000 п. 0000014337 00000 п. 0000014826 00000 п. 0000014968 00000 п. 0000015014 00000 п. 0000015496 00000 п. 0000015975 00000 п. 0000018646 00000 п. 0000050676 00000 п. 0000062631 00000 п. 0000062684 00000 п. 0000062738 00000 п. 0000062792 00000 п. 0000062846 00000 п. 0000062900 00000 п. 0000062954 00000 п. 0000063008 00000 п. 0000063062 00000 п. 0000063116 00000 п. 0000063170 00000 п. 0000063224 00000 п. 0000063278 00000 п. 0000063332 00000 п. 0000063386 00000 п. 0000063440 00000 п. 0000063494 00000 п. 0000063548 00000 п. 0000063602 00000 п. 0000063656 00000 п. 0000063710 00000 п. 0000063764 00000 п. 0000063818 00000 п. 0000063872 00000 п. 0000063926 00000 п. 0000063980 00000 п. 0000064034 00000 п. 0000064089 00000 п. 0000064144 00000 п. 0000003242 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 1972 0 obj> поток xb«b` $ @ (ȆC @ i) ́OdoHJIl; 3 / R {q- & g͌ = ~ hl8] A # lf $ && xVPҫ @ 5l ՙ 7 Ν 4od * B? ڛ = jd + Nz [K | fZɄS> q.$ ULZŞj> ܴ AMrtccWDi / 3͹pIou21 ߜ /%.$’pting+ ix`;

8.3 Движение заряженной частицы в магнитном поле — Введение в электричество, магнетизм и электрические схемы

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу этого раздела вы сможете:
  • Объясните, как заряженная частица во внешнем магнитном поле совершает круговое движение
  • Опишите, как определить радиус кругового движения заряженной частицы в магнитном поле

Заряженная частица испытывает силу при движении в магнитном поле.Что произойдет, если это поле будет однородным при движении заряженной частицы? По какому пути следует частица? В этом разделе мы обсуждаем круговое движение заряженной частицы, а также другое движение, возникающее в результате попадания заряженной частицы в магнитное поле.

Самый простой случай возникает, когда заряженная частица движется перпендикулярно однородному полю (рис. 8.3.1). Если поле находится в вакууме, магнитное поле является доминирующим фактором, определяющим движение. Поскольку магнитная сила перпендикулярна направлению движения, заряженная частица следует по кривой траектории в магнитном поле.Частица продолжает двигаться по этому изогнутому пути, пока не образует полный круг. Другой способ взглянуть на это состоит в том, что магнитная сила всегда перпендикулярна скорости, поэтому она не действует на заряженную частицу. Таким образом, кинетическая энергия и скорость частицы остаются постоянными. Это влияет на направление движения, но не на скорость.

(рисунок 8.3.1)

Рис. 8.3.1 Отрицательно заряженная частица движется в плоскости бумаги в области, где магнитное поле перпендикулярно бумаге (обозначено маленькой буквой s — как хвосты стрелок).Магнитная сила перпендикулярна скорости, поэтому скорость изменяется по направлению, но не по величине. Результат — равномерное круговое движение. (Обратите внимание, что поскольку заряд отрицательный, сила противоположна по направлению предсказанию правила правой руки.)

В этой ситуации магнитная сила обеспечивает центростремительную силу. Учитывая, что скорость перпендикулярна магнитному полю, величина магнитной силы уменьшается до. Поскольку магнитная сила обеспечивает центростремительную силу, мы имеем

(8.3.1)

Решение для урожайности

(8.3.2)

Здесь — радиус кривизны пути заряженной частицы с массой и зарядом, движущейся со скоростью, перпендикулярной напряженности магнитного поля. Время прохождения заряженной частицы по круговой траектории определяется как период, равный пройденному расстоянию (окружности), деленному на скорость. На основании этого и 8.3.1 мы можем получить период движения как

.

(8.3.3)

Если скорость не перпендикулярна магнитному полю, то мы можем сравнить каждую составляющую скорости отдельно с магнитным полем. Компонент скорости, перпендикулярный магнитному полю, создает магнитную силу, перпендикулярную как этой скорости, так и полю:

(8.3.4)

где — угол между и. Компонент, параллельный магнитному полю, создает постоянное движение в том же направлении, что и магнитное поле, также показанное на 8.3.4. Параллельное движение определяет шаг спирали, то есть расстояние между соседними витками. Это расстояние равно параллельной составляющей скорости, умноженной на период:

(8.3.5)

В результате получается спиральное движение , как показано на следующем рисунке.

(рисунок 8.3.2)

Рис. 8.3.2 Заряженная частица движется со скоростью, не совпадающей с направлением магнитного поля. Компонент скорости, перпендикулярный магнитному полю, создает круговое движение, тогда как компонент скорости, параллельный полю, перемещает частицу по прямой.Шаг — это расстояние по горизонтали между двумя последовательными кругами. Результирующее движение — винтообразное.

Пока заряженная частица движется по спирали, она может попасть в область, где магнитное поле неоднородно. В частности, предположим, что частица перемещается из области сильного магнитного поля в область более слабого поля, а затем обратно в область более сильного поля. Частица может отразиться до того, как войдет в область с более сильным магнитным полем. Это похоже на волну на струне, идущую от очень легкой тонкой струны к твердой стене и отражающуюся назад.Если отражение происходит с обоих концов, частица оказывается в так называемой магнитной бутылке.

Захваченные частицы в магнитных полях обнаружены в радиационных поясах Ван Аллена вокруг Земли, которые являются частью магнитного поля Земли. Эти пояса были обнаружены Джеймсом Ван Алленом при попытке измерить поток космических лучей на Земле (частицы высокой энергии, приходящие извне Солнечной системы), чтобы увидеть, похоже ли это на поток, измеренный на Земле.Ван Аллен обнаружил, что из-за вклада частиц, захваченных магнитным полем Земли, поток на Земле был намного выше, чем в космическом пространстве. Aurorae , как и знаменитое северное сияние (северное сияние) в северном полушарии (рис. 8.3.3), представляют собой прекрасные проявления света, излучаемого при рекомбинации ионов с электронами, входящими в атмосферу, по мере того как они движутся по спирали вдоль силовых линий магнитного поля. (Ионы — это в основном атомы кислорода и азота, которые первоначально ионизируются в результате столкновений с энергичными частицами в атмосфере Земли.) Полярные сияния наблюдались также на других планетах, таких как Юпитер и Сатурн.

(рисунок 8.3.3)

Рис. 8.3.3 (a) Радиационные пояса Ван Аллена вокруг Земли захватывают ионы, произведенные космическими лучами, падающими на атмосферу Земли. (b) Великолепное зрелище северного сияния, или северного сияния, сияет в северном небе над Беар-Лейк недалеко от базы ВВС Эйлсон, Аляска. Этот свет, сформированный магнитным полем Земли, создается светящимися молекулами и ионами кислорода и азота.(кредит b: модификация работы старшего летчика ВВС США Джошуа Стрэнга)

ПРИМЕР 8.3.1


Дефлектор луча

Группа исследователей занимается изучением короткоживущих радиоактивных изотопов. Им необходимо разработать способ транспортировки альфа-частиц (ядер гелия) от места их создания к месту, где они столкнутся с другим материалом с образованием изотопа. Луч альфа-частиц изгибается через область градусов с однородным магнитным полем (рис. 8.3.4). а) В каком направлении следует приложить магнитное поле? (б) Сколько времени требуется альфа-частицам, чтобы пройти через область однородного магнитного поля?

(рисунок 8.3.4)

Рисунок 8.3.4 Вид сверху на установку дефлектора балки.
Стратегия

а. Направление магнитного поля показано RHR-1. Ваши пальцы указывают в направлении, а большой палец должен указывать в направлении силы, влево. Следовательно, поскольку альфа-частицы заряжены положительно, магнитное поле должно указывать вниз.

г. Период движения альфа-частицы по окружности

.

(8.3.6)

Поскольку частица движется только по четверти круга, мы можем умножить этот период, чтобы найти время, необходимое для обхода этого пути.
Решение

а. Начнем с того, что сфокусируемся на альфа-частице, входящей в поле в нижней части изображения. Сначала покажите пальцем вверх по странице. Чтобы ваша ладонь открывалась влево, куда указывает центростремительная сила (и, следовательно, магнитная сила), ваши пальцы должны менять ориентацию, пока они не будут указывать на страницу. Это направление приложенного магнитного поля.

г. Период движения заряженной частицы по кругу рассчитывается с использованием заданных в задаче массы, заряда и магнитного поля.Получается

Однако для данной задачи альфа-частица обходит четверть круга, поэтому время, необходимое для этого, составит

.

Значение

Это время может быть достаточно быстрым, чтобы добраться до материала, который мы хотели бы бомбардировать, в зависимости от того, насколько короткоживущий радиоактивный изотоп и продолжает испускать альфа-частицы. Если бы мы могли усилить магнитное поле, приложенное к области, это сократило бы время еще больше.Путь, по которому частицы должны пройти, можно было бы сократить, но это может оказаться неэкономичным с учетом экспериментальной установки.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 8.2


Однородное магнитное поле магнитуды направлено горизонтально с запада на восток. а) Какова магнитная сила на протоне в момент, когда он движется вертикально вниз в поле со скоростью? б) Сравните эту силу с весом протона.

ПРИМЕР 8.3.2


Движение по спирали в магнитном поле

Протон входит в однородное магнитное поле со скоростью.Под каким углом должно быть магнитное поле относительно скорости, чтобы шаг результирующего спирального движения был равен радиусу спирали?

Стратегия

Шаг движения относится к параллельной скорости, умноженной на период кругового движения, тогда как радиус относится к перпендикулярной составляющей скорости. После установки равных друг другу радиуса и шага найдите угол между магнитным полем и скоростью или.

Решение

Шаг задается уравнением 8.3.5 период определяется уравнением 8.3.3, а радиус кругового движения задается уравнением 8.3.2. Обратите внимание, что скорость в уравнении радиуса связана только с перпендикулярной скоростью, при которой происходит круговое движение. Поэтому мы подставляем синусоидальную составляющую общей скорости в уравнение радиуса, чтобы приравнять шаг и радиус:

Значение

Если бы этот угол был, то имела бы только параллельная скорость и спираль не образовывалась бы, потому что не было бы кругового движения в перпендикулярной плоскости.Если бы этот угол был, то происходило бы только круговое движение, и не было бы движения кругов, перпендикулярных движению. Вот что создает спиральное движение.

Кандела Цитаты

Лицензионный контент CC, конкретная атрибуция

  • Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/[email protected] Получено с сайта : http://cnx.org/contents/[email protected] Лицензия : CC BY: Атрибуция

Сила на проводнике с током в однородном магнитном поле

Когда по проводнику проходит ток и он находится в магнитном поле, на проводник действует магнитная сила.Направление этой действующей силы всегда перпендикулярно плоскости, содержащей как магнитное поле, так и проводник.

Что касается вышеприведенной диаграммы, F обозначает силу, а B показывает магнитное поле, а I обозначает ток. Есть несколько факторов, которые влияют на магнитную силу, действующую на проводник с током в магнитном поле. Эти факторы включают длину провода, величину тока, протекающего по проводу, и силу магнитного поля.

В проводнике огромное количество электронов, и ток в проводнике означает дрейф свободных электронов в любом фиксированном направлении, поскольку каждый электрон испытывает магнитную силу из-за движения свободных электронов. В результате магнитная сила также ощущается проводником. Рассмотрим проводник, имеющий длину l и площадь поперечного сечения A и помещенный в однородное магнитное поле. Если n — количество электронов, присутствующих в единице объема, а V d — скорость дрейфа электронов. которые имеют электронный заряд e, то ток в проводнике можно представить следующим образом.

Из-за движения электронов в магнитном поле магнитная сила Лоренца действует на каждый электрон.

Полный ток в проводнике можно представить, как показано ниже.

Общая сила, испытываемая проводником, следующая.

Можно сказать, что сила, действующая на проводник, перпендикулярна плоскости, содержащей I и B.

Направление силы

Направление силы на проводник с током, помещенный в магнитное поле, можно найти с помощью правила левой руки Флеминга.Средний, указательный и большой пальцы левой руки вытянуты во взаимно перпендикулярном направлении. Если указательные пальцы указывают в направлении магнитного поля, а средний палец указывает в направлении тока, то большой палец указывает направление силы, действующей на проводник.

Величина силы

Величину силы можно представить с помощью заданной формулы.

F = BIl sin θ

Если проводник расположен перпендикулярно магнитному полю, то он испытывает максимальную силу, а если он расположен в параллельном направлении вдоль магнитного поля, сила равна нулю.

СИЛА НА ПРОВОДНИК, ПРОВОДЯЩИЙ ТОК, РАЗМЕЩЕННЫЙ В ЕДИНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ СИЛА НА ПРОВОДНИК

СИЛА НА ПРОВОДНИКЕ ТОКА, РАЗМЕЩЕННОМ В ЕДИНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Рассмотреть провод длиной «L», площадью поперечного сечения «а» помещают в однородное магнитное поле «Б».
Пусть есть «n» зарядов (е) на единицу объема и электрический ток «I» проходит через него.
Объем провода = В = площадь x длина = x L
Количество электронов = N = n. Объем
Заряд на каждый электрон = e
Полный заряд = q = Ne
Мы знаем, что сила, испытываемая зарядом в однородном магнитном поле это

Путь значение «q»
F = Ne (vBSinq)
F = нВ.е (vBSinq)
F = ne. aL (vBSinq)
F = naLe (v B Sinq)

Сейчас Рассмотрим длину проводника (L) как векторную величину в направлении вектора скорости.

ф = ступица (Уровень B Sinq)
F = ступица (LB Sinq)

Начиная с
S = vt
v = s / t
v = L / t
Путь значение v

ф = na (L / t) e (L B Sinq)
F = naLe / t (L B Sinq)

С naLe = q
Следовательно,

ф = q / t (L B Sinq)

Также q / t = I

ф = I (L B Sinq)

ф = B I L Sinq

Выражение ясно указывает что сила, действующая на провод при помещении в однородное магнитное поле перпендикулярна плоскости, образованной буквами L и B.т.е. F перпендикулярно к L, а также перпендикулярно к B.

Для последняя информация, бесплатные компьютерные курсы и важные заметки. : www.citycollegiate.com

Расчет величины силы — Использование магнетизма — Высшее — Шлюз OCR — Редакция GCSE Physics (Single Science) — Шлюз OCR

Для расчета силы, действующей на провод, по которому проходит ток под прямым углом к ​​магнитному полю, используйте уравнение:

сила на проводнике (под прямым углом к ​​магнитному полю), по которому проходит ток = плотность магнитного потока × ток × длина

Это когда:

  • сила измеряется в ньютонах (Н)
  • магнитный поток плотность (напряженность магнитного поля) измеряется в теслах (Тл)
  • ток измеряется в амперах (A)
  • длина измеряется в метрах (м)

Пример

2 A течет по 50-сантиметровому проводу.Вычислите силу, действующую на провод, когда он расположен под прямым углом в магнитном поле 0,4 Тл.

Сначала преобразуйте единицы:

50 см = 50 ÷ 100 = 0,5 м

Затем подставьте значения в уравнение:

сила, действующая на проводник, по которому проходит ток = плотность магнитного потока × ток × длина

сила = 0,4 × 2 × 0,5

усилие = 0,4 Н

Вопрос

По проводе 5,0 см проходит ток 0.75 А. Рассчитайте силу, действующую на провод, когда он помещен под прямым углом в магнитном поле 0,60 Тл.

Показать ответ

5,0 см = 5 ÷ 100 = 0,050 м

Сила, действующая на проводник, по которому проходит ток = плотность магнитного потока × ток × длина

сила = 0,60 × 0,75 × 0,050

сила = 0,0225 Н

Эпизод 412: Сила, действующая на проводник в магнитном поле

F_mag = BILsinθ

Электричество и магнетизм

Эпизод 412: Сила, действующая на проводник в магнитном поле

Урок за 16-19

  • Время активности 70 минут
  • Уровень Передовой

Напомнив вашим ученикам, что магнитные поля можно обнаружить рядом с постоянными магнитами и в присутствии электрического тока, следующий шаг — показать, как можно количественно определить поле .Опять же, ученики должны знать, что проводник, по которому течет ток в магнитном поле, будет испытывать силу и, вероятно, помнят, что правило левой руки Флеминга можно использовать для определения направления этой силы.

Краткое содержание урока

  • Демонстрации: переход к F = B I L (15 минут)
  • Обсуждение: Факторы, влияющие на силу (15 минут)
  • Обсуждение: Формальные определения (20 минут)
  • Вопросы учащихся: B I L Расчет силы (20 минут)
Демонстрация: ведущая к
F = B I L

Возможно несколько быстрых экспериментальных напоминаний.

Эпизод 412-1: Силы по токам (Word, 79 КБ)

Эпизод 412-2: Электромагнитная сила (Word, 53 КБ)

Это приводит к следующему эксперименту, в котором может быть установлено соотношение F = B I L .

Эпизод 412-3: Сила на токоведущем проводе (Word, 43 КБ)

Обсуждение: Факторы, влияющие на силу

Проведенные выше эксперименты приводят к выводу, что сила F на проводнике пропорциональна длине провода в поле, L , току I и напряженности поля , представленной потоком плотность B .(Также следует учитывать угловой коэффициент , но мы пока оставим это в стороне.)

Объединяя их, получаем F = B I L

(Это может помочь учащимся называть эту силу силой B I L force .)

Студенты, вероятно, знают, что электрическое и гравитационное поля определяются как сила, действующая на единицу заряда или массы. Итак, для сравнения, B = F I L , что дает возможность определить напряженность магнитного поля .Физики называют это полем B или плотностью магнитного потока, которая имеет единицы N A -1 м -1 или тесла (Тл).

Поле в 1 Тл — очень сильное поле. Поле между полюсами магнитов Магнадура, которые используются в вышеупомянутом эксперименте, составляет около 3 × 10 -2 Тл, в то время как магнитное поле Земли составляет около 1 × 10 -5 Тл

.

Если этого требует спецификация, вам нужно будет преобразовать угловой коэффициент, полученный в эксперименте, в математическую формулу:

F = B I L sin (θ).

Для математически наклонных можно показать, что эффективная длина провода в поле (то есть тот, который проходит под прямым углом) составляет L sin (θ). Если студентам это сложно, то можно утверждать, что максимальная сила возникает, когда поле и ток находятся под прямым углом,

θ = 90 °

(грех (θ) = 1),

и это падает до нуля, когда поле и ток параллельны,

θ = 0 °

( грех (θ) = 0 )

Обсуждение: Формальные определения

Некоторые спецификации требуют формального определения плотности магнитного потока и / или тесла.

Сила магнитного поля или плотность магнитного потока B может быть измерена силой на единицу тока на единицу длины, действующей на проводник с током, расположенный перпендикулярно линиям однородного магнитного поля.

Единица измерения плотности магнитного потока в системе СИ B — тесла (Т), равная 1 Н A -1 м -1 . Это плотность магнитного потока, если по проводу длиной 1 м, по которому течет ток 1 А, действует сила 1 Н в направлении, перпендикулярном как магнитному потоку, так и току.

Может потребоваться исследование силы между параллельными проводниками для определения силы тока. Студенты, возможно, уже заметили эффект в ваших первоначальных экспериментах, но, возможно, это необходимо повторить здесь. Эффект можно объяснить, рассмотрев влияние поля, создаваемого одним проводником, на другой, а затем изменив аргумент.

(Наиболее распространенный альтернативный подход основан только на линиях поля и описывает эффект катапульты из областей, где силовые линии плотно упакованы, в области, где линии более широко разнесены.)

Сила между параллельными проводниками лежит в основе определения единицы силы тока — ампера. Формальное определение обычно не требуется, но учащиеся должны понимать, что в текущем балансе (таком, который использовался выше) измерение силы и длины может быть прослежено до основных единиц СИ (кг, м, с), оставляя ток в качестве единственного . Неизвестно .

Некоторых студентов, вероятно, заинтересует формальное определение:

тот постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с ничтожно малым поперечным сечением и размещать в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, будет создавать силу 2 × 10 -7 ньютон на метр длины .

Вопросы учащихся:
B I L Расчет силы

Эпизод 412-4: Силы токов в магнитных полях (Word, 35 КБ)

Хотя здесь можно было бы обсудить электродвигатель, вероятно, лучше оставить это до тех пор, пока не будет устранена электромагнитная индукция, чтобы можно было включить обратную ЭДС.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *