APIBRĖŽIMAS

Lorenco jėga yra jėga, veikianti taškinio krūvio dalelę, judančią magnetiniame lauke.

Jis lygus krūvio, dalelių greičio modulio, magnetinio lauko indukcijos vektoriaus modulio ir kampo tarp magnetinio lauko vektoriaus ir dalelių greičio sinuso sandaugai.

Čia yra Lorenco jėga, dalelių krūvis, magnetinio lauko indukcijos vektoriaus modulis, dalelių greitis ir kampas tarp magnetinio lauko indukcijos vektoriaus ir judėjimo krypties.

Jėgos matavimo vienetas - N (niutonas).

Lorenco jėga yra vektorinis dydis. Lorenco jėga įgyja didžiausią vertę, kai indukcijos vektoriai ir dalelių greičio kryptis yra statmeni ().

Lorenco jėgos kryptis nustatoma pagal kairiosios rankos taisyklę:

Jei magnetinės indukcijos vektorius patenka į kairės rankos delną ir keturi pirštai ištiesti srovės judėjimo vektoriaus kryptimi, tai į šoną sulenktas nykštys rodo Lorenco jėgos kryptį.

Vienodame magnetiniame lauke dalelė judės ratu, o Lorenco jėga bus įcentrinė jėga. Darbas nebus atliktas.

Problemų sprendimo pavyzdžiai tema „Lorentz Force“

1 PAVYZDYS

2 PAVYZDYS

Pratimas	Veikiant Lorenco jėgai, m masės dalelė, kurios krūvis yra q, juda apskritimu. Magnetinis laukas tolygus, jo stiprumas B. Raskite dalelės įcentrinį pagreitį.
Sprendimas	Prisiminkite Lorentzo jėgos formulę: Be to, pagal 2-ąjį Niutono dėsnį: Šiuo atveju Lorenco jėga nukreipta į apskritimo centrą, o jos sukurtas pagreitis nukreipiamas ten, tai yra įcentrinis pagreitis. Priemonės:

bet dabartinis ir tada

NesnS d l – įkrovimų skaičius tūryje S d l, Tada už vieną mokestį

arba

,

(2.5.2)

Lorenco jėga – jėga, kurią magnetinis laukas veikia judantį teigiamą krūvį(čia yra teigiamų krūvininkų tvarkingo judėjimo greitis). Lorenco jėgos modulis:

,

(2.5.3)

kur α yra kampas tarp Ir .

Iš (2.5.4) matyti, kad krūvis, judantis išilgai linijos, nėra veikiamas jėgos ().

Lorencas Hendrikas Antonas(1853–1928) – olandų fizikas teoretikas, klasikinės elektronų teorijos kūrėjas, Nyderlandų mokslų akademijos narys. Jis išvedė formulę, siejančią laidumą su dielektriko tankiu, pateikė jėgos, veikiančios judantį krūvį elektromagnetiniame lauke (Lorenco jėga), išraišką, paaiškino medžiagos elektrinio laidumo priklausomybę nuo šilumos laidumo, sukūrė šviesos sklaidos teorija. Sukūrė judančių kūnų elektrodinamiką. 1904 m. jis išvedė formules, susiejančias to paties įvykio koordinates ir laiką dviejose skirtingose ​​inercinėse atskaitos sistemose (Lorentzo transformacijos).

Lorenco jėga nukreipta statmenai plokštumai, kurioje yra vektoriai Ir . Į judantį teigiamą krūvį taikoma kairiosios rankos taisyklė arba« gimlet taisyklė» (2.6 pav.).

Todėl neigiamo krūvio jėgos kryptis yra priešinga elektronams galioja dešinės rankos taisyklė.

Kadangi Lorenco jėga nukreipta statmenai judančiam krūviui, t.y. statmenai ,šios jėgos atliktas darbas visada lygus nuliui . Todėl Lorenco jėga, veikdama įkrautą dalelę, negali pakeisti dalelės kinetinės energijos.

Dažnai Lorenco jėga yra elektrinių ir magnetinių jėgų suma:

,

(2.5.4)

čia elektrinė jėga pagreitina dalelę, keičia jos energiją.

Kasdien televizoriaus ekrane stebime magnetinės jėgos poveikį judančiam krūviui (2.7 pav.).

Elektronų pluošto judėjimą išilgai ekrano plokštumos skatina nukreipiančios ritės magnetinis laukas. Jei nuolatinį magnetą atnešate į ekrano plokštumą, jo poveikį elektronų pluoštui nesunku pastebėti pagal vaizde atsirandančius iškraipymus.

Lorenco jėgos veikimas įkrautų dalelių greitintuvuose išsamiai aprašytas 4.3 skyriuje.

Jėgos, veikiančios išoriniame elektromagnetiniame lauke judantį elektros krūvį, atsiradimas

Animacija

apibūdinimas

Lorenco jėga yra jėga, veikianti įkrautą dalelę, judančią išoriniame elektromagnetiniame lauke.

Lorenco jėgos (F) formulė pirmą kartą buvo gauta apibendrinus H.A. eksperimentinius faktus. Lorentzas 1892 m. ir pristatė veikale „Maksvelo elektromagnetinė teorija ir jos taikymas judantiems kūnams“. Atrodo:

F = qE + q, (1)

kur q yra įkrauta dalelė;

E - elektrinio lauko stiprumas;

B – magnetinės indukcijos vektorius, nepriklausomas nuo krūvio dydžio ir jo judėjimo greičio;

V yra įkrautos dalelės greičio vektorius koordinačių sistemos, kurioje apskaičiuojamos F ir B reikšmės, atžvilgiu.

Pirmasis narys dešinėje (1) lygties pusėje yra jėga, veikianti įkrautą dalelę elektriniame lauke F E \u003d qE, antrasis narys yra jėga, veikianti magnetiniame lauke:

F m = q. (2)

Formulė (1) yra universali. Jis galioja tiek pastoviems, tiek kintamiems jėgos laukams, taip pat bet kokiai įkrautos dalelės greičio vertei. Tai svarbus elektrodinamikos ryšys, nes leidžia susieti elektromagnetinio lauko lygtis su įkrautų dalelių judėjimo lygtimis.

Nereliatyvistiniu aproksimavimu jėga F, kaip ir bet kuri kita jėga, nepriklauso nuo inercinės atskaitos sistemos pasirinkimo. Tuo pačiu metu Lorenco jėgos F m magnetinė dedamoji keičiasi pereinant iš vieno atskaitos kadro į kitą dėl greičio pasikeitimo, todėl keisis ir elektrinė dedamoji F E. Šiuo atžvilgiu jėgos F padalijimas į magnetinę ir elektrinę yra prasmingas tik nurodant atskaitos sistemą.

Skaliarinėje formoje išraiška (2) turi tokią formą:

Fм = qVBsina , (3)

kur a yra kampas tarp greičio ir magnetinės indukcijos vektorių.

Taigi Lorenco jėgos magnetinė dalis yra didžiausia, jei dalelių judėjimo kryptis yra statmena magnetiniam laukui (a = p /2), ir lygi nuliui, jei dalelė juda pagal lauko B kryptį (a = 0). .

Magnetinė jėga F m proporcinga vektorinei sandaugai, t.y. jis yra statmenas įkrautos dalelės greičio vektoriui ir todėl neveikia krūvio. Tai reiškia, kad nuolatiniame magnetiniame lauke, veikiant magnetinei jėgai, sulenkiama tik judančios įkrautos dalelės trajektorija, tačiau jos energija visada išlieka nepakitusi, kad ir kaip dalelė judėtų.

Magnetinės jėgos kryptis teigiamam krūviui nustatoma pagal vektorinę sandaugą (1 pav.).

Jėgos, veikiančios teigiamą krūvį magnetiniame lauke, kryptis

Ryžiai. 1

Neigiamam krūviui (elektronui) magnetinė jėga nukreipiama priešinga kryptimi (2 pav.).

Lorenco jėgos, veikiančios elektroną magnetiniame lauke, kryptis

Ryžiai. 2

Magnetinis laukas B nukreiptas į skaitytuvą statmenai brėžiniui. Elektrinio lauko nėra.

Jei magnetinis laukas yra vienodas ir nukreiptas statmenai greičiui, m masės krūvis juda apskritimu. Apskritimo R spindulys nustatomas pagal formulę:

kur yra dalelės specifinis krūvis.

Dalelės apsisukimo laikotarpis (vieno apsisukimo laikas) nepriklauso nuo greičio, jei dalelės greitis yra daug mažesnis už šviesos greitį vakuume. Priešingu atveju dalelės apsisukimo laikotarpis padidėja dėl reliatyvistinės masės padidėjimo.

Nereliatyvios dalelės atveju:

kur yra dalelės specifinis krūvis.

Vakuume vienodame magnetiniame lauke, jei greičio vektorius nėra statmenas magnetinės indukcijos vektoriui (a№p /2), įkrauta dalelė, veikiama Lorenco jėgos (jos magnetinė dalis), juda išilgai spiralės su pastovus greitis V. Šiuo atveju jo judėjimas susideda iš vienodo tiesinio judėjimo magnetinio lauko B kryptimi greičiu ir vienodo sukimosi judėjimo plokštumoje, statmenoje laukui B greičiu (2 pav.).

Dalelės trajektorijos projekcija plokštumoje, statmenoje B, yra spindulio apskritimas:

dalelių apsisukimo laikotarpis:

Atstumas h, kurį dalelė nukeliauja per laiką T išilgai magnetinio lauko B (spiralinės trajektorijos žingsnis), nustatomas pagal formulę:

h = Vcos a T . (6)

Sraigės ašis sutampa su lauko kryptimi В, apskritimo centras juda išilgai jėgos lauko linijos (3 pav.).

Įkrautos dalelės, skrendančios kampu, judėjimas a№p /2 į magnetinį lauką B

Ryžiai. 3

Elektrinio lauko nėra.

Jei elektrinis laukas E yra 0, judėjimas yra sudėtingesnis.

Konkrečiu atveju, jei vektoriai E ir B yra lygiagretūs, judėjimo metu keičiasi greičio dedamoji V 11 , lygiagreti magnetiniam laukui, dėl to pasikeičia sraigtinės trajektorijos (6) žingsnis.

Tuo atveju, kai E ir B nėra lygiagrečios, dalelės sukimosi centras, vadinamas dreifu, juda statmenai laukui B. Dreifo kryptį lemia vektoriaus sandauga ir ji nepriklauso nuo krūvio ženklo.

Magnetinio lauko veikimas judančioms įkrautoms dalelėms lemia srovės perskirstymą per laidininko skerspjūvį, kuris pasireiškia termomagnetiniais ir galvanomagnetiniais reiškiniais.

Poveikį atrado olandų fizikas H.A. Lorencas (1853-1928).

Laikas

Iniciacijos laikas (log nuo -15 iki -15);

Visą gyvenimą (log tc nuo 15 iki 15);

Degradacijos laikas (log td -15 iki -15);

Optimalus kūrimo laikas (log tk -12 iki 3).

Diagrama:

Techninės efekto realizacijos

Lorenco pajėgų veiksmų techninis įgyvendinimas

Tiesioginio Lorenco jėgos poveikio judančiam krūviui stebėjimo eksperimento techninis įgyvendinimas paprastai yra gana sudėtingas, nes atitinkamos įkrautos dalelės turi būdingą molekulinį dydį. Todėl norint stebėti jų trajektoriją magnetiniame lauke, reikia evakuoti darbinį tūrį, kad būtų išvengta trajektoriją iškreipiančių susidūrimų. Taigi, kaip taisyklė, tokios demonstracinės instaliacijos nėra specialiai kuriamos. Lengviausias būdas parodyti yra naudoti standartinį Nier sektoriaus magnetinės masės analizatorių, žr. efektą 409005, kuris visiškai pagrįstas Lorenco jėga.

Taikant efektą

Tipiškas pritaikymas inžinerijoje yra Holo jutiklis, plačiai naudojamas matavimo technologijoje.

Į magnetinį lauką B dedama metalinė arba puslaidininkinė plokštė. Per ją leidžiant magnetiniam laukui statmena kryptimi j tankio elektros srovę, plokštelėje susidaro skersinis elektrinis laukas, kurio stipris E yra statmenas ir vektoriams j, ir B. Matavimo duomenimis randamas V.

Šis poveikis paaiškinamas Lorenco jėgos poveikiu judančiam krūviui.

Galvanomagnetiniai magnetometrai. Masių spektrometrai. Įkrautų dalelių greitintuvai. Magnetohidrodinaminiai generatoriai.

Literatūra

1. Sivukhin D.V. Bendrasis fizikos kursas.- M.: Nauka, 1977.- V.3. Elektra.

2. Fizinis enciklopedinis žodynas.- M., 1983m.

3. Detlafas A.A., Yavorsky B.M. Fizikos kursas.- M.: Aukštoji mokykla, 1989 m.

Raktažodžiai

• elektros krūvis
• magnetinė indukcija
• magnetinis laukas
• elektrinio lauko stiprumas
• Lorenco jėga
• dalelių greitis
• apskritimo spindulys
• cirkuliacijos laikotarpis
• spiralinės trajektorijos žingsnis
• elektronas
• protonas
• pozitronas

Gamtos mokslų sekcijos:

ŠVIETIMO IR MOKSLO MINISTERIJA

RUSIJOS FEDERACIJA

FEDERALINĖS VALSTYBĖS BIUDŽETO AUKŠTOJO PROFESINIO MOKYMO INSTITUCIJA

"KURGANO VALSTYBINIS UNIVERSITETAS"

SANTRAUKA

Dalyko „Fizika“ tema: „Lorenco jėgos taikymas“

Baigė: Mokinių grupė T-10915 Logunova M.V.

Mokytojas Vorontsovas B.S.

Kurganas 2016 m

3 įvadas

1. Lorenco jėgos naudojimas 4

1.1. Katodinių spindulių prietaisai 4

1.2 Masių spektrometrija 5

1,3 MHD generatorius 7

1.4 Cyclotron 8

10 išvada

Literatūra 11

Įvadas

Lorenco jėga- jėga, kuria elektromagnetinis laukas, pagal klasikinę (nekvantinę) elektrodinamiką, veikia taškinio krūvio dalelę. Kartais Lorenco jėga vadinama jėga, veikiančia judėjimą greičiu υ mokestis q tik iš magnetinio lauko pusės, dažnai visa jėga - iš elektromagnetinio lauko apskritai, kitaip tariant, iš elektros pusės E ir magnetinis B laukai.

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) jis išreiškiamas taip:

F L = q υ B sinα

Jis pavadintas olandų fiziko Hendriko Lorenzo, kuris 1892 m. sukūrė šios jėgos išraišką, vardu. Prieš trejus metus iki Lorentzo teisingą posakį rado O. Heaviside.

Makroskopinis Lorenco jėgos pasireiškimas yra Ampero jėga.

1. Naudojant Lorenco jėgą

Magnetinio lauko veikimas judančioms įkrautoms dalelėms yra labai plačiai naudojamas technikoje.

Pagrindinis Lorenco jėgos pritaikymas (tiksliau, ypatingas atvejis – Ampero jėga) yra elektros mašinos (elektros varikliai ir generatoriai). Lorenco jėga plačiai naudojama elektroniniuose prietaisuose, kurie veikia įkrautas daleles (elektronus, o kartais ir jonus), pavyzdžiui, televizijoje. katodinių spindulių vamzdžiai, V masių spektrometrija Ir MHD generatoriai.

Taip pat šiuo metu sukurtose eksperimentinėse patalpose, skirtose kontroliuojamai termobranduolinei reakcijai įgyvendinti, magnetinio lauko veikimas plazmoje yra susukamas į laidą, kuris neliečia darbo kameros sienelių. Įkrautų dalelių judėjimas apskritime vienodame magnetiniame lauke ir tokio judėjimo laikotarpio nepriklausomybė nuo dalelės greičio naudojami cikliniuose įkrautų dalelių greitintuvuose - ciklotronai.

1. 1. Elektronų pluošto įtaisai

Elektronų pluošto įtaisai (EBD) - vakuuminių elektroninių prietaisų klasė, kuri naudoja elektronų srautą, koncentruotą vieno pluošto arba pluoštų pluošto pavidalu, valdomus tiek intensyvumu (srove), tiek padėtimi erdvėje ir sąveikauja su fiksuotas įrenginio erdvinis taikinys (ekranas). Pagrindinė ELP taikymo sritis yra optinės informacijos pavertimas elektriniais signalais ir atvirkštinis elektrinio signalo pavertimas optiniu, pavyzdžiui, matomu televizijos vaizdu.

Į katodinių spindulių prietaisų klasę neįeina rentgeno lempos, fotoelementai, fotodaugintuvai, dujų išlydžio įtaisai (dekatronai) ir priimančios-stiprinančios elektroninės lempos (pluošto tetrodai, elektriniai vakuuminiai indikatoriai, antrinės emisijos lempos ir kt.) su spinduliu. srovių forma.

Elektronų pluošto įtaisas susideda iš mažiausiai trijų pagrindinių dalių:

Elektroninis prožektorius (pistoletas) formuoja elektronų pluoštą (arba spindulių pluoštą, pavyzdžiui, trijų pluoštų spalvotame kineskope) ir valdo jo intensyvumą (srovę);

Nukreipimo sistema valdo spindulio erdvinę padėtį (jo nukrypimą nuo prožektoriaus ašies);

Priimančiojo ELP taikinys (ekranas) paverčia pluošto energiją į matomo vaizdo šviesos srautą; perduodančio ar saugojančio ELP taikinys kaupia erdvinio potencialo reljefą, nuskaitytą skenuojančio elektronų pluošto

Ryžiai. 1 CRT įrenginys

Bendrieji prietaiso veikimo principai.

CRT bake sukuriamas gilus vakuumas. Norint sukurti elektronų pluoštą, naudojamas prietaisas, vadinamas elektronų pistoletu. Kaitinamojo siūlelio įkaitintas katodas skleidžia elektronus. Keisdami valdymo elektrodo (moduliatoriaus) įtampą, galite pakeisti elektronų pluošto intensyvumą ir atitinkamai vaizdo ryškumą. Palikę ginklą, elektronai greitinami anodu. Tada spindulys praeina per nukreipimo sistemą, kuri gali pakeisti spindulio kryptį. Televizijos CRT naudojama magnetinio nukreipimo sistema, nes ji suteikia didelius nukreipimo kampus. Osciloskopuose CRT naudojama elektrostatinė nukreipimo sistema, nes ji užtikrina greitesnį atsaką. Elektronų pluoštas patenka į ekraną, padengtą fosforu. Nuo elektronų bombardavimo fosforas šviečia, o greitai judanti kintamo ryškumo dėmė sukuria vaizdą ekrane.

Amp galia, veikiantis Δ ilgio laidininko segmentą l su srove aš esantis magnetiniame lauke B,

Ampero jėgos išraišką galima parašyti taip:

Ši jėga vadinama Lorenco jėga . Kampas α šioje išraiškoje yra lygus kampui tarp greičio ir magnetinės indukcijos vektorius Lorenco jėgos, veikiančios teigiamai įkrautą dalelę, kryptį, taip pat Ampero jėgos kryptį galima rasti iš kairės rankos taisyklė arba pagal gimlet taisyklė. Abipusis vektorių išdėstymas ir teigiamai įkrautai dalelei parodytas fig. 1.18.1.

1.18.1 pav. Abipusis vektorių išdėstymas ir Lorenco jėgos modulis yra skaitiniu būdu lygus lygiagretainio, pastatyto ant vektorių ir padaugintam iš krūvio, plotui q

Lorenco jėga nukreipta statmenai vektoriams ir

Kai įkrauta dalelė juda magnetiniame lauke, Lorenco jėga neveikia. Todėl dalelei judant greičio vektoriaus modulis nekinta.

Jei įkrauta dalelė juda vienodame magnetiniame lauke, veikiant Lorenco jėgai, o jos greitis yra vektoriui statmenoje plokštumoje, tada dalelė judės spindulio apskritimu.

Dalelės apsisukimo vienodame magnetiniame lauke periodas yra

paskambino ciklotrono dažnis . Ciklotrono dažnis nepriklauso nuo dalelės greičio (taigi ir nuo kinetinės energijos). Šis faktas naudojamas ciklotronai – sunkiųjų dalelių (protonų, jonų) greitintuvai. Ciklotrono schema parodyta fig. 1.18.3.

Tarp stipraus elektromagneto polių yra vakuuminė kamera, kurioje yra du elektrodai tuščiavidurių metalinių puscilindrų pavidalu ( dees ). Dėkliams tiekiama kintamoji elektros įtampa, kurio dažnis lygus ciklotrono dažniui. Įkrautos dalelės įpurškiamos į vakuuminės kameros centrą. Daleles pagreitina elektrinis laukas, esantis tarpe tarp dees. Dees viduje dalelės, veikiamos Lorenco jėgos, juda puslankiais, kurių spindulys didėja didėjant dalelių energijai. Kiekvieną kartą, kai dalelė praeina pro tarpą tarp dees, ją pagreitina elektrinis laukas. Taigi ciklotrone, kaip ir visuose kituose greitintuvuose, įkrautą dalelę pagreitina elektrinis laukas, o magnetinis laukas išlaiko trajektorijoje. Ciklotronai leidžia pagreitinti protonus iki maždaug 20 MeV energijos.

Tolygūs magnetiniai laukai naudojami daugelyje prietaisų ir ypač masės spektrometrai - prietaisai, kuriais galite išmatuoti įkrautų dalelių - įvairių atomų jonų ar branduolių - mases. Atskyrimui naudojami masių spektrometrai izotopų, tai yra vienodo krūvio, bet skirtingos masės (pavyzdžiui, 20 Ne ir 22 Ne) atomų branduoliai. Paprasčiausias masės spektrometras parodytas fig. 1.18.4. Iš šaltinio išskiriami jonai S, praeina per kelias mažas skylutes, kurios sudaro siaurą spindulį. Tada jie patenka į greičio parinkiklis , kuriame dalelės juda kirto vienodus elektrinius ir magnetinius laukus. Tarp plokščio kondensatoriaus plokščių sukuriamas elektrinis laukas, tarpe tarp elektromagneto polių sukuriamas magnetinis laukas. Pradinis įkrautų dalelių greitis nukreiptas statmenai vektoriams ir

Dalelę, judančią kryžminiuose elektriniuose ir magnetiniuose laukuose, veikia elektrinė jėga ir Lorenco magnetinė jėga. Turint omenyje E = υ Bšios jėgos tiksliai subalansuoja viena kitą. Jei ši sąlyga įvykdoma, dalelė judės tolygiai ir tiesia linija ir, praskriejusi per kondensatorių, prasiskverbs per ekrano angą. Esant nurodytoms elektrinio ir magnetinio lauko vertėms, parinkiklis parinks daleles, judančias greičiu υ = E / B.

Toliau dalelės vienodu greičiu patenka į masių spektrometro kamerą, kurioje sukuriamas tolygus magnetinis laukas.Kameroje dalelės juda magnetiniam laukui statmena plokštuma, veikiamos Lorenco jėgos. Dalelių trajektorijos yra spindulių apskritimai R = mυ / qB". Matuojant žinomų υ verčių trajektorijų spindulius ir B" santykiai gali būti apibrėžti q / m. izotopų atveju ( q 1 = q 2) masės spektrometras leidžia atskirti skirtingos masės daleles.

Šiuolaikiniai masių spektrometrai leidžia išmatuoti įkrautų dalelių mases didesniu nei 10–4 tikslumu.

Jei dalelės greitis turi komponentą išilgai magnetinio lauko krypties, tada tokia dalelė judės vienodame magnetiniame lauke spirale. Šiuo atveju spiralės spindulys R priklauso nuo magnetiniam laukui statmeno vektoriaus komponento υ ┴ modulio ir spiralės žingsnio p– ant išilginės dedamosios modulio υ || (1.18.5 pav.).

Taigi įkrautos dalelės trajektorija tarsi vingiuoja aplink magnetinės indukcijos linijas. Šis reiškinys naudojamas technologijoje aukštos temperatūros plazmos magnetinė šilumos izoliacija, tai yra visiškai jonizuotos dujos, kurių temperatūra apie 10 6 K. Tokios būsenos medžiaga gaunama „Tokamak“ tipo įrenginiuose tiriant kontroliuojamas termobranduolines reakcijas. Plazma neturi liestis su kameros sienelėmis. Šilumos izoliacija pasiekiama sukuriant specialios konfigūracijos magnetinį lauką. Pavyzdžiui, pav. 1.18.6 rodo įkrautos dalelės trajektoriją magnetinis butelis(arba įstrigę ).

Panašus reiškinys vyksta ir Žemės magnetiniame lauke, kuris yra visų gyvų būtybių apsauga nuo įkrautų dalelių srautų iš kosmoso. Greitai įkraunamas daleles iš kosmoso (daugiausia iš Saulės) „pagauna“ Žemės magnetinis laukas ir susidaro vadinamoji. radiacijos diržai (1.18.7 pav.), kurioje dalelės, kaip ir magnetiniuose spąstuose, juda pirmyn ir atgal spiralinėmis trajektorijomis tarp šiaurinio ir pietų magnetinio polių sekundės dalių tvarka. Tik poliariniuose regionuose kai kurios dalelės įsiveržia į viršutinius atmosferos sluoksnius ir sukelia pašvaistę. Žemės spinduliuotės juostos tęsiasi nuo maždaug 500 km atstumų iki dešimčių Žemės spindulių. Reikėtų prisiminti, kad pietinis Žemės magnetinis polius yra netoli šiaurinio geografinio poliaus (Grenlandijos šiaurės vakaruose). Antžeminio magnetizmo prigimtis dar nebuvo ištirta.

Kontroliniai klausimai

1. Apibūdinkite Oersted ir Ampère eksperimentus.

2. Kas yra magnetinio lauko šaltinis?

3. Kokia Ampero hipotezė paaiškina nuolatinio magneto magnetinio lauko egzistavimą?

4. Kuo esminis skirtumas tarp magnetinio lauko ir elektrinio?

5. Suformuluokite magnetinės indukcijos vektoriaus apibrėžimą.

6. Kodėl magnetinis laukas vadinamas sūkuriu?

7. Suformuluokite įstatymus:

A) Amperas;

B) Bio-Savart-Laplace.

8. Kokia yra nuolatinės srovės lauko magnetinės indukcijos vektoriaus absoliuti vertė?

9. Suformuluokite srovės stiprumo vieneto (amperų) apibrėžimą Tarptautinėje vienetų sistemoje.

10. Užrašykite reikšmę išreiškiančias formules:

A) magnetinės indukcijos vektoriaus modulis;

B) Ampero jėgos;

B) Lorenco jėgos;

D) dalelės apsisukimo vienodame magnetiniame lauke periodas;

E) apskritimo kreivumo spindulys, kai įelektrinta dalelė juda magnetiniame lauke;

Savikontrolės testas

Kas buvo pastebėta Oerstedo eksperimente?

1) Dviejų lygiagrečių laidininkų sąveika su srove.

2) Dviejų magnetinių adatų sąveika

3) Magnetinės adatos sukimasis šalia laidininko, kai per jį teka srovė.

4) Elektros srovės atsiradimas ritėje, kai į ją įstumiamas magnetas.

Kaip sąveikauja du lygiagretūs laidininkai, jei per juos srovė teka ta pačia kryptimi?

Jus traukia;

atstumti;

Jėgų jėga ir momentas lygūs nuliui.

Jėga lygi nuliui, bet sukimo momentas nėra lygus nuliui.

Kokia formulė apibrėžia Ampero jėgos modulio išraišką?

Kokia formulė nustato Lorenco jėgos modulio išraišką?

B)

IN)

G)

0,6 N; 2) 1 N; 3) 1,4 N; 4) 2,4 N.

1) 0,5 T; 2) 1 T; 3) 2 T; 4) 0,8 T .

Elektronas, kurio greitis V, skrenda į magnetinį lauką, kurio indukcijos modulis B yra statmenas magnetinėms linijoms. Kokia išraiška atitinka elektrono orbitos spindulį?

Atsakymas: 1)
2)

4)

8. Kaip pasikeis įkrautos dalelės apsisukimo laikotarpis ciklotrone, padidėjus jo greičiui 2 kartus? (V<< c).

1) padidės 2 kartus; 2) Padidės 2 kartus;

3) Padidinti 16 kartų; 4) Nepakeis.

9. Kokia formulė nustato magnetinio lauko, sukurto apskritimo spindulio R centre, indukcijos modulį?

1)
2)
3)
4)

10. Srovė ritėje yra aš. Kuri iš formulių nustato magnetinio lauko indukcijos modulį ritės viduryje, kurios ilgis l su apsisukimų skaičiumi N ?

1)
2)
3)
4)

Laboratorijos Nr.

Žemės magnetinio lauko indukcijos horizontaliosios dedamosios nustatymas.

Trumpa teorija laboratoriniams darbams.

Magnetinis laukas yra materiali terpė, perduodanti vadinamąsias magnetines sąveikas. Magnetinis laukas yra viena iš elektromagnetinio lauko apraiškų.

Magnetinių laukų šaltiniai yra judantys elektros krūviai, srovės laidininkai ir kintamieji elektriniai laukai. Judančių krūvių (srovių) generuojamas magnetinis laukas savo ruožtu veikia tik judančius krūvius (sroves), o nejudantiems krūviams įtakos neturi.

Pagrindinė magnetinio lauko charakteristika yra magnetinės indukcijos vektorius :

Magnetinės indukcijos vektoriaus modulis skaitine prasme lygus didžiausiai jėgai, veikiančiai iš magnetinio lauko pusės vienetinio ilgio laidininką, kuriuo teka vienetinio stiprumo srovė. Vektorius sudaro dešinįjį trigubą su jėgos vektoriumi ir srovės kryptimi. Taigi magnetinė indukcija yra magnetinio lauko galios charakteristika.

Magnetinės indukcijos SI vienetas yra Tesla (T).

Magnetinio lauko jėgos linijos vadinamos įsivaizduojamomis linijomis, kurių kiekviename taške liestinės sutampa su magnetinės indukcijos vektoriaus kryptimi. Magnetinio lauko linijos visada yra uždaros, niekada nesikerta.

Ampero dėsnis nustato magnetinio lauko jėgos poveikį srovės laidininkui.

Jei magnetiniame lauke su indukcija uždėjo srovę nešantį laidininką, tada ant kiekvieno į srovę nukreipto elemento laidininkas, veikia Ampero jėga, nulemta santykio

.

Ampero jėgos kryptis sutampa su skersinės sandaugos kryptimi
, tie. ji yra statmena plokštumai, kurioje yra vektoriai Ir (1 pav.).

Ryžiai. 1. Nustatyti Ampero jėgos kryptį

Jeigu statmenai , tada Ampero jėgos kryptį galima nustatyti pagal kairės rankos taisyklę: keturis ištiestus pirštus nukreipti išilgai srovės, delną padėti statmenai jėgos linijoms, tada nykštis parodys Ampero jėgos kryptį. Ampero dėsnis yra magnetinės indukcijos apibrėžimo pagrindas, t.y. santykis (1) išplaukia iš (2) formulės, parašytos skaliare.

Lorenco jėga yra jėga, kuria elektromagnetinis laukas veikia įkrautą dalelę, judančią šiame lauke. Lorenco jėgos formulę pirmasis gavo G. Lorentzas, kaip patirties apibendrinimo rezultatą ir turi tokią formą:

.

Kur
yra jėga, veikianti įkrautą dalelę elektriniame lauke, kurios intensyvumas ;
– jėga, veikianti įkrautą dalelę magnetiniame lauke.

Lorenco jėgos magnetinio komponento formulę galima gauti iš Ampero dėsnio, atsižvelgiant į tai, kad srovė yra tvarkingas elektros krūvių judėjimas. Jei magnetinis laukas neveiktų judančių krūvių, jis neturėtų įtakos srovės laidininkui. Lorenco jėgos magnetinis komponentas apskaičiuojamas taip:

.

Ši jėga nukreipta statmenai plokštumai, kurioje yra greičio vektoriai ir magnetinio lauko indukcija ; jo kryptis sutampa su vektorinės sandaugos kryptimi
Dėl q > 0 ir su kryptimi
Dėl q>0 (2 pav.).

Ryžiai. 2. Nustatyti Lorenco jėgos magnetinio komponento kryptį

Jei vektorius statmenai vektoriui , tada Lorenco jėgos magnetinio komponento kryptį teigiamai įkrautoms dalelėms galima rasti pagal kairės rankos taisyklę, o neigiamo krūvio dalelėms – pagal dešinės rankos taisyklę. Kadangi Lorenco jėgos magnetinis komponentas visada nukreiptas statmenai greičiui , tada jis neatlieka dalelės judinimo darbo. Jis gali pakeisti tik greičio kryptį , sulenkti dalelės trajektoriją, t.y. veikia kaip įcentrinė jėga.

Magnetiniams laukams apskaičiuoti naudojamas Biot-Savarto-Laplaso dėsnis (apibrėžimai ) sukurta laidininkų su srove.

Pagal Bioto-Savarto-Laplaso dėsnį, kiekvienas laidininko elementas, nukreiptas į srovę sukuria taške per atstumą iš šio elemento magnetinis laukas, kurio indukcija nustatoma pagal ryšį:

.

Kur
H/m – magnetinė konstanta; µ yra terpės magnetinis pralaidumas.

Ryžiai. 3. Prie Biot-Savart-Laplace dėsnio

Kryptis
sutampa su vektorinės sandaugos kryptimi
, t.y.
statmena plokštumai, kurioje yra vektoriai Ir . Tuo pačiu metu
yra lauko linijos liestinė, kurios kryptį galima nustatyti pagal įvorės taisyklę: jei antgalio galiuko transliacinis judėjimas nukreiptas išilgai srovės, tai rankenos sukimosi kryptis lems stulpelio kryptį. magnetinio lauko linija (3 pav.).

Norėdami rasti viso laidininko sukurtą magnetinį lauką, turite taikyti laukų superpozicijos principą:

.

Pavyzdžiui, apskaičiuokime magnetinę indukciją apskritimo srovės centre (4 pav.).

Ryžiai. 4. Į apskritimo srovės centro lauko apskaičiavimą

Apvaliajai srovei
Ir
, taigi santykis (5) skaliarinėje formoje turi tokią formą:

Pilnos srovės dėsnis (magnetinės indukcijos cirkuliacijos teorema) yra kitas magnetinių laukų skaičiavimo dėsnis.

Bendras srovės dėsnis magnetiniam laukui vakuume yra toks:

.

Kur B l – projekcija ant laidininko elemento nukreipta srovės.

Magnetinės indukcijos vektoriaus cirkuliacija išilgai bet kurios uždaros grandinės yra lygi magnetinės konstantos ir šios grandinės padengtų srovių algebrinės sumos sandaugai.

Magnetinio lauko Ostrogradskio-Gausso teorema yra tokia:

.

Kur B n – vektorinė projekcija į normalią į svetainę dS.

Magnetinės indukcijos vektoriaus srautas per savavališką uždarą paviršių yra lygus nuliui.

Magnetinio lauko prigimtis išplaukia iš (9), (10) formulių.

Elektrinio lauko potencialumo sąlyga yra intensyvumo vektoriaus cirkuliacijos lygybė nuliui
.

Potencialų elektrinį lauką sukuria nejudrūs elektros krūviai; lauko linijos nėra uždaros, jos prasideda teigiamais krūviais ir baigiasi neigiamais.

Iš (9) formulės matome, kad magnetiniame lauke magnetinės indukcijos vektoriaus cirkuliacija nėra lygi nuliui, todėl magnetinis laukas nėra potencialus.

Iš (10) ryšio išplaukia, kad nėra magnetinių krūvių, galinčių sukurti potencialius magnetinius laukus. (Elektrostatikoje panaši teorema smirda forma
.

Magnetinės jėgos linijos užsidaro pačios. Toks laukas vadinamas sūkuriu. Taigi magnetinis laukas yra sūkurinis laukas. Lauko linijų kryptis nustatoma pagal gimlet taisyklę. Tiesiame begalinio ilgio laidininke su srove jėgos linijos turi laidininką dengiančių koncentrinių apskritimų formą (3 pav.).