5. Электромагниты

Обобщим выводы из проделанных экспериментов. На движущийся в магнитном поле заряд (q) со стороны магнитного поля действует сила (F), направление которой зависит от взаимного направления вектора скорости движения ( ) заряда и вектора магнитной индукции поля (В). Величина силы пропорциональна скорости движения заряда и модулю магнитной индукции. Направление силы определяется по правилу «Левой руки» (рис. 4).

 (1.7)

Таким образом, полученное ранее выражение для силы, описывает взаимодействие магнитного поля с движущимся в этом поле электрическим зарядом. Открытие силы действия магнитного поля на движущийся в нём заряд стало возможным только благодаря улучшению представлений о строении вещества, электрическом токе в металлах, движении заряженных частиц. И огромную роль во всех этих задачах сыграл Лоренц, поэтому открытая сила и получила название – сила Лоренца.

6. Выводы

1. Вектор силы Лоренца перпендикулярен вектору скорости

  (1.8)

 (1.9)

   (1.10)

2. Если сила перпендикулярна вектору скорости, то такая сила называется центростремительной. И тогда под её действием – тело движется по окружности. Следовательно, сила Лоренца – центростремительная сила:

  (1.11)

3. Из-за того, что под действием силы Лоренца заряд движется по дуге окружности, следовательно, он обладает центростремительным ускорением. Центростремительное ускорение может быть рассчитано как квадрат скорости движения, делённый на радиус окружности, который описывает тело:

  (1.12)

4. Так, согласно второму закону Ньютона сила может быть определена как произведение массы тела на приобретаемое им ускорение:

  (1.13)

После подстановки уравнения 1.12 в 1.13 получим:

    (1.14)

После сокращения скорости получим следующие соотношения:

 (1.15)

  (1.16)

   (1.17.)

 Домашнее задание

1. В рабочей тетради законспектировать лекцию.

2. Записать основную формулу 1.7.

3. Переписать вывод формулы для нахождения радикса кривизны траектории заряженной частицы 1.17.

4. Т.Н.Засекина, Д.А.Засекин Е.В. Физика. 11класс, «Сиция», 2011.Читать параграф 25 (с.110-113);

5. Упражнение 15 (задача 1,2) решить (с.114).

6. Решить задачи.

3.1. Какая сила действует на протон, который движется со скоростью 2 ∙ 10⁶ м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл? Протон движется под углом 60° по отношению к линиям магнитной индукции поля.

3.2. На рисунках 7 и 8 схематически показаны разные случаи взаимодействия заряжённой частицы, которая движется, и магнитного поля. Сформулируйте задачу в каждом случае и решите её.

Рис. 7

Рис. 8

Хочешь знать больше, прочти! Применение сил Ампера и Лоренца в науке и технике. Амперметр, телеграф, электромагниты, масс-анализаторы

1. Введение

Для науки представляют огромную ценность полученные знания, которые в последствие могут найти своё практическое применение. Новые открытия не только расширяют исследовательские горизонты, но и ставят новые вопросы, проблемы.

2. Взаимодействие проводников с током

Основные открытия Ампера в области электромагнетизма:

1. Взаимодействия проводников с током

Два параллельных проводника с токами притягиваются друг к другу, если токи в них сонаправлены и отталкиваются, если токи в них противонаправлены.

Закон Ампера гласит:

Сила взаимодействия двух параллельных проводников пропорциональна произведению величин токов в проводниках, пропорциональна длине этих проводников и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

  (1.1.)

F – сила взаимодействия двух параллельных проводников,

I₁, I₂ – величины токов в проводниках,

∆ℓ − длина проводников,

r – расстояние между проводниками.

Открытие этого закона позволило ввести в единицы измерения величину силы тока, которой до того времени не существовало. Так, если исходить из определения силы тока как отношения количества заряда перенесённого через поперечное сечение проводника в единицу времени, то мы получим принципиально не измеряемую величину, а, именно, количество заряда, переносимое через поперечное сечение проводника. На основании этого определения не сможем ввести единицу измерения силы тока. Закон Ампера позволяет установить связь между величинами сил тока в проводниках и величинами, которые можно измерить опытным путём: механической силой и расстоянием. Таким образом, получена возможность ввести в рассмотрение единицу силы тока – 1 А (1 ампер).

Ток в один ампер – это такой ток, при котором два однородных параллельных проводника, расположенные в вакууме на расстоянии один метр друг от друга взаимодействуют с силой 2∙10^-7 Ньютона.

Закон взаимодействия токов – два находящихся в вакууме параллельных проводника, диаметры которых много меньше расстояний между ними, взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению токов в этих проводниках и обратно пропорциональной расстоянию между ними.