Сила лоренца магнитные свойства вещества – ГДЗ по физике за 10-11 класс к задачнику «Физика. 10-11 класс. Пособие для учебных заведений» Рымкевич А.П.ГЛАВА IX. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. 39. Магнитное поле тока. Магнитная индукция. Магнитный поток. Закон Ампера. Сила Лоренца. Магнитные свойства веществ

Сила Лоренца (эл. И магн. Часть). Закон Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца

Электрический ток – это совокупность упорядоченно движущихся заряженных частиц. Поэтому действие магнитного поля на проводник с током есть результат действия поля на движущиеся заряженные частицы внутри проводника.

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца.

Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы Ампера, действующей на участок проводника, к числу заряженных частиц в этом участке проводника:

Сила Ампера равна , сила тока равна(см. стр. 12). Подставив эти выражения в формулу для силы Лоренца, получим:

где — угол между векторами скорости и магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяют для положительного заряда по правилу левой руки. (Для отрицательного заряда сила Лоренца будет направлена в противоположную сторону).

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работу. А, согласно теореме о кинетической энергии, это означает, что сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы.

Закон Ампера

Поместим в магнитное поле проводник длинной

l, по которому течет ток I. На проводник действует сила, прямо пропорциональная силе тока, текущего по проводнику, индукции магнитного поля, длине проводника, и зависящая от ориентации проводника в магнитном поле. |F|=IBlsin, где угол между направлением тока в проводнике и направлением вектора магнитной индукции B, Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, что магнитные силовые линии входят в ладонь, четыре вытянутых пальца направить по току, то отогнутый большой палец укажет направление силы. Очевидно, что сила Ампера равна нулю, если проводник расположен вдоль силовых линий поля и максимальна, если проводник перпендикулярен силовым линиям. Движение заряженных частиц в магнитном поле. На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера FА IB
lsin
.Ток, в свою очередь, это направленное движение заряженных частиц. Сила тока равна I=qnvS, где q – заряд частицы, n-концентрация движущихся заряженных частиц, v-средняя скорость их направленного движения, S-площадь поперечного сечения проводника. Подставив I в выражение для FА, получим FА= qnvSBlsin, где nsl=N – общее число частиц, создающих ток. Тогда сила, действующая на отдельный движущийся заряд – сила Лоренца, равна Fл=qvBsin. где — угол между векторами скорости и магнитной индукции. Направление силы Лоренца определяется для положительно заряженной частицы по правилу левой руки.

Закон Ампера

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.

Экспериментальное изучение магнитного взаимодействия показывает, что модуль силы Ампера пропорционален длине проводника с током, силе тока и зависит от ориентации проводника в магнитном поле.

Опыт показывает, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, не оказывает влияния на ток. Поэтому модуль силы зависит лишь от модуля составляющей вектора магнитной индукции, перпендикулярной проводнику.

Закон Ампера заключается в следующем. Сила Ампера равна произведению магнитной индукции поля на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника:

Направление силы ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая магнитной индукции входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника.

Магнитное взаимодействие проводников с током используется в Международной системе для определения единицы сила тока –ампера.

Ампер –сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную Н на каждый метр длины.

43. Сила Ампера. Сила Лоренца

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.

Сила действия однородного магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником:

F=B.I..sin α — закон Ампера.

Сила, действующая на заряженную движущуюся частицу в магнитном поле, называется силой Лоренца:

Если вектор vчастицы перпендикуляренвектору В,то частица описывает траекторию в виде окружности:

Роль центростремительной силы играет сила Лоренца: 

При этом радиус окружности: ,

Если вектор скорости и частицы не перпендикулярен В, то частица описывает траекторию в виде винтовой линии (спирали).

44. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Применение теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции для расчета поля прямого тока. Циркуляция вектора магнитной индукции через замкнутый контур=произведению магнитной постоянной на алгебраическую сумму токов, охватываемых контуром.

∫BdL=μ0I; I=ΣIi

I2

I1>0 I2<0

Теорема говорит о том, что магнитное поле не является потенциальным, а является вихревым.

Применение в тетради

45. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции εинд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

Эта формула носит название закона Фарадея.

Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение, сформулированное в 1833 г., называется правилом Ленца.

Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что εиндивсегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея). Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

εi

=-N, гдеN- кол-во витков

Способ возникновения ЭДС:

1.рамка неподвижна, но изменяется магнитный поток за счёт движения ккатушки или за счет изменения силы тока в ней.

2.рамка перемещается в поле непожвижной катушки.

46. Явление самоиндукции.

Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется явлением самоиндукции.

Магнитный поток, обусловленный собственным током контура (сцепленный с контуром), пропорционален магнитной индукции, которая, в свою очередь, по закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току.

, где L –коэффициент самоиндукции или индуктивность, «геометрическая» характеристика проводника, так как зависит от его формы и размеров, а также от магнитных свойств среды.

47. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Свойства уравнений Максвелла.

Закон Гаусса Поток электрической индукции через замкнутую поверхность s пропорционален величине свободного заряда, находящегося в объёме v, который окружает поверхность s.

Закон Гаусса для магнитного поля Поток магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю (магнитные заряды не существуют).

Закон индукции Фарадея

Изменение потока магнитной индукции, проходящего через незамкнутую поверхность, взятое с обратным знаком, пропорционально циркуляции электрического поля на замкнутом контуре, который является границей поверхности.

Теорема о циркуляции магнитного поля

Полный электрический ток свободных зарядов и изменение потока электрической индукции через незамкнутую поверхность , пропорциональны циркуляции магнитного поля на замкнутом контуре, который является границей поверхности.

Свойства уравнений Максвелла.

            А. Уравнения Максвелла линейны. Они содержат только первые производные полейEиBпо времени и пространственным координатам, а так же первые степени плотности электрических зарядов ρ и токов γ. Свойство линейности уравнений непосредственно связано с принципом суперпозиции.

            Б. Уравнения Максвелла содержат уравнение непрерывности, выражающее закон сохранения электрического заряда:

                                               ∫pdv=const

            В. Уравнения Максвелла выполняются во всех инерциальных системах отсчёта. Они являются релятивистски-инвариантными, что подтверждается опытными данными.

            Г. О симметрииуравнений Максвелла.

            Уравнения не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это обусловлено тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет магнитных зарядов. Вместе с тем в нейтральной однородной среде, где ρ = 0 и j=0 ,уравнения Максвелла приобретают симметричный вид, т.е.Eтак связано с(dB/dt) , какBсdE/dt.

                                               

Различие только в знаках перед производными(dB/dt)  и(dD/dt)  показывает, что линии вихревого электрического поля, индуцированного уменьшением поляB, образуют с вектором(dB/dt)   левовинтовую систему, в то время как линии магнитного поля, индуцируемого изменениемD, образуют с вектором (dD/dt)   правовинтовую систему.

           

Д. Об электромагнитных волнах.

            Из уравнений Максвелла следует важный вывод о существовании принципиально нового физического явления: электромагнитное поле способно существовать самостоятельно без электрических зарядов и токов. При этом изменение его состояния обязательно имеет волновой характер. Всякое изменение во времени магнитного поля возбуждает поле электрическое, изменение электрического поля, в свою очередь, возбуждает магнитное поле. За счёт непрерывного взаимопревращения они и должны сохранятся. Поля такого рода называются электромагнитными волнами. Выяснилось также, что ток смещения(dD/dt)   играет в этом явлении первостепенную роль.

2. Чистые полупроводники

Чистые полупроводники – это полупроводники, обладающие собственной проводимостью, возникающей в результате разрыва ковалентных связей в чистом полупроводнике.

Рассмотрим кристалл кремния.

У атома кремния на внешней оболочке имеется 4 валентных электрона. В твердом состоянии это вещество имеет кристаллическую решетку, в которой каждый атом имеет четыре ближайших соседа. Связь между соседними атомами ковалентная, т.е. два соседних атома объединяют два своих валентных электрона.

При низких температурах электроны связаны с атомами, а при повышении температуры отдельные электроны могут получить избыточную энергию для отрыва от атома. Появляются свободные электроны, а в оболочке атома полупроводник остается свободное место, которое принято называть «дыркой». Атом приобретает положительный заряд, который приписывают «дырке».

Нагревание полупроводника ведет к образованию подвижных носителей зарядов электронов и «дырок».

В полупроводнике электронно-дырочная проводимость.

Электрическим током в полупроводнике называется направленное движение электронов в положительному полюсу, а дырок к отрицательному полюсу (собственная проводимость).

3. Примесные полупроводник.

Примесные полупроводники, это полупроводники у которых электропроводимость обусловлена (возникает) внесением в их кристаллическую решетку примесей.

В зависимости от вида примесных центров возникает материал с электронной проводимостью (n — типа) или дырочной проводимостью (р — типа).

    Полупроводники (n — типа) имеют донорую примесь.

    Донорная примесь – это примесь, отдающая свой лишний электрон, неучаствующий в создании ковалентной связи.

    Например:

    Введение примесных доноров – атомов с 5 внешними электронами (например, фосфора) в кристаллы кремния с 4 валентными электронами. При каждом атоме фосфора один электрон становится свободным, он лишний в ковалентной связи.

    Полупроводники с донорными примесями обладают электронной проводимостью и называются полупроводниками n — типа.

      Полупроводники (р — типа) имеют акцепторную примесь.

      Акцепторная примесь – это примесь, у которой не достает электронов до полной ковалентной связи с соседними атомами.

      Например:

      Введение примесных акцепторов – атомов с3внешними электронами в кристаллы кремния с4 внешними электронами, например индия, приводит к появлению дырок – место электрона остается не занятым. Эта дырка имеет такие же свойства, как и положительный носитель заряда.

      Полупроводники с акцепторными примесями обладают дырочной проводимостью и называются полупроводниками р – типа.

      Изменяя концентрацию примесей, можно значительно изменить число носителей зарядов того или иного знака. Благодаря этому можно создать полупроводники с преимущественной концентрацией либо отрицательно либо отрицательно заряженных носителей зарядов.

      1. Р – n переход.

      Электронно – дырочный переход представляет собой контакт между полупроводниками р и n типа.

      Область полупроводника, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости от электронной n-типа к дырочной р-типа. В р-области слоя концентрация дырок гораздо выше, чем в n-типа, поэтому дырки из р-области стремятся проникнуть в n-область, а электроны из n-области в р-область. После ухода дырок из р-области в ней остаются отрицательно заряженные атомы – акцепторы, а после ухода электронов из n-области – положительно заряженные атомы – доноры. Так как акцепторы и доноры неподвижны, то в р-n-переходе образуется двойной пространственный заряд. Возникающее при этом поле противодействует дальнейшей диффузии зарядов.

      Для самопроверки заполни таблицу:

      вещество

      определение

      проводимость

      условие

      применение

      металл

      электролит

      газ

      вакуум

      Полупроводник:

      чистый

      донорный

      акцепторный

      Урок на тему «Сила Ампера и Сила Лоренца»

      Разработка открытого урока по физике

      Тема: «Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Магнитосфера Земли и её взаимодействие с солнечным ветром. Пара-, диа- и ферромагнитные вещества.»

      Цель урока:Познакомить с силой Ампера и Лоренца, усвоить особенности действия магнитного поля на движущийся заряд и проводник с током , научиться использовать правило «левой руки» для определения направления действия силы Лоренца в незнакомой ситуации.

      Задачи урока:

      Образовательные:

      Обосновать связь между силой тока в проводниках и силой их взаимодействия. Продолжить работу по формированию умений работать с рисунками и заданиями учебника.

      Проконтролировать уровень усвоения основных положений, характеризующих силу Ампера. Сформировать умения применять правило «левой руки».

      Воспитательные:

      Показать, что взаимосвязь силы Ампера и силы Лоренца является примером проявления одного из признаков метода диалектического познания явлений.

      Развития мышления:

      Формировать элементы творческого поиска, умение доказывать и отстаивать свою точку зрения, давать свою оценку изучаемым явлениям.

      Тип урока: урок сообщения новых знаний

      Оборудование: проектор, тесты, карточки с заданием, презентация.

      Ход урока:

      1. Организационный момент. Приветсвие класса. Постановка целей и задач урока./3-4мин/

      Критерии оценок

      Дисциплина
      1. Опрос домашнего задания /10 мин /

      (проводится в виде тестирования, по окончанию взаимопроверка и оценивание)

      Вариант 1.

      Вставьте пропущенные слова или выберите один правильный ответ.

      1. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока?

      а. Беспорядочно.

      б. По прямым линиям вдоль проводника.

      в.По замкнутым кривым, охватывающим проводник.

      2. Когда к магнитной стрелке поднесли ……….. полюс постоянного магнита, то южный полюс стрелки оттолкнулся.

      3. Разноименные магнитные полюсы …………, а одноименные — …………… .

      4. Одноименными или разноименными полюсами образована картина магнитных линий (рис. 183)?

      а. Одноименными.б. Разноименными.

      hello_html_m1eb167.gif

      5. Магнитная индукция величина …

      6. Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила

      7. Магнитных зарядов в природе …

      Вариант 2.

      Вставьте пропущенные слова или выберите один правильный ответ.

      1. Северный магнитный полюс расположен у … географического полюса, а южный — у …

      2. Магнитная индукция измеряется в …

      3. Какие вещества из указанных ниже совсем не притягиваются магнитом?

      А. Стекло. Б. Сталь. В. Никель. Г. Чугун.

      4.Магнитная индукция обозначается буквой …

      5. Направление магнитных линий зависит от направления …… в проводнике, взаимосвязь этих направлений можно определить по ………….. …………………

      6. За направление магнитных линий принято направление, которое указывает …… конец магнитной стрелки.

      7. Магнитная стрелка остается неподвижной возле проводника с током.Это означает, что в проводнике …

      Ключ

      2

      3

      4

      5

      6

      7

      Вар 1

      в.По замкнутым кривым, охваты-вающим проводник.

      притягиваются

      Притягиваются, отталкиваются

      б) разноименными

      буравчика

      нет

      Вар2

      Южного

      северного

      Теслах(Тл)

      стекло

      В

      Движущимися электрическими зарядами

      северный

      Тока нет

      «5» — 7 правильных ответов

      «4» — 5-6 правильных ответов

      «3» — 3-4 правильных ответа

      1. Изложение нового материала

      1. Что такое магнитное поле?

      /материя определяющая магнитное взаимодействие движущихся заряженных частиц или проводников с током/

      1. Какими свойствами обладает магнитное поле ?/действует на проводник с током и движущуюся заряженную частицу/

      Направление силы Ампера и силы Лоренца определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции hello_html_mab85c64.gif входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (на заряженную частицу).

      hello_html_m4fab5868.gifhello_html_65015e18.png

      Работа магнитного поля , совершаемая при перемещении проводника с током определяется по формуле:

      hello_html_m3423c98b.gif

      Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением: Φ = B · S · cos α

      Единица измерения магнитного потока в систем СИ — 1 Вебер (1 Вб). 1 Вб = 1 Тл · 1 м2

      Работа в группах (составление кластера) /15 мин/

      Магнитные свойства веществ.

      1. Закрепление. Решение задач./15 мин/

      /у доски/

      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
      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.

      1 вариант

      На «4»

      1. Какова индукция магнитного поля в котором на проводник с длиной 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. проводник расположен перпендикулярно индукции магнитного поля.

      2. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник с током в 30 А, длина которого 10 см, действует сила 1,5 Н. Найти угол между векторам магнитной индукции и силой тока.

      3.Электрон движется в вакууме со скоростью 3*106 м/с в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 0,1 Тл. Чему равна сила, действующая на электрон, если угол между направлением скорости электронаи линиями индукци равен 900.

      4. 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. /е=- 1,6*10-19 Кл, me=9,1*10-31кг/.

      На «5»

      Сформулировать и решить задачу

      I

      Fa

      1. . . . . .

      . . . . v

      . . . . .B

      FЛ

      2 вариант

      На «4»

      1. 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 и период, по которой движется электрон.

      2. Протон в однородном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найдите скорость движения протона /р=1,6*10-19 Кл, mp=1,6*10-27 кг/

      3. На прямой проводник длиной 0,5 м расположенный перпендикулярно силовым линиям поля с индукцией 0,02 Тл, действует сила 0,15 Н.найти силу тока , протекающего по проводнику.

      4. 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 490?

      На «5»

      Сформулировать и решить задачу

      FA

      I

      1. X X v X

      X X X

      X X X B

      3.

      Fa

      4. Вектор В направлен вверх, сила Faнаправлена вправо. Куда направлен ток?

      1. Рефлексия /7 мин/

      1. Итоги урока. Домашнее задание. Оценивание./3 мин/

      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 Лоренца — FizikatTYT

      Сила Лоренца — сочетание электрического и магнитного взаимодействия, которое возникает, когда положительно или отрицательно заряженная частица движется в электромагнитном поле. Она перпендикулярна направлениям векторов магнитной индукции и скорости заряда. Под её действием частица изменяет траекторию своего движения и скорость.

      Этот вид сил впервые описал Джеймс Максвелл в 1865 году, а в 1892 году голландский физик Хендрик Лоренц записал для неё математическое выражение. Хотя первый вывод формулы исследователи приписывают Оливеру Хевисайду.

      Вариация этой базовой силы действует на проводник с током, когда его помещают между полюсами магнита. Если в проводнике существует ток, то он будет отклоняться во внешнем магнитном поле, так как сила Лоренца будет действовать на все движущиеся в нём электроны. В какую сторону отклонится провод с током наглядно продемонстрирует правило левой руки.

      Это явление и возникающую силу используют в экспериментальной физике для:

      • увеличения скорости элементарных частиц и ионов в различных циклотронах и других ускорителях;
      • определения удельного заряда и массы положительных ионов, относительной атомной массы изотопов химических элементов в масс-спектрографии;
      • в магнетронах и скоростных фильтрах.

      В быту такое воздействие на заряженную частицу нашло применение в телевизорах с электронно-лучевой трубкой, электродвигателях, колонках, генераторах.

      Какова природа силы?

      Эта сила принадлежит спектру сил электромагнитного взаимодействия. Магнитное поле создают заряженные частицы, такие как протон или электрон, во время своего движения. Движущийся заряд поместим во внешнее поле, например, между полюсами магнита. Поле точечного заряда и внешнее поле будут взаимодействовать определённым образом: притягиваться или отталкиваться. Это зависит от знака заряда и от взаимного расположения линий магнитной индукции полей.

      Формула для вычисления модуля силы Лоренца демонстрирует её зависимость от скорости частицы v, абсолютного значения её заряда q, от модуля индукции внешнего магнитного поля B и угла α, показывающего взаимное расположение векторов скорости и магнитной индукции.

      На рисунке представлены все величины, фигурирующие в формуле:

      Из уравнения видно, что если v (скорость) стремится к нулю, то на точечный заряд не будет действовать и сила Лоренца. Кроме того, если заряд перемещается в направлении, параллельном направлению вектора магнитной индукции, то есть sin (0) = 0, снова будем наблюдать отсутствие внешней силы (Fл=0). А при движении, перпендикулярном линиям внешнего магнитного поля, сила Лоренца становится центростремительной и искривляет траекторию объекта (наблюдается движение по окружности). Протон представлен на рисунке а), рисунок б) описывает электрон.

      Правило левой руки

      Для положительно заряженной частицы необходимо расположить ладонь левой руки, чтобы четыре вытянутых пальца направить параллельно её движению, а линии магнитной индукции входили в ладонь перпендикулярно, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Лоренца. А для отрицательного заряда силу Лоренца направляем в противоположную сторону.

      Магнитные свойства вещества — Класс!ная физика

      Магнитные свойства вещества

      «Физика — 11 класс»

      Магнитное поле создается электрическими токами и постоянными магнитами.
      Все вещества, помещенные в магнитное поле, создают собственное магнитное поле.

      Намагничивание вещества.

      Все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами становятся источниками магнитного поля.
      В результате этого вектор магнитной индукции при наличии вещества отличается от вектора магнитной индукции в вакууме.

      Гипотеза Ампера

      Причина, вследствие которой тела обладают магнитными свойствами, была установлена французским физиком Ампером: магнитные свойства тела можно объяснить циркулирующими внутри него токами.

      Внутри молекул и атомов существуют элементарные электрические токи, которые образуются вследствие движения электронов в атомах.
      Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены беспорядочно по отношению друг к другу из-за теплового движения молекул, то их действия взаимно компенсируются, и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает.

      В намагниченном состоянии элементарные токи в теле ориентированы так, что их действия складываются.

      Наиболее сильные магнитные поля создают вещества, называемые ферромагнетиками.
      Из них делают постоянные магниты, так как поле ферромагнетика не исчезает после выключения намагничивающего поля.

      Магнитные поля создаются ферромагнетиками не только вследствие обращения электронов вокруг ядер, но и вследствие их собственного вращения. В ферромагнетиках существуют области, называемые доменами размером около 0,5 мкм.

      Если ферромагнетик не намагничен, то ориентация доменов хаотична, и суммарное магнитное поле, создаваемое доменами, равно нулю.
      При включении внешнего магнитного поля домены ориентируются вдоль линий магнитной индукции этого поля, и индукция магнитного поля в ферромагнетиках увеличивается, становясь в тысячи и даже миллионы раз больше индукции внешнего поля.

      Температура Кюри.

      При температурах, больших некоторой определенной для данного ферромагнетика, его ферромагнитные свойства исчезают.
      Эту температуру называют температурой Кюри по имени открывшего данное явление французского ученого.
      При нагревании намагниченные тела теряют свои магнитные свойства.
      Например, температура Кюри для железа 753 °С.
      Существуют ферромагнитные сплавы, у которых температура Кюри меньше 100 °С.

      Применение ферромагнетиков

      Ферромагнитных тел в природе не так много, но они нашли широкое применение.
      Например, сердечник, установленный в катушке, усиливает создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке.
      Сердечники трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. д. изготовляют из ферромагнетиков.

      При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остается намагниченным, т. е. создает магнитное поле в окружающем пространстве.
      Благодаря этому существуют постоянные магниты.

      Большое применение получили ферриты — ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока, это химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ.
      Один из известных ферромагнитных материалов — магнитный железняк — является ферритом.

      Ферромагнетики используются для магнитной записи информации.
      Из ферромагнетиков изготовляют магнитные ленты и магнитные пленки, которые используют для звукозаписи в магнитофонах и для видеозаписи в видеомагнитофонах.

      Запись звука производят на ленту с помощью электромагнита, магнитное поле которого изменяется в такт со звуковыми колебаниями.
      При движении ленты вблизи магнитной головки различные участки пленки намагничиваются.

      Схема магнитной индукционной головки

      где
      1 — сердечник электромагнита;
      2 — магнитная лента;
      3 — рабочий зазор;
      4 — обмотка электромагнита.

      Развитие технологии магнитной записи привело к появлению магнитных микроголовок, которые используются в ЭВМ, позволяющих создавать большую плотность магнитной записи, так на ферромагнитном жестком диске диаметром в несколько сантиметров хранится до нескольких терабайт (1012 байт) информации. Считывание и запись информации на таком диске осуществляется с помощью микроголовки. Диск вращается с огромной скоростью, и головка плавает над ним в потоке воздуха, что предотвращает возможность механического повреждения диска.

      Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин



      Магнитное поле. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

      Магнитное поле и взаимодействие токов — Магнитная индукция. Линии магнитной индукции — Модуль вектора магнитной индукции. Сила Ампера — Электроизмерительные приборы. Громкоговоритель — Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца — Магнитные свойства вещества — Примеры решения задач — Краткие итоги главы

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *