41. Контрольные вопросы

1. Что такое удельный заряд электрона? Назвать единицу его измерения.

2. Что называется электростатическим полем? Каковы его характеристики?

3. Какая сила действует на электрон в электрическом поле, как она направлена?

4. Чему равна сила, действующая на заряд в магнитном поле? Как она направлена?

5. Объяснить физический смысл и назвать единицы измерения напряженности электрического поля и индукции магнитного поля.

6. Как выполняется лабораторная работа? Что нужно измерить и что вычислить?

7. Объяснить назначение основных элементов установки.

8. В каком поле движется электрон между катодом и сеткой; анодом и сеткой?

9. Как движется электрон в лампе (траектория и характер движения)? Какие силы действуют на электрон при его движении?

10. Существует ли электрическое поле между анодом и сеткой? Почему? С какой скоростью будет двигаться здесь электрон?

11. Что называется магнитным полем? Каковы его характеристики?

12. Как направлено магнитное поле соленоида относительно движения электрона? Как движется в нем электрон?

13. Изменяется ли скорость электрона при движении его в магнитном поле? Почему?

14. Когда ток в лампе станет равным нулю? Нужно ли добиваться этого? Почему?

15. От чего зависит радиус кривизны траектории электрона в поперечном магнитном поле?

16. Почему с возрастанием магнитного поля ток в лампе не мгновенно убывает до нуля?

17. Почему значение тока I находят, продолжая наиболее крутой участок графика?

18. Для чего строят график зависимости анодного тока от тока в соленоиде?

19. Каково условие исчезновения тока в электронной лампе под действием возрастающего магнитного поля?

20. Каково должно быть соотношение между радиусом траектории электрона и расстоянием от сетки до анода?

Работа 51. Экспериментальная проверка закона полного тока Цель работы

Экспериментально подтвердить справедливость закона полного тока.

1. Приборы и принадлежности:

1. Большая катушка

2. Амперметр

3. Баллистический гальванометр

4. Переключатель

5. Источник электрического тока

6. Малая катушка

42. Краткая теория

Как показывает опыт, в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электростатическое поле, а в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным.

Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся в нем электрические заряды. Отличительная особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды.

Так как магнитное поле является силовым, то его по аналогии с электрическим графически изображают с помощью линий магнитной индукции– линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции. Их направление определяется правилом правого винта: головка винта, ввинчиваемого по направлению тока, вращается в направлении линий магнитной индукции.

Физическое толкование магнитной индукции можно дать из закона Ампера:

.

Если угол между иравен, то. Тогда, откуда

.

Магнитная индукция Вчисленно равна силе, действующей со стороны магнитного поля на единицу длины проводника, по которому течет ток единичной силы и который расположен перпендикулярно к направлению поля.

характеризует силовое действие магнитного поля на движущийся электрические заряды (токи0 и является аналогом напряженности электрического поля, которая характеризует силовое действие электрического поля на заряд в данной точке поля.

Наряду с для описания магнитного поля в вакууме вводится величина, называемая напряженностью магнитного поля (аналог).

В случае однородной изотропной среды вектор магнитной индукции связан с вектором напряженности следующим соотношением:

,

где ₀– магнитная постоянная,– безразмерная величина – магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается за счет поля микротоков среды,.

Таким образом, если известна величина индукции магнитного поля , то легко может быть рассчитана величина напряженности магнитного поляи наоборот. Индукция магнитного поля в ряде случаев может быть рассчитана на основании закона Био-Савара-Лапласа. Однако иногда прямое использование этого закона не позволяет решить задачу. В таких случаях индукция магнитного поляможет быть определена с использованием закона полного тока.

Закон полного тока формулируется следующим образом:

Циркуляция вектора напряженности вдоль произвольного замкнутого контура равна алгебраической сумме токов, охватываемых этим контуром.

Математически запись закона полного тока имеет вид:

, (1)

где I_i – значение токов проводимости.

Рассмотрим магнитное поле бесконечно длинного прямолинейного проводника с током I. Линии напряженности магнитного поля этого тока – концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику с током (касательные к этим линиям параллельны).

Циркуляция вектора напряженностиэтого поля вдоль произвольной силовой линииl(окружности радиксаr) равна

.

Во всех точках окружности l

, ,

Следовательно .

Тогда

.

Таким образом

. (2)

Полученный результат верен для проводника с током любой геометрической формы при обходе по замкнутому контуру, охватывающему его.

Если магнитное поле создано системой токов I₁,I₂,…,I_n, то вектор напряженностибудет равен геометрической сумме напряженностейполей, создаваемых каждым током в отдельности.

Поэтому формулу (2) можно записать в общем виде:

. (3)

Если контур не охватывает провод с током, то

.

Каждый ток учитывается столько раз, сколько раз он охватывается контуром.

Положительным считается ток, направление которого связано с направлением обхода по контуру правилом правого винта, ток противоположного направления считается отрицательным.

Для экспериментальной проверки закона полного тока (1) поступим следующим образом. Выберем два произвольных контура. Пусть первый охватывает проводники с током, а второй не охватывает их. Разобьем контур на участки конечной длины l_i, определим на каждом участке экспериментальное значениеH_iи сосчитаем сумму

.

При обходе контура эта сумма должна равняться сумме токов , величина которых в опыте изменяется. Обход второго контура должен показать, что

.

Форма контуров может быть выбрана любой. Однако в том случае, когда контур прямоугольный, равенство

является наиболее точным. Поэтому в опыте рекомендуется использовать прямоугольный контур обхода.

Для экспериментального определения величины воспользуемся явлением электромагнитной индукции. Маленькую катушку размеры которойм, подсоединим к баллистическому гальванометру. Пусть в какой-нибудь точке пространства напряженность поля изменяется от нуля до некоторого значения. Это происходит в момент, когда подается питание на проводники электрического тока.

Изменение напряженности за время включения t равноН=Н. Катушка, замкнутая на гальванометр, располагается так, чтобы плоскость ее витков была перпендикулярна вектору. В этом случае

, (4)

где - составляющая вектора напряженности, совпадающая по направлению с вектором. В момент включения (или выключения) тока катушку пронизывает переменный магнитный поток. Его величина изменяется от нуля до, так что изменение магнитного потока равно.

Значение магнитного потока определяется так:

,

где S – площадь витка катушки. Таким образом, величина магнитного потока зависит от величины составляющей вектора напряженности, совпадающей по направлению с элементом контураl.

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции определяется так:

. (5)

В соответствии с законом Ома для замкнутой цепи сила тока, проходящего через гальванометр, равна

, (6)

где R– сопротивление малой катушки;r– внутреннее сопротивление гальванометра.

Отсюда

, (7)

где - величина заряда, прошедшего через гальванометр за время.

Подставим ЭДС из (7) в формулу (5). Тогда

,

или, так как , то

. (8)

Величина отклонения светового пятна гальванометра пропорциональна заряду:

  q. (9)

Используя соотношения (8) и (9), можно записать

,

где К – коэффициент пропорциональности.