Урок 3. магнитная индукция. действие магнитного поля на проводник с током и движущуюся заряженную частицу – Физика – 11 класс – Российская электронная школа

(Ответ выразите в мТ).

Урок 3: Магнитная индукция. Действие магнитного поля на проводник с током и движущуюся заряженную частицу

Магнитная индукция – это векторная величина, характеризующая величину и направление магнитного поля.

Сила Ампера – это сила, действующая под действием магнитного поля на проводник с током.

Сила Лоренца – сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу.

Правило Буравника – правило, используемое для определения направления магнитного поля проводника с током.

Правило левой руки – правило для определения направления силы Ампера и силы Лоренца.

Соленоид – катушка с проволокой.

Токовая рамка – это катушка небольшой длины с двумя витками гибкого проводника с током, способная вращаться вокруг оси, проходящей через диаметр катушки.

Основная и дополнительная литература по теме

Физика, Г.Й. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Харугин. 11 класс. Учебник для средних школ. Москва: Просвещение, 2014 – С. 3 – 20

2) А.П. Рымкевич. Сборник задач по физике. 10 – 11 классы. – Москва: Дрофа, 2009 г. – С.109 – 112

Основное содержание урока

Магнитное поле – это особый вид материи, создаваемый электрическим током или постоянными магнитами. Для демонстрации действия и доказательства существования магнитного поля используется магнитная стрелка, способная вращаться вокруг оси, или небольшая рамка (или катушка) с током, подвешенная на тонких витых гибких проводах.

Токовая рамка и магнитная стрелка вращаются под действием магнитного поля так, что северный полюс (синяя часть) стрелки и положительная нормаль рамки направлены в сторону магнитного поля.

Магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом или проводником с током, занимает все пространство вблизи этих тел. Магнитное поле принято (удобно) представлять в виде линий, которые называются линиями магнитного поля. Магнитные линии имеют вихревой характер, т.е. линии не имеют ни начала, ни конца, т.е. они замкнуты. Направление касательной в каждой точке прямой совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Поля с замкнутыми линиями называются вихревыми полями.

Магнитное поле характеризуется векторной величиной, называемой магнитной индукцией. Плотность магнитного потока описывает “силу” и направление магнитного поля – это количественное описание магнитного поля.

Он обозначается символом Направление вектора магнитной индукции – это направление от южного полюса к северному полюсу магнитной стрелки, которая свободно движется в магнитном поле.

Направление магнитного поля определяется вектором магнитной индукции.

Направление вектора магнитной индукции прямого провода с током определяется по правилу Буравника (или правого винта).

Принцип работы буравчика заключается в следующем:

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

Направление магнитного поля внутри соленоида определяется по правилу правой руки.

Определим модуль вектора магнитной индукции.

Наблюдения показывают, что максимальное значение силы, действующей на проводник, прямо пропорционально силе тока, длине проводника в магнитном поле.

Тогда зависимость силы от этих двух величин выглядит следующим образом

Отношение зависит только от магнитного поля и может рассматриваться как характеристика магнитного поля в данной точке.

Величина, численно равная отношению максимальной силы, действующей на проводник с током, к произведению силы тока и длины проводника, называется векторным модулем магнитной индукции:

Единицей магнитной индукции является 1 Тесла (Тесла).

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, равна произведению модуля магнитной индукции, силы тока, длины проводника и синуса угла между вектором магнитной индукции и направлением тока:

где α – угол между вектором B и направлением тока.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки:

Если ладонь левой руки раздвинуть так, чтобы линии магнитной индукции вошли в ладонь, а четыре вытянутых пальца направлены в сторону тока, то большой палец, согнутый под углом 90 0, будет направлен в сторону силы в амперах.

Сила Ампера – это сила, действующая на проводник с током под действием магнитного поля.

Сила Лоренца – это сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля. Его числовое значение равно произведению заряда частицы на модули скорости и магнитной индукции и синус угла между векторами скорости и магнитной индукции:

– заряд частицы;

– скорость частиц;

B – модуль магнитной индукции;

– угол между векторами скорости частицы и магнитного потока.

Направление силы Лоренца также определяется правилом левой руки:

Если четыре вытянутых пальца левой руки направлены вдоль вектора скорости заряженной частицы, а вектор магнитной индукции направлен в сторону ладони, то большой палец, отведенный на 90 0, будет направлен в сторону силы Лоренца. Если частица имеет отрицательный заряд, то направление силы Лоренца противоположно направлению, которое имела бы положительная частица.

Получим формулы для радиуса окружности и периода вращения частицы, которая попадает в однородное магнитное поле перпендикулярно линии магнитной индукции, используя формулы для 2-го закона Ньютона и центростремительного ускорения.

Согласно 2-му закону Ньютона

Время, за которое частица совершает полный оборот (период вращения), равно:

Многие молодые люди расстраиваются, что не родились в те времена, когда совершались открытия. Им кажется, что все уже известно и никаких открытий не осталось.

Одной из неразгаданных тайн является механизм магнитного поля Земли. Так как и что вызывает магнитное поле Земли? Подумайте об этом и, возможно…

Одна из возможных гипотез.

Известно, что ядро Земли имеет высокую температуру

и высокой плотностью. Согласно исследованиям, в центре находится твердое ядро. Когда Земля вращается вокруг своей оси, ее центр тяжести не совпадает с геометрическим центром из-за притяжения Солнца. В результате ядро, смещенное от центра и вращающееся относительно земной коры, заставляет жидкую, расплавленную массу мантии двигаться примерно так же, как чайная ложка перемешивает воду в стакане. Результатом является не что иное, как направленное движение зарядов. Возникает электрический ток, который, в свою очередь, создает магнитное поле.

Анализ тренировочных упражнений

(1) На рисунке изображен проводник с током, помещенный в магнитное поле. Стрелка указывает направление тока в проводнике. Вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости изображения. Каково направление силы, действующей на проводник с током?

– Точка означает, что магнитная индукция направлена к нам из глубины картинной плоскости.

Используя правило левой руки, определите направление силы Ампера:

Положите левую руку так, чтобы линии магнитной индукции вошли в ладонь, 4 пальца направлены вниз по направлению тока, затем большой палец, согнутый на 90 0, укажет направление силы Ампера, т.е. он направлен влево.

2 По проводнику длиной 40 см течет ток силой 10 А. Какова индукция магнитного поля, в котором находится проводник, если на проводник действует сила 8 мН?

(Ответ выразите в мТл).

3) Найдите модуль силы, действующей на проводник длиной 50 см, в котором течет ток 10 А, в магнитном поле с индукцией 0,15 Тесла. (Ответ выразите в мН).

4. В магнитном поле с индукцией 0,01 Тесла протон имеет окружность радиусом 10 см. Найдите скорость протона. (Ответ выразите в км/с, округлив до десятков).

5. с какой скоростью влетит электрон в однородное магнитное поле (индукция 1,8 Тесла) перпендикулярно линиям индукции, если магнитное поле действует на электрон с силой 3,6∙10 – ¹² Н? Выразите ответ в км/с.

6 Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией 3,14 мТл. Каков период электрона? (Выразите ответ в наносекундах, округлив до целых чисел).

Запишите формулу для модуля магнитной индукции:

B = 0,008 Н / ( 0,4м-10 A ) = 0,002 Тл = 2 мТл.

Запишем формулу для силы Ампера:

F = 0,l5 Tl- 10 A- 0,5 м = 0,75 Н = 750 мН

Заряд протона равен: q₀ = l,6-l0-ˡ⁹ Cl,

масса протона: m = l.67-l0-²²⁷ кг.

Согласно 2-му закону Ньютона:

v = ( l,6-l0-ˡ⁹ Cl-0.l m-0.0l Tl) / l,67-l0-²⁷ кг ≈ 0.00096-l0⁸ м/с ≈ l00 км/с.

Ответ: v ≈ l00 км/с.

Найти:

Заряд электрона составляет: q₀ = l.6-l0-ˡ⁹ Cl.

Воспользуемся формулой для силы Лоренца:

.

Выразим скорость из формулы силы, учитывая, что sin90°=l,

v = 3,6-l0-¹² Н / (l,6-l0-ˡ⁹ Kl- l,8 Tl) = l,25-l0⁷м/с = l2500 км/с.

Ответ: v = l2500 км/с.

B = 3,l4 мТл = 3,l4-l0-³ Тесла,

Масса электрона равна: m = 9,l-l0-³¹ кг.

Время, необходимое частице для совершения полного оборота (период обращения), равно:

T = 2-3,l4-9,l-l0-³¹ кг/( l,6-l0-ˡ⁹ Kl-3,l4-l0-³ Tl) = ll,375-l0-⁹ с ≈ ll нс.

Ниже мы привели основные формулы по предмету “Электричество и магнетизм”. При решении заданий вы можете использовать эту книгу в качестве справочника, чтобы не тратить время на поиск нужной информации.

Магнетизм это что такое Магнетизм: определение – История.НЭС

Магнетизм – это взаимодействие движущихся электрических зарядов, которое происходит посредством магнитного поля.

Поле – Особая форма материи. В стандартной модели существуют электрические поля, магнитные поля, электромагнитные поля, поле ядерных сил, гравитационное поле и поле Хиггса. Возможно, есть и другие гипотетические области, о которых мы пока можем только предполагать или вообще не предполагать. Сегодня нас интересует магнитное поле.

Вектор магнитной индукции (B) – является главной силовой характеристикой магнитного поля (обозначается B). Испытательный контур, помещенный в магнитное поле, подвергается воздействию вращающегося момента силы M, исходящего от магнитного поля.

Вектор магнитной индукции

Вектор плотности магнитного потока (B) – является основной силовой характеристикой магнитного поля (символ B). Пример цепи, помещенной в магнитное поле, подвергается воздействию момента магнитного поля M.

Бесконечно длинный ток величиной I создает магнитное поле на расстоянии r друг от друга:

где Мо – магнитная постоянная, R – расстояние, I – ток в проводнике.

Магнитный индукция – это векторная физическая величина, силовая характеристика магнитного поля в данной точке.

Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тесла).

Магнитная индукция – это векторная величина, которая является силовой характеристикой магнитного поля (его воздействия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Она определяет силу, с которой магнитное поле действует на заряженную частицу. Магнитное поле действует на заряд движется со скоростью .

Более конкретно, – вектор, такой, что сила Лоренца действие магнитного поля на заряд движется со скоростью это

где диагональный крест обозначает векторное произведение, α – угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора перпендикулярна им обоим и направлена по правилу Брауха).

Вектор магнитной индукции вектор индукции (В) – близка к напряженности электрического поля. Основной характеристикой сил в магнитном поле является вектор магнитной индукции.

Экспериментально установлено, что для одной и той же точки в магнитном поле максимальный вращающий момент М (момент силы) пропорционален произведению тока I в контуре на его площадь S. Величина IS называется магнитным моментом контура Pm.

Рисунок – Электрический ток (I), протекающий по проводнику, создает магнитное поле (B) вокруг проводника.Рисунок – Правило отвертки

Принцип бура (шнека): Если направление поступательного движения бура (винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки бура совпадает с направлением вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током.

На практике удобно использовать следующий принцип: Если вы возьмете соленоид правой рукой так, чтобы четыре пальца были направлены в сторону тока, то согнутый большой палец укажет направление магнитного поля внутри соленоида.

Рисунок 3.2 – A) Формирование магнитного потока в соленоиде

B) Диаграмма полей в катушке при прохождении переменного тока по обмоткам

Единицей измерения B в системе СИ является Тесла (tesla). Устройство названо в честь сербского инженера-электротехника Н. Тесла.

Вектор магнитной индукции (V) равен аналог напряженности электрического поля. Основной характеристикой сил в магнитном поле является вектор магнитной индукции.

Направление этого вектора для поля проводника постоянного тока и катушки может быть определено следующим образом Принцип Боравича: если направление поступательного движения боравича (винт с правой резьбой) совпадает с направлением тока, то направление вращения ручки боравича будет указывать на направление линии магнитной индукции. Вектор магнитной индукции направлен по касательной к этим линиям.

На практике удобно использовать следующие решения правило: Если большой палец правой руки направлен в сторону тока, то направление контура тока с другими пальцами будет совпадать с направлением линий магнитной индукции.

Модуль вектора магнитной индукции

Магнитная индукция B зависит от I i r где r – расстояние от токоведущего проводника до точки испытания. Если расстояние до проводника намного меньше его длины (например, мы рассматриваем бесконечно длинный проводник), тоМодуль вектора магнитной индукции,

где k – коэффициент пропорциональности. Подставляя эту формулу в уравнение для силы взаимодействия двух проводников с током, получаем F=B . I . ℓ.

Следовательно, Таким образом, модуль вектора магнитной индукции - это отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на кусок проводника с током, к произведению силы тока на длину куска..

Следовательно, модуль вектора магнитной индукции Вектор магнитной индукцииэто отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на часть токоведущего проводника, к произведению силы тока и длины этой части.

Когда металлическая катушка помещается в магнитное поле, заряженные частицы металлической решетки (в катушке) поворачиваются на определенный угол и располагаются вдоль силовых линий магнитного поля.

Физическое значение магнитной индукции

Физически это явление объясняется следующим образом. Металл имеет кристаллическую структуру (катушка состоит из металла). В кристаллической решетке металла имеются электрические заряды – электроны. Если металл не подвергается никакому магнитному взаимодействию, то заряды (электроны) находятся в состоянии покоя и никуда не перемещаются.

Васильев Дмитрий Петрович

В результате в металле возникает электрический ток. Сила этого тока зависит от физических свойств магнита и катушки, а также от скорости, с которой один из них движется относительно другого.

Когда металлическая катушка помещается в магнитное поле, заряженные частицы металлической решетки (в катушке) поворачиваются под определенным углом и располагаются вдоль силовых линий магнитного поля.

Чем больше напряженность магнитного поля, тем сильнее будут вращаться частицы и тем более однородной будет их ориентация.

Магнитные поля, ориентированные в одном направлении, не нейтрализуют друг друга, а складываются, образуя единое поле.

Соотношение между Tl и Gs: 1 Тл = 10 000 Гс.

Электромагнитная индукция и магнитная индукция: в чем разница между ними?

Электромагнитная индукция – это возникновение электродвижущей силы в результате относительного движения между магнитным полем и проводником.

Магнитная индукция может создавать постоянный магнит, но может и не создавать.

Электромагнитная индукция производит ток, но таким образом, что этот произведенный ток противодействует изменению магнитного поля.

Электромагнитная индукция использует магниты и электрические цепи, в то время как магнитная индукция использует только магниты и магнитные материалы.

Читайте далее:
Сохранить статью?