- •Электромагнетизм
- •Законы постоянного тока
- •Магнитное поле в вакууме
- •Законы постоянного тока. (Задачи № 1 — 25) Задача 1
- •Задача 2
- •Задача 3
- •Задача 4
- •Задача 5
- •3. Сила Ампера. Работа тока в магнитном поле. (Задачи №51 —75)
- •Задача 6
- •Задача 7
- •Задача 8
- •4. Сила Лоренца. Движение частиц в магнитном и электрическом полях. (Задачи № 75 —100)
- •Задача 9
- •Задача 10
- •5. Дополнительные задачи
- •Задачи для самостоятельного решения Законы постоянного тока
- •Индукция магнитного поля
- •Сила Ампера. Работа тока в магнитном поле
- •Сила Лоренца. Движение частиц в магнитном и электрическом полях
- •Дополнительные задачи
- •Справочные материалы
- •1. Некоторые универсальные физические постоянные
- •2. Приставки для обозначения кратных и дольных единиц
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
Электромагнетизм
методические указания к самостоятельной работе
по физике (раздел «Электричество и магнетизм»)
Ростов-на-Дону 2012
Составители;
кандидат физико-математических наук, доцент Н.В. Дорохова,
кандидат физико-математических наук, доцент В.П.Сафронов,
кандидат физико-математических наук, доцент В.В.Шегай
УДК 537.8
ЭЛЕКТЮМАГНЕТИЗМ: Метод, указания
к типовому расчету по физике ДГТУ
ГОУ, Ростов н/Д, 2012. — 27 с.
Приведены рекомендации к выполнению типового расчета по второй части курса общей физики, включающего задачи по теме: постоянный ток, магнитное поле токов.
Дается необходимый теоретический и справочный материал, примеры решения задач и варианты заданий.
Предназначены для студентов технических специальностей всех форм обучения,
Рецензент кандидат физико-математических наук, доцент
Э.Н. Кленов
Научный редактор кандидат физико-математических наук, доцент
В.В.Шегай
© Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Донской государственный технический университет
СОДЕРЖАНИЕ
Краткие теоретические сведения |
3 |
Примеры решения задач |
6 |
Задачи для самостоятельного решения |
13 |
Варианты типовых заданий (контрольных работ) |
25 |
Справочные сведения |
27 |
Литература |
27 |
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Законы постоянного тока
1.Сила тока:
где q — заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за время t.
2.Закон Ома для участка цепи:
где U — напряжение; R — сопротивление участка цепи.
3/Закон Ома для замкнутой цепи:
где ε — ЭДС источника; R,r — сопротивление внешнего и внутреннего участков цепи; 4.Сопротивление проводника:
где l, S — длина и площадь поперечного сечения проводника; ρ — удельное сопротивление материала. 5.Последовательное соединение проводников.
,
,
.
6.Параллельное соединение проводников.
,
,
.
7.Работа тока A за время t и мощность P:
A=I2Rt=IUt= ; P=I2R=IU=.
8.Коэффициент полезного действия (КПД) источника тока:
Магнитное поле в вакууме
1. Закон Био - Савара – Лапласа: магнитная индукции dB, создаваемая элементом тока I dв точке с радиусом-вектором
где α— угол между d и . — магнитная постоянная.
Направление вектора магнитной индукции определяется правилом правого буравчика: если поступательное движение правого буравчика совпадает с направлением тока, то траектория движения концов его рукоятки совпадает с силовыми линиями магнитного поля.
2.Магнитная индукция прямого бесконечного проводника с током:
где R — расстояние от проводника до точки наблюдения.
3.Магнитная индукция поля, создаваемого контуром с током:
4.Магнитная индукция в центре кругового тока:
,
где R — радиус кругового витка. Вектор направлен вдоль оси витка.
5.Магнитная индукция на оси кругового тока радиусом R на расстоянии h от центра контура:
.
6.Магнитная индукция длинного соленоида:
B = μ0· n· I,,
где n — число витков на единицу длины соленоида. Вектор направлен вдоль оси соленоида.
7.Принцип линейной суперпозиции. Магнитная индукция поля, создаваемого одновременно n проводниками с током равна векторной сумме магнитных индукций полей, создаваемых каждым проводником в отдельности:
i=1,2,…n.
8.Закон Ампера. На элемент тока Idl со стороны магнитного поля с индукцией В действует сила (сила Ампера)::
dF = I∙ dl∙ B sinα,
где α — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.
Направление силы Ампера определяется правилом левой руки: если четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока так, чтобы вектор магнитной индукция входил в ладонь, то отогнутый большой палец укажет направление силы Ампера.
Для прямого проводника длиной l величина силы Ампера:
F = I l B sinα.
9.Сила взаимодействия двух параллельных бесконечно длинных проводников с токами I1, I2:
,
где l — длина рассматриваемого участка проводника; R — расстояние между проводниками. Если токи в проводниках текут в одном направлении, то проводники притягиваются друг к другу, а если в противоположных — то отталкиваются.
10.Вращающий момент, действующий на контур с током в магнитном поле:
M=ISBsinα
где S — площадь контура; α — угол между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности, охватываемой контуром.
11.Сила Лоренца действует на частицу с зарядом q, движущуюся со скоростью в магнитном поле с индукцией:
F = qBsinα,
где α — угол между направлением скорости и вектором магнитной индукции.
Направление силы Лоренца для положительных частиц определяется правилом левой руки: если четыре вытянутых пальца расположить по направлению движения частицы так, чтобы вектор магнитной индукция входил в ладонь, то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца. Для отрицательно заряженных частиц направление стлы Лоренца нужно поменять на противоположное..
12. Элементарный магнитный поток dФ через элемент поверхности dS определяется формулой:
dФ = BdS cosα,
где α — угол между единичным вектором нормали к поверхности, охватываемой контуром, и вектором магнитной индукции .
13.Полный магнитный поток через поверхность S:
.
Для однородного магнитного поля магнитный поток, проходящий через плоский контур с площадью S:
Ф = BS cosα.
14.Механическая работа, совершаемая при перемещении контура с током в магнитном поле:
A =
При конечном изменении потока и постоянном токе I:
A=I(Ф2-Ф1).
где Ф1 — магнитный поток в начальном положении контура; Ф2 — в конечном положении.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ