Механический момент, действующий на контур с током в однородном магнитном поле. Энергия контура с током в магнитном поле.
Рамка С, помещенная вблизи проводника с током повернется так, что она расположится в плоскости АА′ВВ′, проходящей через провод. При этом ориентация рамки будет зависеть и от направления тока в ней: при перемене направления тока в рамке, она поворачивается на 180о.
Тот факт, что рамка испытывает ориентирующее действие поля, указывает, что на рамку в магнитном поле действует пара сил. Величина момента этой пары сил 
зависит как от силы и расположения токов, образующих магнитное поле, так и от свойств самой рамки: ее размеров, ориентации и силы тока в ней. Опыт показывает (см. рис.), что момент пары сил (вращающий момент) определяется векторным произведением: 
, где 
— вектор магнитного момента рамки с током, направление которого совпадает с направлением положительной нормали; 
— единичный вектор нормали к поверхности рамки, 
— вектор магнитной индукции. По определению векторного произведения скалярная величина момента: 
, где α— угол между векторами 
и .
Действие магнитного поля на рамку с током — это пример воздействия магнитного поля на проводник с током. Ампер установил, что сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, равна 
, где 
— вектор, совпадающий по направлению с током. Направление силы Ампера принято определять по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор магнитной индукции, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый на 90о большой палец покажет направление силы Ампера. Модуль силы Ампера определяется как 
, где a — угол между векторами и .
|
|
|
Магнитное поле прямоугольного контура с током I
Магнитное поле В прямоугольного контура с током представляет собой суперпозицию магнитных полей тока от каждого из сторон прямоугольника.В центре контура вектор магнитной индукции чи сленно равен 
,где I—ток в контуре, a и b—длины сторон контура; μ0— магнитная постоянная.
Движение заряженной частицы в магнитном поле. Сила Лоренца. Траектории движения. Циклотронная частота. Обобщенная сила Лоренца.
Всякий ток обусловлен перемещением заряженных частиц — электронов или ионов. Следовательно сила, действующая во внешнем магнитном поле на проводник, по которому течет ток, обусловлена силами, действующими со стороны магнитного поля на отдельные движущиеся заряженные частицы. Этот вывод был проверен путем наблюдения: трубку, в которой возникает электронный пучок, внесли во внешнее магнитное поле. В пустотной трубке электроны движутся свободно, и под влиянием сил, действующих со стороны магнитного поля, искривляются лишь их траектории. Сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля называется силой Лоренца, 
, где В—вектор индукции магнитного поля, q—заряд движущейся частицы,v—её скорость.
|
|
|
Если скорость частицы равна нулю, то по формуле Лоренца и сила равна нулю, следовательно, на покоящийся заряд магнитное поле не действует.
Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки: если сложенные вместе пальцы направить по направлению движения положительного заряда, а ладонь расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, то отогнутый на 90о большой палец покажет направление силы, действующей со стороны магнитного поля. При движении отрицательного заряда эта сила направлена в противоположную сторону. Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости движения заряженной частицы. Поэтому она изменяет только направление скорости, не изменяя ее модуля, и следовательно, она не совершает работы.
Таким образом, магнитное поле не совершает работы над движущейся в нем заряженной частицей и кинетическая энергия этой частицы при движении в магнитном поле не изменяется.
|
|
|
Если магнитное поле однородно и на частицы не действует электрическое поле, то возможны три случая движения заряженных частиц в этом поле:
1. 
параллелен — заряженная частица движется в магнитном поле вдоль линий магнитной индукции ( угол между векторами и равен нулю или π ). Сила Лоренца равна нулю. Магнитное поле на частицу не действует и она движется равномерно и прямолинейно.
2. 
— заряженная частица движется в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции ( угол 
). Сила Лоренца 
постоянна по модулю и нормальна к траектории частицы.
Частица будет двигаться по окружности с центростремительным ускорением 
. Из второго закона Ньютона 
получаем радиус окружности 
и период вращения 
.
3. заряженная частица движется под углом к линиям магнитной индукции. Движение частицы можно представить в виде суммы двух движений:
а). равномерного прямолинейного движения вдоль поля со скоростью 
;
б). равномерного движения по окружности в плоскости, перпендикулярной полю.
Суммарное движение будет движением по спирали, ось которой параллельна магнитному полю. Шаг винтовой линии 
. Учитывая, что 
а получим 
. Если магнитное поле неоднородно и заряженная частица движется под углом к линиям магнитного поля в направлении возрастания поля, то радиус и шаг спирали уменьшаются с ростом индукции магнитного поля. На этом основана фокусировка заряженных частиц магнитным полем.
|
|
|
Движение заряженной частицы, на которую кроме магнитного поля с индукцией действует и электрическое поле с напряженностью 
описывается обобщённой формулой Лоренца 
.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1793; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!