Урок №2/32

Тема №16: «Магнитное поле. Вектор индукции магнитного поля. Магнитная проницаемость среды. Напряжённость магнитного поля. Магнитное поле прямолинейного тока, кругового тока и соленоида.»

1 Устный фронтальный опрос.

- Какие вещества называются полупроводниками? Приведите примеры полупроводников.

- Какова зависимость сопротивления полупроводника от температуры?

- Как зонная теория объясняет различие в проводимости проводников, полупроводников и диэлектриков?

- Объясните механизм собственной и примесной проводимости полупроводников.

- Что такое термистор? фоторезистор?

- Что такое р-n-переход? Каково его основное свойство?

- Как устроен и где применяется полупроводниковый диод?

2 Магнитное поле. Явления взаимного притяжения разноименных и отталкивания одноименных электрических зарядов во многом сходны с явлениями притяжения разноименных и отталкивания одноименных полюсов магнита. Однако установить связь между электрическими и магнитными явлениями не удавалось.    В 1820 г. датский физик Ханс Эрстед (1777—1851) обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается при пропускании электрического тока через проводник, находящийся около нее (рис. 177).

В том же году французский физик Андре Ампер (1775—1836) установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение при пропускании через них электрического тока в одном направлении и отталкиваются, если токи имеют противоположные направления (рис. 178).

Явление взаимодействия электрических токов Ампер назвал электродинамическим взаимодействием.    На основании своих опытов Ампер пришел к выводу, что взаимодействие тока с магнитом и магнитов между собой можно объяснить, если предположить, что внутри магнита существуют незатухающие молекулярные круговые токи (рис. 179).

Тогда все магнитные явления объясняются взаимодействием движущихся электрических зарядов, никаких особых магнитных зарядов в природе нет

Магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов согласно представлениям теории близкодействия объясняется следующим образом. Всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле. Магнитное поле непрерывно в пространстве и действует на другие движущиеся электрические заряды.

3 Магнитная индукция. Сила Ампера.

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера.    Экспериментальное изучение магнитного взаимодействия показывает, что модуль силы Ампера пропорционален длине L проводника с током и зависит от ориентации проводника в магнитном поле.

Для характеристики способности магнитного поля оказывать силовое действие на проводник с током вводится векторная величина — магнитная индукция:

B = F/IL (47)

Направление силы Ампера определяется с помощью « правила левой руки» (рис.180):

Если кисть левой руки расположить так, что 4 вытянутых пальца указывают направление тока в проводнике, а вектор магнитной индукции входит в ладонь, то отогнутый (в плоскости ладони) на 90⁰ большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника.

Единица индукции в этом случае определяется как индукция такого магнитного поля, в котором на 1 м проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется Тесла (Тл) в честь выдающегося югославского электротехника Николы Тесла (1856—1943).

. Формулу (47) можно использовать для определения модуля максимального значения силы Ампера, действующей на прямолинейный проводник с током в магнитном поле с индукцией :

F_max = BIL (48)

где L — длина проводника; I — сила тока.    Опыт показывает, что при расположении проводника с током под углом к вектору магнитной индукции для нахождения модуля силы Ампера следует применять выражение

F = BILsinα (49)

Сила Ампера может быть выражена через силы, действующие на отдельные носители заряда.  Пусть концентрация носителей свободного заряда в проводнике есть n, а q – заряд носителя. Тогда произведение nqυS, где υ – модуль скорости упорядоченного движения носителей по проводнику, а S – площадь поперечного сечения проводника, равно току, текущему по проводнику:

I = qnυS.

  Выражение для силы Ампера можно записать в виде:

F = BqnʋSLsinα

  Так как полное число N носителей свободного заряда в проводнике длиной Δl и сечением S равно nSΔl, то сила, действующая на одну заряженную частицу, равна

F_л = qʋBsinα (50)

  Эту силу называют силой Лоренца. Угол α в этом выражении равен углу между скоростью ʋ и вектором магнитной индукции B. Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу, так же, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки. Взаимное расположение векторов B, ʋ и Fл для положительно заряженной частицы показано на рис. 4.18.1.

1

Рисунок 4.18.1.

Сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам В и ʋ. При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется. Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость лежит в плоскости, перпендикулярной вектору В, то частица будет двигаться по окружности .

  Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы (рис. 4.18.2).

2

Рисунок 4.18.2. Круговое движение заряженной частицы в однородном магнитном поле.