Электромагнетизм. |
|||||||
Магнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами (или токами). |
|||||||
Источники магнитного потока: |
Способы обнаружения по действию на магнитное поле: |
||||||
-движущаяся заряженная частица - проводник с током -постоянный магнит -вихревое электрическое поле |
-магнитную стрелку -рамку с током
|
|
- ориентируются в пространстве |
||||
Вектор магнитной индукции [] - является силовой характеристикой магнитного поля |
|||||||
Направление: |
Модуль: В |
Единицы измерения: |
|||||
-правило буравчика |
B= B = |
[B] = 1Тл (тсла) =
|
|||||
Принцип суперпозиций полей: = 1 + 2 + 3 + …+ n |
М – момент силы |
|
|||||
Линии индукции магнитного поля - это непрерывные линии, касательные к которым в любой точке совпадают с вектором. |
|||||||
Графическая модель некоторых магнитных полей:
|
|
Свойства линий индукции: - всегда замкнуты -непрерывны -не пересекаются -гуще там, где магнитное поле сильнее -направлены от N от S -перпендикулярно полюсам
|
Сила Ампера FА - это сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, помещенный в данное магнитное поле.
Направление: А |
Модуль: FА |
Применение: |
Правило левой руки:
- входят в ладонь – четыре пальца А – большой палец |
(закон Ампера) FА = B I
|
1)Эл. измерительные приборы: А 2)Электродинамические громкоговорители 3)Электродвигатели
|
|
||
|
||
|
||
|
Сила Лоренца [Fл] - это сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу, находящуюся в данном магнитном поле. |
||
Направление: |
Модуль: Fл |
Применение: |
FЛ = q·υ·B·sinα
|
Генератор электрического тока Кинескопы Циклотроны Полярные сияния Магнитные бури |
|
Правило левой руки: - входят в ладонь + - по 4-м пальцам - - против 4-х пальцев - большой палец
|
Движение заряда в магнитном поле: ┴ Fл =maц qυB = m qBR = mυ
|
┴
|
Магнитный поток [Ф] - характеризует магнитное поле через поверхность, ограниченную плоским замкнутым контуром площадью «S»
Графическая модель: |
Формула: |
Единицы измерения: |
|||||||
Ф= Ф=BnS
|
[Ф] = 1Вб (вебер) = 1Тл1м²
|
||||||||
Явление электромагнитной индукции – возникновение электрического тока (индукционного) в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.
|
|||||||||
Закон электромагнитной индукции [ ] - Э.Д.С. индукции ( ) в контуре численно равна скорости изменения магнитного потока ( ) через контур. |
|||||||||
Графическая модель: |
Формула: |
Единицы измерения: |
|||||||
виток: = = катушка: = |
[] = 1В =
|
||||||||
Способы изменения магнитного потока: |
|||||||||
Ф
|
|||||||||
|
В |
S |
Поворот на α |
Вращение α=ωt |
|
||||
=
|
=
|
=
|
i=
|
Самоиндукция [] - явление возникновения Э.Д.С. самоиндукции () и индукционного тока (Ii) в той же цепи, где изменяется основной ток цеп (. |
||
Графическая модель: |
Формула: |
Единицы измерения: |
Л2 – позднее загорается Л2 – позднее гаснет |
Ф ~ В В ~ I
Ф = L·I ΔФ= L·ΔI
εis = - |
[] = 1В =
|
Индуктивность [- это физическая величина, характеризующая способность проводника создавать магнитный поток.
«L» |
||||
зависит |
равна |
|||
катушка: |
= = 1Гн (генри) =
|
|||
L = N – число витков S – площадь поперечного сечения - длина катушки - магнитная проницаемость сердечника - магнитная постоянная |
||||
Энергия магнитного поля. |
||||
Графическая модель: |
Формула: |
Единицы измерения: |
||
Wм.п.= |
[W] = 1Дж = 1Гн 1А2 |
|||
ЭДС индукции в движущихся проводниках. |
||||
ω
l |
|
|||
= U = B |
= |
= BSsin = BS |
Поступательно движущийся проводник. Вращение проводника. Вращение рамки. Амплитуда ЭДС.
Причины электромагнитной индукции (природа Э.Д.С. индукции) |
|||||
в неподвижном проводнике |
в движущемся проводнике |
||||
εi = |
εi = |
||||
Аэ - работа эл. вихревого поля |
Асm - работа сил Лоренца |
||||
|
|||||
Электростатическое поле: |
Вихревое электрическое поле: |
||||
1. Связано с электрическими зарядами. |
1. С зарядами не связано, вызывается изменениями МП. |
||||
2. Силовые линии поля разомкнуты. Потенциальное поле. |
2. Силовые линии поля замкнуты. Вихревое поле. |
||||
3. Источниками поля являются заряды. |
3. Источники поля указать нельзя. |
||||
4. Работа сил поля по премещению пробного заряда по замкнутомупути равна нулю. |
4. Работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути равна ЭДС индукции. |
||||
Правило Ленца - индукционный ток всегда принимает такое направление, что своим магнитным потоком препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего данный ток. |
|||||
Замкнутый проводник |
Прямолинейный проводник |
||||
|
- правило правой руки: |
||||
В |
|
||||
а) В > 0
|
б) В < 0
|
а) замыкание: I > 0
|
б) размыкание: < 0
|
- входят в ладонь - большой палец - 4 пальца руки
|
|
|
|
Обучающие задания.
1(А) На каком рисунке правильно изображена картина линий индукции магнитного поля длинного проводника с постоянным током, направленным перпендикулярно плоскости чертежа на нас?
Указание: применить правило буравчика или правило правой руки.
2(А) В каком направлении должен протекать ток в соленоиде,
чтобы наблюдалась такая
ориентация магнитной стрелки
в магнитном поле соленоида, как представлено на рис.?
1) от направления тока ориентация не зависит
2) вниз по виткам
3) вверх по виткам
4) это положение стрелки в принципе невозможно
Указание: по взаимодействию двух магнитов определить направление линий магнитной индукции магнитного поля соленоида, затем по правилу буравчика или правилу правой руки определить направление тока в соленоиде.
3(А) Прямолинейный проводник длиной 0,1 м, по которому течет электрический ток силой 3 А, находится в однородном магнитном поле индукцией 4 Тл и расположен под углом 60° к вектору магнитной индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля?
1) 1,6 Н 2) 1 Н 3) 1,4 Н 4) 2,4 Н
Указание: воспользоваться формулой для расчёта силы Ампера.
4(А) Проводник с током находится в магнитном поле. Сила Ампера, действующая на проводник
1) направлена влево
2) направлена вправо
3) направлена вверх
4) равна 0
Указание: применить правило левой руки.
5(А) Частица влетела в однородное магнитное поле со скоростью υ. При этом на нее начала действовать сила F. Если в ту же точку поля под тем же углом и та же частица влетит со скоростью, которая в 2 раза больше прежней, то сила, действующая на нее, будет равна:
1) F 2) 2F 3) 4F 4) F/2
Указание: воспользоваться формулой для расчёта силы Лоренца.
6(А) В магнитное поле влетает электрон и движется по дуге окружности (см. рис.). По какой из траекторий (1, 2, 3 или 4) будет двигаться протон, влетев в это поле с такой же скоростью?
1) 1 3) 3
2) 2 4) 4
Указание: применить правило левой руки.
7(А) В магнитном поле индукцией В = 4 Тл движется электрон со скоростью 107 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. Чему равен модуль силы F, действующей на электрон
со стороны магнитного поля? \
1) 0,4·10-12 Н 3) 0,4·10-26 Н
2) 6,4·10-12 Н 4) 6,4·10-26 Н
Указание: воспользоваться формулой для расчёта силы Лоренца.
8(А) На рисунке представлены два способа вращения рамки в однородном магнитном поле. Ток в рамке возникает …
1) в обоих случаях;
2) ни в одном из случаев;
3) только в первом случае;
4) только во втором случае.
Указание: определить в каком случае изменяется число линий магнитной индукции, пронизывающих рамку при её вращении.
9(А) Один раз кольцо падает на стоящий вертикально полосовой магнит так, что надевается на него, второй раз - так, что пролетает мимо него. Плоскость кольца в обоих случаях горизонтальна. Ток в кольце возникает …
1) в обоих случаях
2) ни в одном из случаев
3) только в первом случае
4) только во втором случае
Указание: определить в каком случае изменяется магнитный поток, пронизывающий кольцо.
10(А) Укажите устройство, в котором используется явление возникновения тока при движении проводника в магнитном поле.
1) Электромагнит
2) Электродвигатель
3) Электрогенератор
4) Амперметр
11(А) В однородном магнитном поле вокруг оси АС с одинаковой частотой вращаются две рамки. Отношение ℇI:ℇII
амплитудных значений
ЭДС индукции,
генерируемых в рамках
I и II, равно:
1) 1:4 3) 1:1
2) 1:2 4) 2:1
Указание: сравнить площади рамок.
12(А) Если сила тока в катушке индуктивностью 0,1 Гн изменяется с течением времени,
как показано на
графике, то в катушке
возникает ЭДС
самоиндукции, равная
по величине:
1) 1 В 2) 2 В 3) 10 В 4) 0,5 В
Указание: применить закон электромагнитной индукции (для случая самоиндукции), определив ΔI и Δt из графика.
13(А) На рисунке изображены два проводника, по которым текут токи равной величины. Какое направление имеет вектор В индукции магнитного поля в точке К, расположенной точно посередине между проводниками?
1) 1 3) 3
2) 2 4) В = 0
Указание: применив правило буравчика или правило правой руки, определить направление вектора индукции магнитного поля в точке К каждого проводника, а затем сложить их.
14(А) Ион массой m и зарядом +qe влетает в магнитное поле со скоростью υ перпендикулярно линиям индукции магнитного поля с индукцией В. Чему равен период вращения иона?
1) 3) qeυB
2) 4)
Указание: применить второй закон Ньютона для движения по окружности под действием силы Лоренца.
15(В) Рамку, площадь которой равна 1 м2, поместили в магнитное поле вдоль его силовых линий. Когда по рамке пропустили ток I = 3 А, на нее стал действовать момент сил М = 6 Н·м. Чему равен модуль индукции магнитного поля?
Указание: вспомнить формулы момента силы и силы Лоренца.
16(В) В магнитном поле с индукцией В = 2 мТл вращается с постоянной частотой стержень длиной L = 1 м. Ось вращения проходит через конец стержня и параллельна линиям индукции (рис). Стержень перпендикулярен вектору индукции магнитного поля В. При этом на концах стержня возникает разность потенциалов, равная ∆φ = 0,5 В. Чему равен период вращения в мс?
Указание: применить формулу ЭДС для вращения проводника в магнитном поле, связав частоту вращения с периодом.
17(С) На горизонтальных рельсах, расстояние между которыми l = 60 см, лежит стержень перпендикулярно им. Определить силу тока, который надо пропустить по стержню, чтобы он начал двигаться. Рельсы и стержень находятся в вертикальном однородном магнитном поле с индукцией В = 60 мТл. Масса стержня m=0,5 кг, коэффициент трения о рельсы µ=0,1.
18(С) Тонкий алюминиевый брусок прямого сечения, имеющий длину l = 0,5 м, соскальзывает из состояния покоя по гладкой наклонной плоскости из диэлектрика в вертикальном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Плоскость имеет угол наклона к горизонту под углом 30°. Найти ЭДС индукции на концах бруска, в момент, когда он пройдёт по наклонной плоскости расстояние L = 1,6 м.
l g В
L