Самостійне вивчення теми №1 з навчальної дисципліни фізика.

Тема: Характеристика магнітного поля. Закон Біо-Савара Лапласа.

Мета: Вивчення характеристики магнітного поля, закон Біо-Савара Лапласа.

Знати: Застосування магнітного поля, та закон Біо-Савара Лапласа.

Вміти: Застосовувати закон Біо-Савара Лапласа, та знати що таке магнітне поле.

Навчальні питання

1. Закон Біо-Савара-Лапласа.

2. Магнітне поле навколо прямолінійного провідника.

3. Магнітне поле навколо контура довільної форми

4. Магні́тне по́ле

Методичні рекомендації

По перше треба знати закон Лапласа.

По друге треба знати як діє магнітне поле.

По третє треба знати функції магнітного поля .

Відповіді на питання.

1.Закон Біо-Савара-Лапласа — закон, який визначає магнітну індукцію навколо провідника, в якому протікає електричний струм. Початково Жан-Батіст Біо і Фелікс Савар на підставі своїх експериментів сформулювали закон, що визначав напруженість магнітного поля навколо прямолінійного дуже довгого провідника зі струмом. Цей закон називають законом Біо-Савара. П'єр-Симон Лаплас узагальнив результати Біо та Савара, сформулювавши закон, який визначав напруженіть магнітного поля в будь-які точці навколо контура зі струмом довільної форми. Хоча історично закон був сформульваний для напруженості магнітного поля, в сучасному формулюванні викоритовується магнітна індукція.

Магнітне поле навколо прямолінійного провідника

2. Магнітне поле навколо прямолінійного провідника

За законом Біо-Савара де B — магнітна індукція в точці М на відстані r від прямолінійного провідника із струмом I (мал. 1); k — коефіцієнт пропорційності, величина і розмірність якого залежать від вибору системи одиниць, r — радіус-вектор.

У СІ де μ0 - магнітна стала.

Магнітне поле навколо контура довільної форми

3. Закон Біо-Савара експериментально відкрили 1820 Жан-Батіст Біо і Фелікс Савар. Цей закон є частковим випадком більш загального закону Біо-Савара-Лапласа, сформульованого П'єром-Симоном Лапласом 1820 на підставі матеріалів з численних дослідів Біо і Савара.

За цим законом величина магнітної індукції в точці М на відстані r від елемента М провідника довільної форми визначається формулою:

де α — кут між напрямом струму I і напрямом радіуса-вектора r (мал. 2). Повна магнітна індукція B, створена струмом у провіднику довільної форми і скінченної довжини, дорівнює геометричній сумі елементарних індукцій. У векторній формі це записується як:

Наприклад, інтегруванням одержують формули для магнітної індукції навколо нескінченно довгого прямолінійного провідника зі струмом, наведену вище. Аналогічно можна отримати формулу Біо—Савара для магнітного поля в центрі колового струму

Магні́тне по́ле

4. Магні́тне по́ле — складова електромагнітного поля, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Магнітне поле - складова електромагнітного поля, яка створюється змінним у часі електричним полем, рухомими електричними зарядами або спінами заряджених частинок. Магнітне поле спричиняє силову дію на рухомі електричні заряди. Нерухомі електричні заряди з магнітним полем не взаємодіють, але елементарні частинки з ненульовим спіном, які мають власний магнітний момент, є джерелом магнітного поля і магнітне поле спричиняє на них силову дію, навіть якщо вони перебувають у стані спокою.

Магнітне поле утворюється, наприклад, у просторі довкола провідника, по якому тече струм або довкола постійного магніту.

Магнітне поле є векторним полем, тобто з кожною точкою простору пов'язаний вектор магнітної індукції який характеризує величину і напрям магнітого поля у цій точці і може мінятися з плином часу. Поряд з вектором електромагнітної індукції , магнітне поле також описується вектором напруженості .

У вакуумі ці вектори пропорційні між собою: , де k - константа, що залежить від вибору системи одиниць. В системі СІ, k = μ0 - так званій магнітній проникності вакууму. Деякі системи одиниць, наприклад СГСГ, побудовані так, щоб вектори індукції та напруженості магнітного поля тотожно дорівнювали один одному: .

Однак у середовищі ці вектори є різними: вектор напруженості описує лише магнітне поле створене рухомими зарядами (струмами) ігноруючи поле створене середовищем, тоді як вектор індукції враховує ще й вплив середовища: де - вектор намагніченості середовища.

Література

1. І.М.Кучерук, І.Т.Горбачук, П.П.Луцик Загальний курс фізики: Навчальний посібник у 3-х т. Т.2. Електрика і магнетизм. — Київ : Техніка, 2006.

2. Українська радянська енциклопедія. У 12-ти томах. / За ред. М. Бажана. — 2-ге вид. — К., 1974—1985.

3. Фріш С. Е., Тіморєва А. В. Курс загальної фізики, т. 2. К., 1953.

Висновок.

На цьому самостійному вивченні ми розглянули закон Лапласа та магнітне поле, вивчили дію магнітного поля, та формули Лапласа.

Самостійне вивчення теми №2 з навчальної дисципліни фізика.

Тема: Магнітні силові лінії.

Мета: Вивчення характеристики силових ліній.

Знати: Застосування магнітних силових ліній.

Вміти: Знати застосування силових ліній.

Навчальні питання

1. Магнітні силові лінії.

2. Дія магнітного поля.

3. Енергія магнітного поля.

4. Термодинаміка.

Методичні рекомендації

По перше треба знати що таке магнітні силові лінії.

По друге треба знати дію магнітних ліній.

По третє треба знати функції магнітних ліній.

Відповіді на питання.

Магнітні силові лінії

1. электрического и магнитного полей, линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением напряжённости электрического или соответственно магнитного поля; качественно характеризуют распределение электромагнитного поля в пространстве. Силовые линии — только наглядный способ изображения силовых полей.

СИЛОВЫ́Е ЛИ́НИИ, линии, проведенные в каком-либо силовом поле (см. СИЛОВОЕ ПОЛЕ) (электрическом, магнитном, гравитационном), касательные к которым в каждой точке поля совпадают по направлению с вектором, характеризующим данное поле (вектор напряженности (см. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ) электрического или гравитационного полей, вектор магнитной индукции (см. МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ)). Силовые линии — только наглядный способ изображения силовых полей. Впервые понятие «силовые линии» для электрических и магнитных полей ввел М.Фарадей (см. ФАРАДЕЙ Майкл).

Так как напряженности полей и магнитная индукция — однозначные функции точки, то через каждую точку пространства может проходить только одна силовая линия. Густота силовых линий обычно выбирается так, чтобы число силовых линий, пересекающих единичную площадку, перпендикулярную к силовым линиям, было пропорционально напряженности поля (или магнитной индукции) на этой площадке.

Дія магнітного поля на рухомі заряди визначається силою Лоренца.

2. Сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі називається силою Ампера. Сили взаємодії провідників зі струмом визначаються законом Ампера.

Нейтральні речовини без електричного струму можуть втягуватися в магнітне поле (парамагнетики) або виштовхуватися з нього (діамагнетики). Виштовхування діамагнетиків з магнітного поля можна використати для левітації.

Феромагнетики намагнічуються в магнітому полі й зберігають магнітний момент при знятті прикладеного поля.

Енергія магнітного поля

3. Енергія магнітного поля в просторі задається формулою Відповідно, густина енергії магнітного поля дорівнює

Енергія магнітного поля провідника зі струмом дорівнює:

де I - сила струму, а L - індуктивність, що залежить від форми провідника.

Термодинаміка.

4. В зовнішньому магнітному полі, яке задається вектором магнітної індукції змінюються значення термодинамічних потенціалів термодинамічних систем. Так, наприклад, приріст внутрішньої енергії одиничного об'єму термодинамічної системи при зміні величини індукції магнітного поля на дорівнює

де S - ентропія, T - температура.

Відповідно, для вільної енергії

Таким чином, напруженість магнітного поля в термодинамічній системі визначається через часткову похідну від вільної енергії при сталій температурі

Література.

1. І.М.Кучерук, І.Т.Горбачук, П.П.Луцик Загальний курс фізики: Навчальний посібник у 3-х т. 2. Т.2. Електрика і магнетизм. — Київ : Техніка, 2006.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. т III. Электричество. — Москва : Наука, 1977.

Висновок.

На цьому самостійному вивченні ми розглянули магнітні силові лінії, та їх дію, енергію магнітного поля, та термодинаміку.

Самостійне вивчення теми №3 з навчальної дисципліни фізика.

Тема: Робота з переміщенням провідника зі струмом магнітному полі.

Мета: Вивчення переміщення провідника зі струмом магнітному полі.

Знати: Застосування провідника зі струмом магнітному полі.

Вміти: Знати застосування провідника зі струмом магнітному полі.

Навчальні питання

1. Робота з переміщенням провідника зі струмом магнітному полі.

2. Дія магнітного поля на провідник зі струмом.

3. Магнітний потік.

Методичні рекомендації

По перше треба знати дію магнітного поля на провідник зі струмом.

По друге треба знати магнітний потік.

По третє треба знати роботу з переміщенням провідника.

Відповіді на питання.

Робота з переміщенням провідника зі струмом магнітному полі.

1. На проводник с током в магнитном поле действуют силы, которые определяются с помощью закона Ампера. Если проводник не закреплен (например, одна из сторон контура сделана в виде подвижной перемычки, рис. 1), то под действием силы Ампера он в магнитном поле будет перемещаться. Значит, магнитное поле совершает работу по перемещению проводника с током.

Для вычисления этой работы рассмотрим проводник длиной l с током I (он может свободно двигаться), который помещен в однородное внешнее магнитное поле, которое перпендикулярно плоскости контура. Сила, направление которой определяется по правилу левой руки, а значение — по закону Ампера, рассчитывается по формуле Под действием данной силы проводник передвинется параллельно самому себе на отрезок dx из положения 1 в положение 2. Работа, которая совершается магнитным полем, равна так как ldx=dS — площадь, которую пересекает проводник при его перемещении в магнитном поле, BdS=dФ — поток вектора магнитной индукции, который пронизывает эту площадь. Значит, т. е. работа по перемещению проводника с током в магнитном поле равна произведению силы тока на магнитный поток, пересеченный движущимся проводником. Данная формула справедлива и для произвольного направления вектора В. Рассчитаем работу по перемещению замкнутого контура с постоянным током I в магнитном поле. Будем считать, что контур М перемещается в плоскости чертежа и в результате бесконечно малого перемещения перейдет в положение М', изображенное на рис. 2 штриховой линией. Направление тока в контуре (по часовой стрелке) и магнитного поля (перпендикулярно плоскости чертежа — за чертеж или от нас) дано на рисунке. Контур М условно разобьем на два соединенных своими концами проводника: AВС и CDА.