Учебники 80226

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

Кафедра физики

МАГНЕТИЗМ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по дисциплине «Физика»

для студентов всех технических направлений и специальностей очной формы обучения

Воронеж 2019

УДК 53(07) ББК 22.3я7

Составители:

канд. физ.-мат. наук Н. В. Агапитова, д-р физ.-мат. наук А. В. Бугаков

Магнетизм: методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Физика» для студентов всех технических направлений и специальностей очной формы обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост.: Н. В. Агапитова, А. В. Бугаков. – Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2019. − 42 с.

В работе содержатся основные теоретические положения электромагнетизма, примеры решения типовых задач с подробными пояснениями и задачи для самостоятельного решения. Методические указания помогут активизировать самостоятельную работу студентов по данной фундаментальной теме курса общей физики.

Предназначены для студентов всех технических направлений и специальностей очной формы обучения.

Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле Магнетизм1.pdf.

Ил. 20. Библиогр.: 5 назв.

УДК 53(07) ББК 22.3я7

Рецензент – Е. В. Шведов, д-р физ.-мат. наук, профессор

Издается по решению учебно-методического совета Воронежского государственного технического университета

2

ВВЕДЕНИЕ

Электромагнетизм – один из фундаментальных разделов курса общей физики, имеющих большое значение для успешного усвоения последующих разделов физики, а также различных технических дисциплин.

В то же время – это одна из наиболее трудных для усвоения студентами тем. Решение задач является важным этапом в процессе обучения студентов. Часто встречается ситуация, когда студент, зная теорию, не умеет её применять на практике. Решение задач требует не только знания физических законов, но и серьёзного методического подхода.

Наличие предлагаемых методических материалов по данной тематике позволит студенту в процессе индивидуальной работы справиться с решением необходимого минимума задач, предусмотренного рабочей программой по физике. Методические указания содержат основные теоретические сведения по электромагнетизму, используемые в процессе решения задач, примеры решения типовых задач с подробными пояснениями и набор задач с ответами для самостоятельного решения, подобранных в соответствии с приведёнными примерами, для закрепления полученных навыков, а также вариантов контрольных заданий. Методические указания предназначены для студентов всех специальностей дневной формы обучения. Надеемся, что они помогу студентам в работе по изучению данного раздела курса общей физики.

3

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

1.ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ

Механический момент, действующий на контур с

где S – площадь контура с током;

n – единичный вектор нормали к поверхности контура; I – сила тока.

Принцип суперпозиции (наложения) магнитных полей

Bi ,

где B – магнитная индукция результирующего поля;

Bi – магнитная индукция складываемых полей.

Закон Био-Савара-Лапласа

совпадающий по направлению с током (элемент проводника); I – сила тока;

r – радиус-вектор, проведённый от элемента проводника

к точке, в которой определяется магнитная индукция.

Модуль вектора dB выражается формулой

4

Магнитная индукция поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током,

B 0 I , 2R

где r – расстояние от оси проводника.

Магнитная индукция в центре кругового проводника с током

B 0 I , 2R

где R – радиус кривизны проводника.

Магнитная индукция поля, создаваемого отрезком проводника (рис. 1.1, a),

B 0 I (cos 1 cos 2 ) . 4 r0

При симметричном расположении концов проводника относительно точки, в которой определяется магнитная индукция (рис. 1.1, б),

5

i 1

контуром;

n – число токов.

Магнитная индукция поля, создаваемого соленоидом

всредней его части (или тороида на его оси),

B 0 I n ,

где n – число витков, приходящихся на единицу длины соленоида;

I – сила тока в одном витке.

Намагниченность магнетика

Теорема о циркуляции вектора H

6

где 0 – магнитная постоянная;

– магнитная проницаемость среды; или в вакууме

0 H .

Связь между магнитной индукцией B поля в ферромагнетике и напряжённостью H намагничивающего поля графически (рис. 1.2)

магнитном поле со скоростью V .

Формула Лоренца

7

произвольную поверхность S

Ф Bn ds,

s

где интегрирование производится по всей области S.

Работа по перемещению замкнутого контура с током в

магнитном поле

A I Ф ,

где Ф – изменение магнитного потока, сцеплённого с контуром;

I – сила тока в контуре.

Закон Фарадея для явления электромагнитной индукции

i N ddtФ ddt ,

где i – электродвижущая сила индукции;

8

N – число витков контура;

– потокосцепление.

Электродвижущая сила самоиндукции is ,

возникающая в замкнутом контуре при изменении силы тока в нём,

is L dIdt , или i L It ,

где L – индуктивность контура.Индуктивность соленоида

L 0 n2lS ,

где N – число витков соленоида; l – его длина.

Сила тока при размыкании и замыкании цепи

9

2. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 2.1. Два параллельных бесконечно длинных провода, по которым текут в одном направлении токи I = 60А, расположены на расстоянии d = 10 см друг от друга.

Определите магнитную индукцию B в точке, отстоящей от одного проводника на расстоянии r1 = 5 см и от другого — на расстоянии r2 = 12 см.

10