Smer siločiar magnetického poľa permanentného magnetu. Magnetické pole

Témy Kódovač jednotnej štátnej skúšky : interakcia magnetov, magnetické pole vodiča s prúdom.

Magnetické vlastnosti hmoty sú ľuďom známe už dlho. Magnety dostali svoje meno podľa starovekého mesta Magnesia: v jeho blízkosti sa nachádzal bežný minerál (neskôr nazývaný magnetická železná ruda alebo magnetit), ktorého kúsky priťahovali železné predmety.

Magnetická interakcia

Na dvoch stranách každého magnetu sú severný pól A Južný pól. Dva magnety sú k sebe priťahované opačnými pólmi a odpudzované podobnými pólmi. Magnety môžu na seba pôsobiť aj cez vákuum! To všetko však pripomína interakciu elektrických nábojov interakcia magnetov nie je elektrická. Dokazujú to nasledujúce experimentálne fakty.

Magnetická sila slabne, keď sa magnet zahrieva. Sila interakcie bodových nábojov nezávisí od ich teploty.

Magnetická sila zoslabne, ak sa magnetom zatrasie. S elektricky nabitými telesami sa nič také nedeje.

Pozitívne elektrické náboje možno oddeliť od negatívnych (napríklad pri elektrizovaní telies). Ale nie je možné oddeliť póly magnetu: ak rozrežete magnet na dve časti, potom sa na mieste rezu objavia aj póly a magnet sa rozdelí na dva magnety s opačnými pólmi na koncoch (orientované presne rovnakým spôsobom ako póly pôvodného magnetu).

Takže magnety Vždy bipolárne, existujú len vo forme dipóly. Izolované magnetické póly (tzv magnetické monopóly- analógy elektrického náboja) v prírode neexistujú (v žiadnom prípade neboli experimentálne objavené). Toto je možno najvýraznejšia asymetria medzi elektrinou a magnetizmom.

Podobne ako elektricky nabité telesá, aj magnety pôsobia na elektrické náboje. Magnet však pôsobí iba na sťahovanie poplatok; ak je náboj vo vzťahu k magnetu v pokoji, potom nie je pozorovaný vplyv magnetickej sily na náboj. Naopak, elektrifikované teleso pôsobí na akýkoľvek náboj bez ohľadu na to, či je v pokoji alebo v pohybe.

Autor: moderné nápady teória krátkeho dosahu sa interakcia magnetov uskutočňuje prostredníctvom magnetické pole Magnet totiž vytvára v okolitom priestore magnetické pole, ktoré pôsobí na iný magnet a spôsobuje viditeľné priťahovanie alebo odpudzovanie týchto magnetov.

Príkladom magnetu je magnetická ihla kompas. Pomocou magnetickej ihly môžete posúdiť prítomnosť magnetického poľa v danej oblasti priestoru, ako aj smer poľa.

Naša planéta Zem je obrovský magnet. Neďaleko severného geografického pólu Zeme je južný magnetický pól. Preto severný koniec strelky kompasu, otáčajúci sa smerom k južnému magnetickému pólu Zeme, ukazuje na geografický sever. Odtiaľ pochádza názov „severný pól“ magnetu.

Magnetické siločiary

Pripomíname si, že elektrické pole sa študuje pomocou malých testovacích nábojov, na základe ktorých je možné posúdiť veľkosť a smer poľa. Analógom testovacieho náboja v prípade magnetického poľa je malá magnetická ihla.

Napríklad môžete získať určitý geometrický pohľad na magnetické pole umiestnením veľmi malých streliek kompasu na rôzne body v priestore. Prax ukazuje, že šípky sa zoradia pozdĺž určitých línií – tzv magnetické siločiary. Definujme tento pojem vo forme nasledujúcich troch bodov.

1. Magnetické siločiary alebo magnetické siločiary sú nasmerované čiary v priestore, ktoré majú nasledujúcu vlastnosť: malá strelka kompasu umiestnená v každom bode takejto čiary je orientovaná ako dotyčnica k tejto čiare..

2. Smer siločiary magnetického poľa sa považuje za smer severných koncov ihiel kompasu umiestnených v bodoch na tejto čiare.

3. Čím sú čiary hustejšie, tým silnejšie je magnetické pole v danej oblasti priestoru..

Železné piliny môžu úspešne slúžiť ako strelky kompasu: v magnetickom poli sa malé piliny zmagnetizujú a správajú sa presne ako magnetické strelky.

Takže nasypaním železných pilín okolo permanentného magnetu uvidíme približne nasledujúci obrázok magnetických siločiar (obr. 1).

Ryža. 1. Permanentné magnetické pole

Severný pól magnetu je označený modrou farbou a písmenom ; južný pól - v červenej farbe a písmeno . Upozorňujeme, že siločiary opúšťajú severný pól magnetu a vstupujú do južného pólu: koniec koncov, severný koniec strelky kompasu bude nasmerovaný k južnému pólu magnetu.

Oerstedova skúsenosť

Napriek tomu, že elektrické a magnetické javy sú ľuďom známe už od staroveku, neexistuje medzi nimi žiadny vzťah na dlhú dobu nebol dodržaný. Niekoľko storočí prebiehal výskum elektriny a magnetizmu paralelne a nezávisle od seba.

Pozoruhodný fakt, že elektrické a magnetické javy spolu skutočne súvisia, bol prvýkrát objavený v roku 1820 - v slávnom experimente Oersteda.

Schéma Oerstedovho experimentu je na obr. 2 (obrázok zo stránky rt.mipt.ru). Nad magnetickou ihlou (a sú severným a južným pólom ihly) je kovový vodič pripojený k zdroju prúdu. Ak obvod uzavriete, šípka sa otočí kolmo na vodič!
Tento jednoduchý experiment priamo naznačil vzťah medzi elektrinou a magnetizmom. Experimenty, ktoré nasledovali po Oerstedovom experimente, pevne stanovili nasledujúci vzorec: magnetické pole je generované elektrickými prúdmi a pôsobí na prúdy.

Ryža. 2. Oerstedov experiment

Vzor magnetických siločiar generovaných vodičom s prúdom závisí od tvaru vodiča.

Magnetické pole priameho vodiča prenášajúceho prúd

Magnetické siločiary priameho vodiča nesúceho prúd sú sústredné kružnice. Stredy týchto kružníc ležia na drôte a ich roviny sú kolmé na drôt (obr. 3).

Ryža. 3. Pole priameho drôtu s prúdom

Existujú dve alternatívne pravidlá na určenie smeru siločiar magnetického poľa.

Pravidlo v smere hodinových ručičiek. Siločiary idú proti smeru hodinových ručičiek, ak sa pozriete tak, že prúd prúdi smerom k nám.

Skrutkovacie pravidlo(alebo gimlet pravidlo, alebo pravidlo vývrtky- to je niekomu niečo bližšie ;-)). Siločiary idú tam, kde je potrebné otočiť skrutku (s bežným pravým závitom) tak, aby sa pohybovala pozdĺž závitu v smere prúdu.

Použite pravidlo, ktoré vám najviac vyhovuje. Je lepšie si zvyknúť na pravidlo v smere hodinových ručičiek - neskôr sa sami presvedčíte, že je univerzálnejšie a ľahšie sa používa (a potom si to s vďakou zapamätajte v prvom ročníku, keď študujete analytickú geometriu).

Na obr. 3 sa objavilo niečo nové: toto je vektor s názvom indukcia magnetického poľa, alebo magnetická indukcia. Vektor magnetickej indukcie je analogický s vektorom intenzity elektrického poľa: slúži výkonová charakteristika magnetické pole, určujúce silu, ktorou magnetické pole pôsobí na pohybujúce sa náboje.

O silách v magnetickom poli si povieme neskôr, ale zatiaľ si všimneme len to, že veľkosť a smer magnetického poľa určuje vektor magnetickej indukcie. V každom bode v priestore je vektor nasmerovaný rovnakým smerom ako severný koniec strelky kompasu umiestnenej v danom bode, konkrétne dotyčnica k siločiare v smere tejto priamky. Magnetická indukcia sa meria v Tesla(Tl).

Rovnako ako v prípade elektrického poľa, aj pre indukciu magnetického poľa platí: princíp superpozície. Spočíva v tom, že indukcie magnetických polí vytvorených v danom bode rôznymi prúdmi sa vektorovo sčítavajú a dávajú výsledný vektor magnetickej indukcie:.

Magnetické pole cievky s prúdom

Uvažujme o kruhovej cievke, cez ktorú cirkuluje jednosmerný prúd. Na obrázku neukazujeme zdroj, ktorý vytvára prúd.

Obrázok siločiar našej obežnej dráhy bude vyzerať približne takto (obr. 4).

Ryža. 4. Pole cievky s prúdom

Pre nás bude dôležité, aby sme vedeli určiť, do ktorého polpriestoru (vzhľadom na rovinu cievky) smeruje magnetické pole. Opäť máme dve alternatívne pravidlá.

Pravidlo v smere hodinových ručičiek. Siločiary tam idú a pozerajú sa z miesta, kde sa zdá, že prúd cirkuluje proti smeru hodinových ručičiek.

Skrutkovacie pravidlo. Siločiary idú tam, kde sa skrutka (s normálnym pravým závitom) bude pohybovať, ak sa otáča v smere prúdu.

Ako vidíte, prúd a pole menia úlohy - v porovnaní s formuláciou týchto pravidiel pre prípad jednosmerného prúdu.

Magnetické pole prúdovej cievky

Cievka Bude to fungovať, ak drôt pevne naviniete, otočíte, aby ste sa otočili, do dostatočne dlhej špirály (obr. 5 - obrázok z en.wikipedia.org). Cievka môže mať niekoľko desiatok, stoviek alebo dokonca tisíc otáčok. Cievka sa tiež nazýva solenoid.

Ryža. 5. Cievka (solenoid)

Magnetické pole jednej otáčky, ako vieme, nevyzerá veľmi jednoducho. Polia? jednotlivé závity cievky sú na seba navrstvené a zdalo by sa, že výsledkom by mal byť veľmi mätúci obraz. Nie je to však tak: pole dlhej cievky má nečakane jednoduchú štruktúru (obr. 6).

Ryža. 6. prúdové cievkové pole

Na tomto obrázku prúd v cievke tečie proti smeru hodinových ručičiek pri pohľade zľava (to sa stane, ak na obr. 5 je pravý koniec cievky pripojený k „plusu“ zdroja prúdu a ľavý koniec k „ mínus”). Vidíme, že magnetické pole cievky má dve charakteristické vlastnosti.

1. Vo vnútri cievky, ďaleko od jej okrajov, je magnetické pole homogénne: v každom bode má vektor magnetickej indukcie rovnakú veľkosť a smer. Čiary poľa sú rovnobežné priame čiary; ohýbajú sa len v blízkosti okrajov cievky, keď vychádzajú.

2. Mimo cievky je pole blízke nule. Čím viac závitov v cievke, tým slabšie pole mimo nej.

Všimnite si, že nekonečne dlhá cievka vôbec neuvoľňuje pole smerom von: mimo cievky nie je žiadne magnetické pole. Vo vnútri takejto cievky je pole všade jednotné.

Nič vám to nepripomína? Cievka je „magnetický“ analóg kondenzátora. Pamätáte si, že kondenzátor vo svojom vnútri vytvára rovnomerné elektrické pole, ktorého čiary sa ohýbajú iba pri okrajoch dosiek a mimo kondenzátora je pole blízke nule; kondenzátor s nekonečnými doskami vôbec neuvoľňuje pole navonok a pole je v ňom všade rovnomerné.

A teraz - hlavné pozorovanie. Porovnajte prosím obrázok magnetických siločiar mimo cievky (obr. 6) so siločiarami magnetu na obr. 1. Je to to isté, nie? A teraz sa dostávame k otázke, ktorá sa vám pravdepodobne vynára už dlho: ak je magnetické pole generované prúdmi a pôsobí na prúdy, aký je dôvod výskytu magnetického poľa v blízkosti permanentného magnetu? Koniec koncov, tento magnet sa nezdá byť vodičom s prúdom!

Amperova hypotéza. Elementárne prúdy

Spočiatku sa predpokladalo, že interakcia magnetov sa vysvetľuje špeciálnymi magnetickými nábojmi sústredenými na póloch. Ale na rozdiel od elektriny nikto nedokázal izolovať magnetický náboj; napokon, ako sme už povedali, nebolo možné získať severný a južný pól magnetu oddelene - póly sú v magnete vždy prítomné v pároch.

Pochybnosti o magnetických nábojoch prehĺbil Oerstedov experiment, keď sa ukázalo, že magnetické pole je generované elektrickým prúdom. Navyše sa ukázalo, že pre každý magnet je možné zvoliť vodič s prúdom vhodnej konfigurácie tak, že pole tohto vodiča sa zhoduje s poľom magnetu.

Ampere predložil odvážnu hypotézu. Neexistujú žiadne magnetické náboje. Pôsobenie magnetu sa vysvetľuje uzavretými elektrickými prúdmi vo vnútri.

Aké sú tieto prúdy? Títo elementárne prúdy cirkulovať vo vnútri atómov a molekúl; sú spojené s pohybom elektrónov po dráhach atómov. Magnetické pole akéhokoľvek telesa pozostáva z magnetických polí týchto elementárnych prúdov.

Elementárne prúdy môžu byť navzájom náhodne umiestnené. Potom sa ich polia vzájomne zrušia a teleso nevykazuje magnetické vlastnosti.

Ale ak sú elementárne prúdy usporiadané koordinovane, potom sa ich polia, ktoré sa sčítajú, navzájom posilňujú. Teleso sa stáva magnetom (obr. 7; magnetické pole bude smerovať k nám; severný pól magnetu bude smerovať k nám).

Ryža. 7. Prúdy elementárnych magnetov

Ampérova hypotéza o elementárnych prúdoch objasnila vlastnosti magnetov.Zahrievanie a trasenie magnetu ničí poradie jeho elementárnych prúdov a magnetické vlastnosti sa oslabujú. Neoddeliteľnosť pólov magnetu sa stala zrejmou: v bode, kde je magnet odrezaný, dostaneme na koncoch rovnaké elementárne prúdy. Schopnosť telesa zmagnetizovať sa v magnetickom poli sa vysvetľuje koordinovaným usporiadaním elementárnych prúdov, ktoré sa správne „otočia“ (o rotácii kruhového prúdu v magnetickom poli si prečítajte na nasledujúcom hárku).

Amperova hypotéza sa ukázala ako pravdivá - ukázalo sa to ďalší vývoj fyzika. Predstavy o elementárnych prúdoch sa stali neoddeliteľnou súčasťou teórie atómu, ktorá sa vyvinula už v dvadsiatom storočí - takmer sto rokov po Ampérovom brilantnom odhade.

Poďme spoločne pochopiť, čo je magnetické pole. Koniec koncov, veľa ľudí žije v tejto oblasti celý život a ani o tom nepremýšľajú. Je čas to napraviť!

Magnetické pole

Magnetické pole- zvláštny druh hmoty. Prejavuje sa pôsobením na pohybujúce sa elektrické náboje a telesá, ktoré majú vlastný magnetický moment (permanentné magnety).

Dôležité: magnetické pole neovplyvňuje stacionárne náboje! Magnetické pole vzniká aj pohybom elektrických nábojov, alebo časovo premenným elektrickým poľom, alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch. To znamená, že každý drôt, cez ktorý preteká prúd, sa tiež stane magnetom!

Teleso, ktoré má svoje magnetické pole.

Magnet má póly nazývané severný a južný. Označenia „sever“ a „juh“ sú uvedené len pre pohodlie (ako „plus“ a „mínus“ v elektrine).

Magnetické pole je reprezentované magnetické siločiary. Siločiary sú súvislé a uzavreté a ich smer sa vždy zhoduje so smerom pôsobenia síl poľa. Ak sú kovové hobliny rozptýlené okolo permanentného magnetu, kovové častice ukážu jasný obraz magnetických siločiar vychádzajúcich zo severného pólu a vstupujúcich do južného pólu. Grafická charakteristika magnetického poľa - siločiary.

Charakteristika magnetického poľa

Hlavné charakteristiky magnetického poľa sú magnetická indukcia, magnetický tok A magnetická permeabilita. Ale povedzme si o všetkom pekne po poriadku.

Okamžite si všimnime, že všetky merné jednotky sú uvedené v systéme SI.

Magnetická indukcia B – vektorová fyzikálna veličina, ktorá je hlavnou silovou charakteristikou magnetického poľa. Označené písmenom B . Jednotka merania magnetickej indukcie - Tesla (T).

Magnetická indukcia ukazuje, aké silné je pole určením sily, ktorú pôsobí na náboj. Táto sila volal Lorentzova sila.

Tu q - poplatok, v - jeho rýchlosť v magnetickom poli, B - indukcia, F - Lorentzova sila, ktorou pole pôsobí na náboj.

F- fyzikálne množstvo rovnajúce sa súčinu magnetickej indukcie plochou obvodu a kosínusu medzi indukčným vektorom a normálou k rovine obvodu, cez ktorý prechádza tok. Magnetický tok- skalárna charakteristika magnetického poľa.

Môžeme povedať, že magnetický tok charakterizuje počet magnetických indukčných čiar prenikajúcich jednotkovou plochou. Magnetický tok sa meria v Weberach (Wb).

Magnetická priepustnosť– koeficient, ktorý určuje magnetické vlastnosti média. Jedným z parametrov, od ktorých závisí magnetická indukcia poľa, je magnetická permeabilita.

Naša planéta je už niekoľko miliárd rokov obrovským magnetom. Indukcia magnetického poľa Zeme sa mení v závislosti od súradníc. Na rovníku je to približne 3,1 krát 10 na mínus pätinu Teslovu mocninu. Okrem toho existujú magnetické anomálie, kde sa hodnota a smer poľa výrazne líšia od susedných oblastí. Niektoré z najväčších magnetických anomálií na planéte - Kursk A Brazílske magnetické anomálie.

Pôvod magnetického poľa Zeme zostáva pre vedcov stále záhadou. Predpokladá sa, že zdrojom poľa je tekuté kovové jadro Zeme. Jadro sa pohybuje, čo znamená, že roztavená zliatina železa a niklu sa pohybuje a pohyb nabitých častíc sa pohybuje elektriny, ktorý vytvára magnetické pole. Problém je v tom, že táto teória ( geodynamo) nevysvetľuje, ako sa pole udržiava stabilné.

Zem je obrovský magnetický dipól. Magnetické póly sa nezhodujú s geografickými, hoci sú v tesnej blízkosti. Okrem toho sa magnetické póly Zeme pohybujú. Ich vysídlenie sa zaznamenáva od roku 1885. Napríklad za posledných sto rokov sa magnetický pól na južnej pologuli posunul takmer o 900 kilometrov a teraz sa nachádza v južnom oceáne. Pól arktickej pologule sa presúva cez Severný ľadový oceán k východnej sibírskej magnetickej anomálii, rýchlosť jeho pohybu (podľa údajov z roku 2004) bola asi 60 kilometrov za rok. Teraz dochádza k zrýchleniu pohybu pólov - v priemere rastie rýchlosť o 3 kilometre za rok.

Aký význam má pre nás magnetické pole Zeme? V prvom rade magnetické pole Zeme chráni planétu pred kozmickým žiarením a slnečným vetrom. Nabité častice z hlbokého vesmíru nepadajú priamo na zem, ale sú odklonené obrovským magnetom a pohybujú sa po jeho siločiarach. Všetko živé je tak chránené pred škodlivým žiarením.

V priebehu histórie Zeme došlo k niekoľkým udalostiam. inverzie(zmeny) magnetických pólov. Inverzia pólov- vtedy si vymenia miesta. Naposledy tento jav nastal asi pred 800 tisíc rokmi a celkovo bolo v histórii Zeme viac ako 400 geomagnetických inverzií. Niektorí vedci sa domnievajú, že vzhľadom na pozorované zrýchlenie pohybu magnetických pólov by sa mala očakávať ďalšia inverzia pólov. v nasledujúcich pár tisícoch rokov.

Našťastie sa zmena pólu v našom storočí ešte neočakáva. To znamená, že po zvážení základných vlastností a charakteristík magnetického poľa môžete premýšľať o príjemných veciach a užívať si život v starom dobrom konštantnom poli Zeme. A aby ste to dokázali, sú tu naši autori, ktorým môžete niektoré výchovné strasti s dôverou zveriť! a iné druhy prác si môžete objednať pomocou odkazu.

Prednáška: Oerstedova skúsenosť. Magnetické pole vodiča s prúdom. Obrázok siločiar dlhého priameho vodiča a uzavretého kruhového vodiča, cievky s prúdom

Oerstedova skúsenosť

Magnetické vlastnosti niektorých látok sú ľuďom známe už dlho. Najnovším objavom však bolo, že magnetická a elektrická povaha látok sú vzájomne prepojené. Toto spojenie sa ukázalo Oersted, ktorý robil experimenty s elektrickým prúdom. Úplnou náhodou vedľa vodiča, ktorým prechádzal prúd, je magnet. Pomerne prudko zmenil smer, kým prúd prechádzal drôtmi, a vrátil sa do pôvodnej polohy, keď bol kľúč obvodu otvorený.

Z tohto experimentu sa dospelo k záveru, že okolo vodiča, ktorým preteká prúd, sa vytvára magnetické pole. To znamená, že môžete záver: Elektrické pole je spôsobené všetkými nábojmi a magnetické pole je spôsobené iba okolo nábojov, ktoré majú smerový pohyb.

Magnetické pole vodiča

Ak vezmeme do úvahy prierez vodiča s prúdom, jeho magnetické čiary budú mať okolo vodiča kruhy rôznych priemerov.

Na určenie smeru prúdových alebo magnetických siločiar okolo vodiča by ste mali použiť pravidlo pravá skrutka:

Ak pravá ruka chytiť vodiča a sprievodcu palec pozdĺž nej v smere prúdu, potom ohnuté prsty ukážu smer magnetických siločiar.

Silovou charakteristikou magnetického poľa je magnetická indukcia. Niekedy sa čiary magnetického poľa nazývajú indukčné čiary.

Indukcia sa označuje a meria takto: [V] = 1 T.

Ako si možno spomínate, princíp superpozície platil pre silovú charakteristiku elektrického poľa a to isté možno povedať aj pre magnetické pole. To znamená, že výsledná indukcia poľa sa rovná súčtu indukčných vektorov v každom bode.

Aktuálna cievka

Ako viete, vodiče môžu mať rôzne tvary vrátane niekoľkých závitov. Okolo takéhoto vodiča sa vytvára aj magnetické pole. Na jeho určenie by ste mali použiť Gimletovo pravidlo:

Ak zovriete cievky rukou tak, aby ich zovreli 4 ohnuté prsty, palec ukáže smer magnetického poľa.

„Určenie magnetického poľa“ - Pomocou údajov získaných počas experimentov vyplňte tabuľku. J. Vern. Keď magnet privedieme k magnetickej ihle, otočí sa. Grafické znázornenie magnetických polí. Hans Christian Oersted. Elektrické pole. Magnet má dva póly: severný a južný. Etapa zovšeobecňovania a systematizácie poznatkov.

„Magnetické pole a jeho grafické znázornenie“ - Nehomogénne magnetické pole. Prúdové cievky. Magnetické čiary. Amperova hypotéza. Vo vnútri páskový magnet. Opačné magnetické póly. Polárne svetlá. Magnetické pole permanentného magnetu. Magnetické pole. Magnetické pole Zeme. Magnetické póly. biometrológia. Sústredné kruhy. Rovnomerné magnetické pole.

„Energia magnetického poľa“ je skalárna veličina. Výpočet indukčnosti. Konštantné magnetické polia. Relaxačný čas. Definícia indukčnosti. Energia cievky. Mimoprúdy v obvode s indukčnosťou. Prechodné procesy. Hustota energie. Elektrodynamika. Oscilačný obvod. Pulzné magnetické pole. Samoindukcia. Hustota energie magnetického poľa.

„Charakteristika magnetického poľa“ - Magnetické indukčné čiary. Gimletovo pravidlo. Otáčajte sa pozdĺž siločiar. Počítačový model magnetického poľa Zeme. Magnetická konštanta. Magnetická indukcia. Počet nosičov náboja. Tri spôsoby nastavenia vektora magnetickej indukcie. Magnetické pole elektrického prúdu. Fyzik William Gilbert.

„Vlastnosti magnetického poľa“ - Typ látky. Magnetická indukcia magnetického poľa. Magnetická indukcia. Permanentný magnet. Niektoré hodnoty magnetickej indukcie. Magnetická ihla. Hovorca. Vektorový modul magnetickej indukcie. Magnetické indukčné čiary sú vždy uzavreté. Interakcia prúdov. Krútiaci moment. Magnetické vlastnosti hmoty.

„Pohyb častíc v magnetickom poli“ - Spektrograf. Prejav Lorentzovej sily. Lorentzova sila. cyklotrón. Určenie veľkosti Lorentzovej sily. Kontrolné otázky. Smery Lorentzovej sily. Medzihviezdna hmota. Úloha experimentu. Zmeniť nastavenia. Magnetické pole. Hmotnostný spektrograf. Pohyb častíc v magnetickom poli. Katódová trubica.

Celkovo je 20 prezentácií

Všetky vzorce sa berú v prísnom súlade s Federálny inštitút pedagogických meraní (FIPI)

3.3 MAGNETICKÉ POLE

3.3.1 Mechanická interakcia magnetov

V blízkosti elektrického náboja sa vytvára zvláštna forma hmoty - elektrické pole. V okolí magnetu je podobná forma hmoty, ktorá má však inú povahu pôvodu (predsa len, ruda je elektricky neutrálna), nazýva sa to magnetické pole. Na štúdium magnetického poľa sa používajú priame alebo podkovovité magnety. Určité miesta magnetu majú najväčší príťažlivý účinok, nazývajú sa póly (severný a južný). Opačné magnetické póly sa priťahujú a podobne ako magnetické póly sa odpudzujú.

Magnetické pole. Vektor magnetickej indukcie

Na charakterizáciu sily magnetického poľa použite vektor indukcie magnetického poľa B. Magnetické pole je graficky znázornené pomocou siločiar (magnetických indukčných čiar). Riadky sú uzavreté, nemajú začiatok ani koniec. Miesto, z ktorého vychádzajú magnetické čiary, je severný pól, magnetické čiary vstupujú na južný pól.

Magnetická indukcia B [Tl]- vektorová fyzikálna veličina, ktorá je silová charakteristika magnetického poľa.

Princíp superpozície magnetických polí - ak je magnetické pole v danom bode priestoru vytvorené niekoľkými zdrojmi poľa, potom magnetická indukcia je vektorový súčet indukcií každého poľa samostatne :

Magnetické siločiary. Vzor siločiar pásikových a podkovovitých permanentných magnetov

3.3.2 Oerstedov experiment. Magnetické pole vodiča s prúdom. Obrázok siločiar dlhého priameho vodiča a uzavretého kruhového vodiča, cievky s prúdom

Magnetické pole neexistuje len okolo magnetu, ale aj okolo akéhokoľvek vodiča s prúdom. Oerstedov experiment demonštruje vplyv elektrického prúdu na magnet. Ak priamy vodič s prúdom prechádza otvorom v kartóne, na ktorom sú rozptýlené malé železné alebo oceľové piliny, tvoria sústredné kruhy, ktorých stred je umiestnený na osi vodiča. Tieto kruhy predstavujú siločiary magnetického poľa vodiča s prúdom.

3.3.3 Ampérová sila, jej smer a veľkosť:

Ampérový výkon- sila pôsobiaca na vodič s prúdom v magnetickom poli. Smer ampérovej sily je určený pravidlom ľavej ruky: ak je ľavá ruka umiestnená tak, že kolmá zložka vektora magnetickej indukcie B vstupuje do dlane a štyri vystreté prsty sú nasmerované v smere prúdu, potom palec ohnutý o 90 stupňov ukáže smer sily pôsobiacej na segmentový vodič s prúdom, to znamená ampérovú silu.

Kde ja- sila prúdu vo vodiči;

B

L— dĺžka vodiča umiestneného v magnetickom poli;

α - uhol medzi vektorom magnetického poľa a smerom prúdu vo vodiči.

3.3.4 Lorentzova sila, jej smer a veľkosť:

Keďže elektrický prúd predstavuje usporiadaný pohyb nábojov, účinok magnetického poľa na vodič, ktorým prúdi prúd, je výsledkom jeho pôsobenia na jednotlivé pohybujúce sa náboje. Sila, ktorou pôsobí magnetické pole na náboje, ktoré sa v ňom pohybujú, sa nazýva Lorentzova sila. Lorentzova sila je určená vzťahom:

Kde q— veľkosť pohybujúceho sa náboja;

V— modul jeho rýchlosti;

B— modul vektora indukcie magnetického poľa;

α je uhol medzi vektorom rýchlosti náboja a vektorom magnetickej indukcie.

Upozorňujeme, že Lorentzova sila je kolmá na rýchlosť a preto nepracuje, nemení modul rýchlosti náboja a jeho kinetickú energiu. Smer rýchlosti sa však neustále mení.

Lorentzova sila je kolmá na vektory IN A v a jeho smer je určený pomocou rovnakého pravidla ľavej ruky ako smer ampérovej sily: ak je ľavá ruka umiestnená tak, že zložka magnetickej indukcie IN, kolmo na rýchlosť náboja, vstúpil do dlane a štyri prsty boli nasmerované pozdĺž pohybu kladného náboja (proti pohybu záporného náboja, napríklad elektrónu), potom palec ohnutý o 90 stupňov ukáže smer Lorentzovej sily pôsobiacej na náboj Fl.

Pohyb nabitej častice v rovnomernom magnetickom poli

Keď sa nabitá častica pohybuje v magnetickom poli, Lorentzova sila nefunguje. Preto sa veľkosť vektora rýchlosti pri pohybe častice nemení. Ak sa nabitá častica pohybuje v rovnomernom magnetickom poli pod vplyvom Lorentzovej sily a jej rýchlosť leží v rovine kolmej na vektor, častica sa bude pohybovať po kruhu s polomerom R.