Similar presentations:
Магнитное поле в вакууме
1. Магнитное поле в вакууме
Лекция 3CEE
2.
План лекцииМагнитное поле.
Магнитный момент контура с током.
Вектор магнитной индукции. Линии
магнитной индукции.
Сила, действующая на проводник с
током в магнитном поле. Закон Ампера.
Действие магнитного поля на
движущийся заряд. Сила Лоренца.
2
CEE
3.
В 1820 г. датский физик Эрстедобнаружил, что магнитная стрелка
поворачивается при пропускании
электрического
тока
через
проводник, находящийся около нее.
3
CEE
4.
4CEE
5.
Французский физик Ампер установил,что два проводника, расположенные
параллельно друг другу, испытывают
взаимное притяжение, если ток течет
по ним в одну сторону, и отталкивание,
если токи текут в разные стороны.
5
CEE
6.
Магнитное полеМагнитное поле – особый
вид материи, посредством
которого
осуществляется
взаимодействие
между
движущимися электрически
заряженными
частицами.
6
CEE
7.
Магнитное полеОсновные свойства
магнитного поля
Магнитное
поле
порождается
электрическим током (движущимися
зарядами).
Магнитное поле обнаруживается по
действию на электрический ток
(движущиеся заряды).
7
CEE
8.
Магнитное полеДля исследования магнитного поля применим пробный ток,
циркулирующий в плоском замкнутом контуре очень малых
размеров.
Будем называть такой контур пробным контуром.
Ориентацию его в пространстве
характеризует направление нормали к контуру, восстанавливаемой по правилу правого
винта (буравчика):
S
Если вращать рукоятку правого
буравчика по направлению тока в
контуре, тогда направление его
поступательного движения даст
направление нормали.
8
CEE
9.
Магнитное полеПомещая пробный контур в магнитное поле, обнаружим,
что поле стремится повернуть контур (нормаль) в
определенном направлении.
Вращающий
момент,
действующий на контур,
зависит как от свойств
магнитного
поля
в
данной точке, так и от
свойств контура.
Оказывается, что максимальная
величина вращающего момента
пропорциональна IS, т.е.: Mmax ~ IS
S
–
площадь
контура с током;
I – сила тока.
9
CEE
10.
Магнитный момент контура с токомВекторную
величину
pm ISn
называют
магнитным
моментом контура.
В СИ измеряется в А·м2.
pm
S
На пробные контуры с
разными рm, помещаемыми
в данную точку магнитного
поля, будут действовать
разные
по
величине
максимальные вращающие
моменты М max.
10
CEE
11.
Вектор магнитной индукцииНо отношение Мmax / рm будет для всех контуров одинаково,
оно будет являться силовой характеристикой магнитного
поля — магнитной индукцией.
B
1Н м
Н
1 Тл
1
.
2
1А м
А м
M max
B
pm
Магнитная индукция есть
вектор,
направление
которого
совпадает
с
направлением
нормали
контура с током, свободно
установившегося
во
внешнем магнитном поле.
11
CEE
12.
Вращающий моментНа контур с током, помещенный в магнитное поле с
индукцией В, действует вращающий момент
M pm B
Величина его
M pm B sin
При α = 90° момент М
максимален.
= Мmax
М
При α = 0° или α = 180° момент
= 0.
12
CEE
13.
Силовые линииСиловые
линии,
или
линии
магнитной индукции, — это такие
линии,
касательные
к
которым
направлены так же, как и вектор В в
данной точке поля.
Их направление определяют по
правилу буравчика.
13
CEE
14.
14CEE
15.
Силовые линииМагнитное поле
прямолинейного
проводника с током
15
CEE
16.
Магнитное полекругового витка с
током
Силовые линии
Поле кругового тока неоднородно.
16
CEE
17.
17CEE
18.
Силовые линииКартина магнитного поля
катушки с током (соленоида).
Поле,
магнитная
индукция
которого одинакова во всех
точках, называется однородным.
Магнитное поле внутри
соленоида является
однородным.
18
CEE
19.
19CEE
20.
Силовые линииЛинии магнитной индукции всегда
замкнуты.
Поля с замкнутыми силовыми
линиями называют вихревыми.
Магнитное поле – вихревое поле.
20
CEE
21.
Принцип суперпозицииПринцип суперпозиции
Вектор
магнитной
индукции
поля
системы токов в некоторой точке равен
геометрической
сумме
векторов
индукции полей каждого из токов в
отдельности:
n
B Bi
i 1
21
CEE
22.
Принцип суперпозицииЗадание
Изобразите графически
направление вектора магнитной
индукции двух круговых токов,
лежащих во взаимно
перпендикулярных плоскостях,
в точке О пересечения их осей.
I1
О
90°
I2
22
CEE
23.
РешениеОпределим по
правилу буравчика
направление
векторов магнитной
индукции полей,
созданных токами.
I1
О
90°
B2
B1
B
I2
23
24.
Idl ,Закон Ампера
Как установил Ампер, на элемент тока
помещенный в магнитное поле, действует сила.
dF I dl B
B
B
α
I
dF
dl
BII
Ее модуль
dF = I В dl sin α
или dF = I В dl.
Сила Ампера максимальна при sin α = 1, т.е. dFmax = I В dl
24
CEE
25.
dF I dl BdF = В I dl sin α
Закон Ампера
− закон Ампера
Направление
силы
Ампера
определяют по правилу левой
руки.
Если левую руку расположить так,
чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции
входила
в
ладонь,
а
четыре
вытянутых
пальца
показывали
направление тока, то отогнутый на
90°
большой
палец
покажет
направление силы Ампера.
25
CEE
26.
26CEE
27.
Пользуясь правилом левой руки,определите направления силы
Ампера в следующих случаях:
Задание
N
I
S
S
N
×
×
×
×
×
×
×
×
N
I
×
×
×
×
×
×
×
×
S
S
N
27
CEE
28.
РешениеN
FI
F
B
S
N
B
S
×
F×
×
×
S
N
B
I
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
B
F
N
S
F
28
CEE
29.
Сила ЛоренцаНа элемент тока Idl в магнитном поле с индукцией B
действует сила Ампера
[1]
dF I dl B
Появление этой силы связано с действием силы со стороны
магнитного поля на носители тока в проводнике. Покажем
это.
Пусть заряд носителя тока q, скорость его направленного
движения υ, концентрация n, тогда
dQ qdN qndV
dl
I
qnS qnS ,
dt
dt
dt
dt
[2]
где dQ = qdN — заряд в объеме проводника dV = Sdl;
ndV=dN — число носителей тока в проводнике длиной dl.
29
CEE
30.
Сила Лоренцаdl
направлен по току и совпадает со скоростью
положительных зарядов.
Cила действующая на один
заряд (сила Лоренца):
dF
FЛ
dN
Учитывая [1] и [2], получим:
dF qnS dl B qnS dl B
FЛ
q B
dN
ndV
nSdl
Ее модуль равен
[3]
FЛ q B sin
— угол между векторами υ и В.
30
CEE
31.
Сила ЛоренцаИз [3] следует:
Магнитное поле действует
только на движущиеся в нем
заряженные частицы.
При наличии электрического поля сила Лоренца равна
FЛ qE q B
— формула Лоренца
31
CEE
32.
Сила ЛоренцаНаправление силы Лоренца определяют по правилу левой руки
32
CEE