Магнитное поле

1.

Магнитное поле
Разработали:
Ст. пр. Кусенова А.С.
Доц. Тенчурина А.Р.

2.

План лекции:
1. Вектор магнитной индукции;
2. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету полей;
3. Закон полного тока;
4. Сила Ампера;
5. Сила Лоренца;
6. Магнитный поток. Теорема Гаусса;
7. Работа по перемещению проводника в магнитном поле;
8. Эффект Холла.
2

3.

Основоположники теории
электромагнетизма
Андре
Ампер
(1775-1836)
Майкл
Фарадей
(1791-1867)
Джеймс
Максвелл
(1831-1879)
Эмилий
Ленц
(1804-1865)

4.

Основные характеристики
магнитного поля
Опыты показали, что подобно
тому, как в пространстве, окружающем
неподвижные электрические заряды,
возникает электростатическое поле,
так и в пространстве, окружающем
токи и постоянные магниты, возникает
силовое поле, которое стало
называться магнитным.

5.

Линии магнитной индукции
Магнитное поле изображают с
помощью линий магнитной
индукции.
Линии магнитной индукции
это линии, касательные к
которым в каждой точке
совпадают
с
направлением
вектора В.
Направление линий магнитной
индукции
определяется
правилом правого винта
(или правилом буравчика).

6.

7.

Направление магнитного поля
За направление магнитного поля в данной точке
принимается направление, вдоль которого располагается
положительная нормаль к свободно подвешенной рамки с
током, или направление, совпадающее с направлением силы,
действующей на северный полюс (N) магнитной стрелки,
помещенный в данную точку поля.

8.

Рамка с током
При исследовании магнитного поля
пользуются замкнутым плоским
контуром с током (рамка с током),
линейные размеры которого малы по
сравнению с расстоянием до токов,
образующих
магнитное
поле.
Ориентация контура в пространстве
характеризуется
направлением
нормали к контуру.
Направление нормали задается правилом правого винта.

9.

Магнитный момент рамки с
током

10. Закон Био-Савара-Лапласа

dF1 = I2В1dl
(a = 90º, sina = 1)
10

11.

Вектор магнитной индукции

12.

Принцип суперпозиции

13.

Особенности магнитного поля:
• магнитное поле действует на движущиеся заряды;
• движущиеся заряды создают магнитное поле;
• магнитное поле НЕ действует на покоящиеся заряды.

14.

Макротоки и микротоки
Различают
макроскопические
токи
электрические токи, протекающие по проводникам в
электрических цепях и микроскопические токи,
обусловленных движением электронов в атомах и
молекулах.
Магнитное поле макротока описывается вектором
напряженности магнитного поля Н.
Результирующее магнитное поле, создаваемое
всеми макро- и микротоками характеризует вектор
магнитной индукции В.

15.

16.

Закон Био-Савара-Лапласа и его
применение к расчету полей.

17.

Магнитное поле прямого тока

18.

Магнитное поле в центре
кругового проводника с током
dl
R
dB , B

19.

Закон полного тока
(теорема о циркуляции вектора магнитной индукции В )

20.

Теорема о циркуляции вектора В
(закон полного тока) в вакууме
Из курса электростатики известно, что циркуляция вектора
электростатического поля всегда равна нулю, то есть такое
поле является потенциальным.
Циркуляция вектора магнитного поля не равна нулю. Такое
поле называется вихревым или соленоидальным.

21.

Магнитное поле движущегося
заряда

22.

Сила Ампера
Направление силы Ампера
определяется
по
правилу
левой руки: если ладонь левой
руки расположить так, чтобы в
нее входил вектор В, а четыре
вытянутых пальца расположить
по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой
палец покажет направление силы Ампера.

23.

Вращающий момент сил

24.

Сила Лоренца

25.

Направление силы Лоренца
Определяется
по
правилу левой руки:
если
ладонь
левой
руки расположить так,
чтобы в нее входил
вектор В, а четыре
вытянутых
пальца
расположить
по
направлению скорости
u движения частицы, то
отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца,
действующей на положительный заряд.
На отрицательный заряд сила действует в противоположном
направлении.

26.

Движение заряженных частиц в
магнитном поле
Вдоль линий магнитной индукции
движется равномерно и прямолинейно.
Перпендикулярно
вектору
магнитной
индукции частица
будет двигаться
по окружности.
Радиус
окружности:
Период вращения
частицы:
частица

27.

Движение заряженных частиц в
магнитном поле

28.

Движение заряженных частиц в
магнитном поле

29.

6. Магнитный поток. Теорема
Гаусса.
Поток вектора магнитной
индукции (магнитный поток)
сквозь площадку dS.

30.

31.

Теорема Гаусса для магнитного
поля в вакууме

32.

Работа по перемещению
проводника с током в
магнитном поле

33.

Эффект Холла
Эффектом Холла
называется возникновение в
металле (или полупроводнике)
с током плотностью j,
помещенном в магнитное поле
В, электрического поля в
направлении,
перпендикулярном В и j.
d – толщина пластинки,
n – концентрация электронов

34.

Магнитное поле соленоида
N –число витков, ℓ – длина соленоида

35.

Магнитное поле тороида
N – число витков

36.

Контрольные вопросы на СРС:
1. Используя закон Био-Савара-Лапласа, получите
выражение для индукции магнитного поля прямолинейного
проводника; в центре кругового витка.
2. Используя закон полного тока, получите выражения для
напряженности поля соленоида.
3. Как определяется направление силы Ампера? Силы
Лоренца?
4. Взаимодействие двух параллельных прямолинейных
проводников с током.
5. Параллельно проводу с током летит пучок электронов,
скорость которых по направлению совпадает с
направлением тока. Будет ли этот пучок притягиваться к
проводу или отталкиваться от него?

37.

Список основной литературы:
Савельев И.В. Курс общей физики. В 5 кн. – М. 2001 г.;
Савельев И.В. Курс физики в 3-х томах. – М. 1982-1989 г.;
Трофимова Т.И. Курс физики. – М. 2004 г.;
Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М. 1999 г.;
Сивухин Д.В. Общий курс физики в 5-и томах. – М. 19771986 г.;
Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для
втузов. – М. 2003г.;
Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу
физики. – С.-П. 2007г.;
Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу
физики. – М. 1988г.;
Чертов А., Воробьев А. Задачник по физике. – М. 1988 г.