13. Действие магнитного поля на движущиеся заряды. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.

Выражение для силы Ампера можно записать в виде:

F = qnSΔlυB sin α.

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

FЛ = qυB sin α.

Эту силу называют силой Лоренца. Угол α в этом выражении равен углу между скоростью и вектором магнитной индукции  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 , и для положительно заряженной частицы показано на рис. ниже.

С ила Лоренца направлена перпендикулярно векторам и

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 то частица будет двигаться по окружности радиуса

Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы (рис. 1.18.2).

Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен

Это выражение показывает, что для заряженных частиц заданной массы m период обращения не зависит от скорости υ и радиуса траектории R

На частицу с зарядом q, помещенную в электрическое поле с напряженностью действует сила

В однородном электрическом поле под действием этой силы частица движется по параболе, аналогично движению тела под действием силы тяжести вблизи поверхности Земли.

14. Контур с током в однородном и неоднородном магнитных полях. Магнитный момент контура с током.

При помещении контура с током во внешнее однородное магнитное поле на каждый элемент контура будет действовать сила Ампера. Если контур симметричный и плоский (кольцо, прямоугольник и т.д.), то силы Ампера, действующие на диаметрально противоположные участки контура, представляются "парой сил" и поворачивают контур так, что его плоскость устанавливается перпендикулярно вектору . Другими словами, на плоский симметричный контур со стороны однородного магнитного поля действует вращающий момент:

или

.

Контур будет поворачиваться до тех пор, пока момент М не станет равен нулю, а это возможно только при

,

т.е. плоскость контура перпендикулярна вектору .

Если внешнее поле неоднородное, то на виток с током действует не только вращающий момент, но и дополнительная сила, которая втягивает виток в область более сильного поля. Так, если градиент поля направлен вдоль оси х (т.к. ):

, то .

Опыт показывает, что магнитный поток Ф , связанный с контуром, прямо пропорционален силе тока в этом контуре:

Ф = L*I .

Индуктивность контура L - коэффициент пропорциональности между проходящим по контуру током и созданным им магнитным потоком.

Индуктивность проводника зависит от его формы, размеров и свойств окружающей среды.

Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в контуре при изменении магнитного потока, вызванном изменением тока, проходящего через сам контур.

Самоиндукция - частный случай электромагнитной индукции.

Явление самоиндукции аналогично явлению инерции. Индуктивность при изменении тока играет ту же роль, что и масса при изменении скорости тела. Аналогом скорости является сила тока.

Значит энергию магнитного поля тока можно считать величиной, подобной кинетической энергии тела :