Дія магнітного поля на рухомі заряди та закон повного струму і його використання - Лекция

На занятті поглиблено будуть вивчатись характеристика магнітного поля - індукція та напруженість, метод графічного зображення поля за допомогою силових ліній, а також важливі закони-Ампера та Біо-Савара-Лапласа. Досліди показують, що рамка з струмом в магнітному полі повертається певним чином, тобто магнітне поле оказує на рамку орієнтуючу дію. Ця орієнтуюча дія магнітного поля на рамку з струмом і дозволяє використати її для визначення величини і напрямку магнітного поля. Подібно до того, як електростатичне поле характеризується силовою характеристикою - напруженістю поля Е, магнітне поле характеризується магнітною індукцією В - це силова характеристика магнітного поля, вона показує з якою силою діє магнітне поле на розміщений в полі провідник зі струмом. Ампер показав, що сила , з якою магнітне поле діє на елемент провідника зі струмом I, що знаходиться в магнітному полі прямо пропорційна силі струму в провіднику і векторному добутку елемента довжини провідника на магнітну індукцію .Велике значення має дія магнітного поля на замкнений провідник (рамку) зі струмом, так як ця дія широко використовується в сучасних електродвигунах і багатьох електровимірювальних приладах. Розглянемо рамку з струмом в однорідному магнітному полі (рис.3) Сила Ампера діє на сторони АД і ВС - F1 I F2 і ці сили створюють пару сил, і якщо рамка може повертатись, то вона повертається і становиться так, що вектор індукції буде перпендикулярний до площини рамки. Момент пари сил буде рівний: , а так як то , де a - кут між нормаллю до рамки і індукцією магнітного поля, S - площа рамки.Французькі вчені Біо та Савар зібрали багато експериментальних даних про залежність магнітного поля від параметрів провідника із струмом. Але закон такої залежності був відкритий Лапласом, який використав принцип суперпозиції магнітних полів: індукція магнітного поля провідника із струмом в кожній точці простору дорівнює векторній сумі індукції, створюваних всіма елементарними ділярками провідника із струмом. На основі принципу суперпозиції Лаплас узагальнив результати дослідів Біо і Савара і знайшов, що індукція поля, створена елементом провідника Dl, по якому тече струм І , по якому тече струм І дорівнює: , де r - віддаль елементу струму IDL до точки А в якій визначається індукція поля (рис.4); a - кут між напрямком струму і радіусом-вектором ; к - коефіцієнт пропорційності, який залежить від вибору системи одиниць. Напрямок індукції магнітного поля визначається правилом свердлика: якщо поступальний рух свердлика (з правою різьбою) збігається з напрямом струму, то напрям магнітного поля збігається з напрямом руху кінця рукоятки свердлика (рис.Магнітне поле, подібно електричному, є однією із форм існування матерії, основною його характеристикою є вектор магнітної індукції і графічно поле зображається за допомогою силових ліній поля. На провідник із струмом в магнітному полі діє сила Ампера: , напрям якої визначається за правилом лівої руки. Магнітні властивості речовини характеризуються магнітною проникністю, яка дорівнює відношенню індукції магнітного поля в речовині до індукції магнітного поля в вакуумі.Використання закону Біо-Савара-Лапласа до розрахунку магнітних полів.НАОЧНІ ПОСІБНИКИ І ПРИЛАДИ При вивченні матеріалу лекції необхідно враховувати, що на занятті широко використовують математичні обрахунки, тому слід нагадати деякі формули із геометрії та тригонометрії за середню шклу, та правила інтегрування. Велике значення має принцип суперпозиції магнітних полів. Для глибшого засвоювання матеріалу проводити аналогію - властивості електричного і магнітного полів.В електростатиці для розрахунку напруженості електричного поля використовується закон Кулона або теорема Остроградського-Гаусса. А для розрахунку напруженості магнітного поля використовується закон Біо-Савара-Лапласа і приклади розрахунків будуть приведені на занятті.Обчислимо індукцію магнітного поля в точці А, розміщеній а відстані від нескінчено довгого лінійного провідника з струмом І (рис. Для цього поділимо провідник на нескінченно малі елементи dl і запишемо закон Біо-Савара-Лапласа: . Враховуючи, що для заданого напрямку струму I всі елементарні значення індукції магнітного поля в точці А направлені в один бік по прямій, перпендикулярній до площини рисунка, результуюча індукція магнітного поля рівна: . Для провідника скінченої довжини індукція магнітного поля залежить від і (рис.2). Таким чином: індукція магнітного поля нескінченно довгого лінійного провідника із струмом прямопропорційна силі струму і обернено пропорційна відстані точки від провідника.У електростатиці було встановлено, що робота при переміщенні одиничного пробного заряду в електричному полі не залежить від форми шлязу і по довільному замкненому контуру дорівнює нулю. Хай магнітне поле створюється нескінченно довгим провідником із струмом І (рис.4-переріз провідника, перпендикулярного площині рисунка). Якщо контур охоплює декілька провідників із струмами, то циркуляція вектора індукції магнітного поля визначається алг

ЗМІСТ

Вступ.

1. Обертальний момент, діючий на контур із струмом в магнітному полі.

2. Принцип суперпозиції магнітних полів. Закон Біо-Савара-Лапласа.

Висновки.

НАОЧНІ ПОСІБНИКИ І ПРИЛАДИ

1. Прилад для демонстрації сили Ампера.

2. Магнітна стрілка. Круговий струм в магнітному полі.

3. Діафільми “Электромагнетизм”, “Магнитное поле тока”.

4. Кінофільм “Магнитное поле движущихся зарядов”.

5. Лектор-2000.

ОРГАНІЗАЦІЙНО-МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ПРОВЕДЕННЯ ЛЕКЦІЇ

1. Магнітне поле, подібно електричному, є однією із форм існування матерії, основною його характеристикою є вектор магнітної індукції і графічно поле зображається за допомогою силових ліній поля.

2. На провідник із струмом в магнітному полі діє сила Ампера: , напрям якої визначається за правилом лівої руки. Якщо провідник замкнений (рамка із струмом) то на нього в магнітному полі діє обертальний момент прямопропорційний магнітному моменту рамки і індукції поля.

3. Магнітні властивості речовини характеризуються магнітною проникністю, яка дорівнює відношенню індукції магнітного поля в речовині до індукції магнітного поля в вакуумі.

4. Закон Біо-Савара-Лапласа дає змогу розрахувати індукцію магнітного поля в довільній точці, створюваного лінійними струмами.

ТЕМА 7. МАГНІТНЕ ПОЛЕ

ЗАНЯТТЯ 7.3 ЗАКОН ПОВНОГО СТРУМУ ТА ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ

1. ЗМІСТНАОЧНІ ПОСІБНИКИ І ПРИЛАДИ

1. Соленоїд.

2. Прилад для демонстрації сили Ампера.

3. Лектор-2000.

4. Діафільми “Электромагнетизм”, “Магнитное действие токов”.

ОРГАНІЗАЦІЙНО-МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ПРОВЕДЕННЯ ЛЕКЦІЇ

При вивченні матеріалу лекції необхідно враховувати, що на занятті широко використовують математичні обрахунки, тому слід нагадати деякі формули із геометрії та тригонометрії за середню шклу, та правила інтегрування. Велике значення має принцип суперпозиції магнітних полів. На це звернути особливу увагу. Для глибшого засвоювання матеріалу проводити аналогію - властивості електричного і магнітного полів. Причому якщо електричне поле - потенціальне, то магнітне поле вихрове, розкрити фізичний зміст цієї відмінності. При розгляді третього питання особливу увагу звернути на те, коли виконується робота по переміщенню провідника з струмом в магнітному полі, а також на те, що завжди магнітний потік через замкнену поверхню дорівнює нулю.