Экзаменационные вопросы по курсу «Физика 2»

1. Магнитное поле. Магнитный момент контура. Вектор магнитной индукции.

Вокруг проводников с током возникает силовое поле, которое назвали магнитным. Магни́тный моме́нт— основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Для плоского контура с током

, (1.2)

где – единичный вектор нормали к поверхности рамки.

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции. (Тл) Направление линий индукции может быть определенно с помощью правила правого винта. Линии индукции всегда замкнуты и охватывают проводник с током. Поля, силовые линии которых замкнуты, называются вихревыми. Магнитное поле – поле вихревое. Напряжённость магнитного поля H. Для среды однородной и изотропной связь между и H дается соотношением

,

2. Закон Био–Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей.

Определение индукции поля, создаваемого элементом тока длиной dl

Модуль вектора определяется выражением: ,

Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции: вектор магнитной индукции результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равен векторной сумме магнитных индукций полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом в отдельности:

3. Закон Био–Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитного поля в центре кругового проводника с током.

Все элементы кругового проводника с током создают в центре магнитное поле одинакового направления — вдоль нормали от витка. Поэтому сложе­ние векторов dB можно заменить сложени­ем их модулей.

Магнитная индукция поля в центре кругового проводника с током

4. Закон Био–Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитного поля прямого тока.

В произвольной точке А, удаленной от оси проводника на расстояние R, векторы dB от всех элементов тока имеют одина­ковое направление, перпендикулярное плоскости чертежа. Поэтому сложение векторов dB можно заменить сложением их модулей

 магнитная индукция поля прямого тока

5. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.

Величина силы, действующей на элемент проводника с током, помещенного в магнитное поле, дается законом, установленным Ампером. Математическая запись закона имеет вид: , Сила Ампера всегда перпендикулярна плоскости, в которой лежат векторы и . Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки. Модуль силы Ампера выражается формулой:

где  – угол между векторами и . Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с постоянными токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположном — отталкиваются.

6. Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в магнитном поле.

На заряды, движущиеся в магнитном поле, действует сила, которую называют силой Лоренца. Эта сила определяется величиной заряда q, скоростью его движения и магнитной индукцией в той точке, где находится заряд в данный момент:

. Модуль силы Лоренца: , где  – угол между v и .

Направление силы Лоренца, действующей на положительный заряд, может быть определено с помощью правила левой руки. На отрицательный заряд сила действует в противоположном направлении. Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости движения заряженной частицы, поэтому она изменяет только направление этой скорости, не меняя ее модуля. Следовательно, сила Лоренца работы не совершает.

Если частица движется в магнитном поле со скоростью v вдоль линий магнитной индукции, то сила Лоренца равна нулю (угол α между векторами v и равен 0 или π), т.е. магнитное поле на частицу не действует, и она движется равномерно и прямолинейно. Если же скорость v перпендикулярна , то сила Лоренца постоянна по модулю и нормальна к траектории частицы и создает центростремительное ускорение (согласно второму закону Ньютона).