Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

РЕФЕРАТИ

1. Винайдення гальванічних елементів

2. Потужність електричних машин

3. Види розрядів в газах

4. Електроліз і його застосування

5. Досліди Е. Рікке, Л. І. Мандельштама, М. Д. Папалексі, Г. Стюарта, Р. Томлена

6. Нанотехнології

7. Надпровідність

8. Застосування діодів

9. Застосування транзисторів

10. Інтегральні мікросхеми

11. Застосування термоелектричних явищ

12. Використання контакту метал-напівпровідник в електроніці

13. Винайдення лампочки

14. Застосування газових розрядів

ТЕМА 3. МАГНІТНЕ ПОЛЕ. ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ

3.1. МАГНІТНЕ ПОЛЕ І ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКИ. ЗАКОН АМПЕРА

План лекції

3.1.1. Магнітне поле і його характеристики

3.1.2. Для магнітного поля на електричний струм. Сила Ампера

3.1.3. Магнітне поле постійного електричного струму. Закон Біо – Савара – Лапласа

3.1.4. Взаємодія двох прямих струмів

3.1.1. МАГНІТНЕ ПОЛЕ І ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

Датський фізик Ерстед помітив, що магнітна стрілка, розміщена поблизу провідника з струмом, відхиляється від початкового стану. Дослідження показали, що стрілка повертається і намагається розміститися так, щоб її вісь була перпендикулярна до провідника (рис. 3.1). Із зміною напряму струму змінюється і напрям повертання магнітної стрілки.

Рис. 3.1. Дія провідника зі струмом на магнітну стрілку

Відкриття Ерстеда мало принципове значення в розвитку науки. Воно вказувало на існування суттєвих зв'язків між електричними і магнітними явищами, а також на існування вихрового магнітного моля і пондеромоторних сил, відмінних від центральних сил притягання й відштовхування.

Пізніші дослідження показали, що при заміні металевого провідника з струмом відповідним струмом в електролітичній або газорозрядній трубці останні проявляють на магнітну стрілку таку саму дію. А.Ф. Йоффе експериментальне показав, що таку саму дію мл магнітну стрілку спричинює електронний пучок, а О.О. Ейхенвальд встановив, що таку дію проявляє всяке рухоме заряджене тіло. Усі ці досліди стверджують, що навколо будь-якого електричного струму (рухомої зарядженої частинки) нерозривно існує магнітне поле, яке виявляється за впливом на магнітну стрілку.

Магнітне поле є вид матерії. Воно виявляється за дією на магнітну стрілку, провідник із струмом; воно намагнічує, деформує і змінює електричний опір тіл тощо.

Силовою характеристикою магнітного поля в кожній точці є вектор магнітної індукції . Напрям і величину вектора індукції визначають за дією магнітного поля на магнітну стрілку та провідник із струмом.

За напрям вектора магнітної індукції в заданій точці поля приймають напрям вектора сили, з якою поле діє на північний полюс нескінченно малої магнітної стрілки, розміщеної в цій точці. Звичайно для графічного зображення магнітного поля користуються лініями магнітної індукції.

Лініями магнітної індукції називають криві, дотичні, до яких у кожній точці збігаються з напрямом вектора в цих точках поля. Лінії магнітної індукції завжди замкнуті й охоплюють провідник із струмом. Для визначення напряму ліній магнітної індукції користуються правилом свердлика: якщо свердлик повертати так, щоб його поступальний рух збігався з напрямом струму І, то обертальний рух рукоятки покаже напрям ліній магнітної індукції (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Правило свердлика

3.1.2. ДІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ. СИЛА АМПЕРА

Якщо в магнітне поле внести провідник із струмом, то на нього діятиме сила (сила Ампера).

Експериментально Ампер встановив, що сила F_A, яка діє на прямолінійний провідник із струмом, що перебуває в однорідному магнітному полі, прямо пропорційна силі струму I, довжині провідника l, магнітній індукції В і синусові кута між напрямом струму і вектором В,тобто:

.(3.1.)

Коли магнітне поле неоднорідне, його можна розділити на області, в яких магнітне поле можна вважати однорідним, а елемент dl - прямолінійним. Тоді закон Ампера запишемо так:

.(3.2)

Напрям сили Ампера визначають за правилом лівої руки: якщо долоню лівої руки розмістити так, щоб лінії індукції В входили в долоню, а витягнуті пальці показували напрям струму І, то відхилений великий палець покаже напрям сили Ампера. З формули (3.2) можна встановити зміст і одиницю магнітної індукції В. Якщо

то:

,(3.3)

тобто магнітна індукція вимірюється силою, з якою магнітне поле діє на одиницю довжини провідника, по якому проходить одиничний струм. Отже, вектор є силовою характеристикою магнітного поля. Одиниця В у СІ дорівнює 1 Тл (тесла).

3.1.3. МАГНІТНЕ ПОЛЕ ПОСТІЙНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ. ЗАКОН БІО - САВАРА - ЛАПЛАСА

Нехай постійний електричний струм І проходить по провіднику довільної форми. Треба визначити величину і напрям вектора індукції В в якійсь точці А магнітного поля, пов'язаного з цим струмом (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Визначення величини і напряму вектора В

Це питання вивчали французькі вчені Ж. Біо і Ф. Савар. Вони встановили, що величина вектора магнітної індукції В пропорційна силі струму І; що залежність його від довжини провідника зі струмом може бути встановлена лише для елемента струму dl. Узагальнення привели П.Лапласа до закону:

, (3.4)

де r – модуль радіус-вектора, проведеного від елемента dl до точки А, -магнітна стала,

-магнітна проникність середовища, в якому локалізовано поле.

Крім магнітної індукції вводиться також друга векторна характеристика магнітного поля, яка називається напруженістю. Напруженість магнітного поля —векторна величина, яка не залежить від магнітних властивостей середовища і характеризує магнітне поле в кожній точці за пов'язаним з ним струмом і положенням точки:

. (3.5)

Вектори і збігаються за напрямом. Магнітне поле зображують графічно лініями магнітної індукції, або лініями напруженості, дотичні до яких у кожній точці збігаються з напрямом з векторами або .

3.1.4. ВЗАЄМОДІЯ ДВОХ ПРЯМИХ СТРУМІВ

Ампер експериментально встановив, що два прямі паралельні струми притягуються, а антипаралельні відштовхуються; непаралельні струми намагаються стати паралельними в одному напрямі. Це стосується і двох колових струмів. Сила взаємодії двох прямих паралельних струмів І₁ та І₂:

,(3.6)

де l - довжина провідників, R – відстань між ними.

Вивчення взаємодії двох прямих постійних паралельних струмів дало змогу встановити одиницю струму - ампер як одну з основних у СІ. Ампер (А) - сила постійного струму, який, проходячи по двох паралельних прямолінійних провідниках нескінченної довжини малого кругового перерізу, розміщених на відстані 1 м один від одного у вакуумі, утворює силу взаємодії між. ними, яка дорівнює ньютон на кожний метр довжини.З означення ампера і формули (3.6) знайдемо значення .

3.2. ДІЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО І МАГНІТНОГО ПОЛІВ НА РУХОМИЙ ЗАРЯД

План лекції

3.2.1. Дія магнітного поля на рухому заряджену частинку. Сила Лоренца

3.2.2. Рух електрона в однорідному магнітному полі

3.2.3. Ефект Холла

3.2.1. ДІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА РУХОМУ ЗАРЯДЖЕНУ ЧАСТИНКУ. СИЛА ЛОРЕНЦА

На рухому заряджену частинку в магнітному полі діє сила, яку називають силою Лоренца. Визначимо її.

Як відомо, на елемент струму в магнітному полі діє сила Ампера:

В ній силу розглядуваного струму можна задати через кількість заряджених частинок, які утворюють струм, і їх швидкість (див. 3.4, 3.6):

(3.7)

де q - заряд частинки; n - кількість частинок, що проходять через поперечний переріз провідника S за одиницю часу, n₀ - кількість рухомих заряджених частинок в одиниці об'єму; - середня швидкість їх зорієнтованого руху. Врахувавши вираз сили струму, дістанемо:

.(3.8)

Силу (3.7) дії на елемент струму можна розглядати як результуючу всіх сил, що діють на рухомі заряджені частинки в розглядуваному елементі, а саме:

Звідси сила, яка діє на окрему заряджену рухому частинку, дорівнюватиме:

.(3.9)

Якщо q> 0, то і формула (3.9) набере вигляду:

. (3.10)

для негативного заряду:

(3.11)

Напрям сили Лоренца визначають за правилом лівої руки: якщо долоню лівої руки розмістити так, щоб лінії індукції В входили в долоню, а витягнуті пальці показували напрям руху позитивно зарядженої частинки, то відхилений великий палець покаже напрям сили Лоренца (для негативно зарядженої частинки пальці спрямовують в напрямку протилежному їх руху).

Оскільки , то сила Лоренца не виконує роботи, а тільки змінює напрям руху частинок і за характером їхнього відхилення можна визначити знак заряду.

3.2.2. РУХ ЕЛЕКТРОНА В ОДНОРІДНОМУ МАГНІТНОМУ ПОЛІ

Нехай електрон влітає з швидкістю в однорідне магнітне поле, індукція якого Характер траєкторії руху електрона залежить від кута .

1. Якщо = 0, то = 0 і = 0. Електрон рухається за інерцією рівномірно і прямолінійно в напрямі якоїсь лінії магнітної індукції.

2. Якщо (поперечне магнітне поле), на електрон діє сила Лоренца:

. (3.12)

Оскільки , то сила Лоренца виконує роль доцентрової сили і доцентрове прискорення:

,(3.13)

де q і m - заряд i маса електрона. З механіки відомо, що:

.(3.14)

З формул (3.13) і (3.14) дістаємо:

.(3.15)

Отже, рух електрона в поперечному однорідному незмінному магнітному полі є коловим рухом у площині, перпендикулярній до вектора . Період обертання електрона не залежить від швидкості (якщо вона мала порівняно з швидкістю світла) і визначається так:

.(3.16)

Рис. 3.4. Розкладання вектора швидкості на дві складові

3. Якщо кут відмінний від 90° (рис. 3.4), то рух електрона в однорідному магнітному полі відбувається по гвинтовій лінії з кроком гвинта:

.(3.17)

Рис. 3.5. Траєкторія руху електрона в магнітному полі при

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ПОНЯТТЯ ПРО ПЛАЗМУ	\|	ЕФФЕКТ ХОЛЛА

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.007 сек.