Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Сила Лоренца.

Сила, действующая на электрический заряд q, движущийся в магнитном

поле В со скоростью V, называется силой Лоренца:

F = q[v, В]

или F = qvBsinα,

где α — угол между V и В.

Направление силы Лоренца, так же как и силы Ампера, определяется по правилу левой руки. Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости движения заряженной частицы. Поэтому она изменяет только направление этой скорости, не изменяя ее модуля. Следовательно, сила Лоренца работы не совершает.

Постоянное магнитное поле не совершает работы над движущейся в нем заряженной частицей и кинетическая энергия этой частицы при движении в магнитном поле не изменяется.

Движение заряда, на который кроме магнитного поля с индукцией В действует и электрическое поле с напряженностью Е описывается формулой Лоренца:

F = qE + q[v,B]

Движение заряженных частиц в магнитном поле.

Считаем, что магнитное поле однородно и на частицы не действуют электрические поля.

— Заряженная частица движется в магнитном поле вдоль линий магнитной индукции (угол а между векторами V и В равен 0 или π). Сила Лоренца равна нулю. Магнитное поле на частицу не действует и она движется равномерно и прямолинейно.

— Заряженная частица движется в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции (угол α= π/2).

Сила Лоренца F = qvB: постоянна по модулю и нормальна к траектории частицы. Частица будет двигаться по окружности радиуса R с центростремительным ускорением a_n=V²/R. Из второго закона Ньютона qvB = mv²/R получаем радиус

_ окружности R = и период вращения:

T= .

Заряженная частица движется под углом альфа к линиям магнитной индукции.

Движение частицы можно представить в виде суммы двух движений:

1.равномерного прямолинейного движения вдоль поля со скоростью:

2.равномерного движения по окружности в плоскости, перпендикулярной

Суммарное движение будет движением по спирали, ось которой параллельна магнитному полю. Шаг винтовой линии h = vT=vTcosα

Т — период вращения частицы.

Если магнитное поле неоднородно и заряженная частица движется под углом к линиям магнитного поля в направлении возрастания поля, то величины R и h уменьшаются с ростом В. На этом основана фокусировка заряженных частиц магнитным полем.

30. Закон Фарадея.

Возникновение индукционного тока указывает на наличие в цепи электродвижущей силы.

Эта ЭДС называется электродвижущей силой электромагнитной индукции.

Закон Фарадея: ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром:

Для замкнутого контура магнитный поток Ф есть не что иное, как потокосцепление 4^х этого контура. Поэтому в электротехнике закон Фарадея часто записывают в форме:

Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на замкнутый проводящий контур, в последнем возникает индукционный ток такого направления, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока.

31. Вращение рамки в магнитном поле.

Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели используются генераторы, принцип действия которых рассмотрим на примере плоской рамки, вращающейся в однородном (В = const) магнитном поле.

Пусть рамка вращается равномерно с угловой скоростью ω = const.

Магнитный момент, сцепленный с рамкой площадью S, в любой момент времени t равен

Ф = S = BS cos а = BS cos ωt где a = ωt — угол поворота рамки в момент времени t.

При вращении рамки в ней возникает переменная ЭДС индукции:

Максимальное значение ЭДС индукции: Тогда:

При равномерном вращении рамки в однородном магнитном поле в ней возникает переменная ЭДС, изменяющаяся по гармоническому закону.

Процесс превращения механической энергии в электрическую обратим. Если по рамке, помещенной в магнитное поле, пропускать электрический ток, то на нее будет действовать вращающий момент М = IS[n,B] и рамка начнет вращаться. На этом принципе основана работа электродвигателей.

33. Энергия магнитного поля.

Проводник, по которому протекает электрический ток, всегда окружен магнитным полем. Магнитное поле появляется и исчезает вместе с появлением и исчезновением тока. Магнитное поле, подобно электрическому, является носителем энергии. Энергия магнитного поля равна работе, которуюзатрачивает ток на создание этого поля.

Рассмотрим контур индуктивностью L, по которому течет ток I.

С данным контуром сцеплен магнитный поток Ф = LI.

При изменении тока на dl магнитный поток изменяется на dФ = Ldl.

Для такого изменения магнитного потока необходимо совершить работу dA = МФ = LIdl.

Тогда работа по созданию магнитного потока Ф будет равна: А =

Энергия магнитного поля, связанного с контуром:

32. Самоиндукция. При изменении силы тока в контуре будет изменяться и сцепленный с ним магнитный поток, а это, в свою очередь будет индуцировать ЭДС в этом контуре. Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется самоиндукцией.

Единица индуктивности — генри (Гн): 1Гн — индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе в 1А равен 1 Вб

Из закона Фарадея ЭДС самоиндукции:

Если контур не деформируется и магнитная проницаемость среды не изменяется, то L = const и ЭДС самоиндукции:

где знак минус, обусловленный правилом Ленца, показывает, что наличие индуктивности в контуре приводит к замедлению изменения тока в нем.

Если ток со временем возрастает, то O_S<0, т.е. ток самоиндукции направлен навстречу току, обусловленному внешним источником, и замедляет его возрастание.

Если ток со временем убывает, то O_S > 0, т.е. ток самоиндукции имеет такое же направление, как и убывающий ток в контуре, и замедляет его убывание.

Таким образом, контур, обладая определенной индуктивностью, приобретает электрическую "инертность".

Взаимной индукцией называется явление возбуждения ЭДС электро­магнитной индукции в одной электрической цепи при изменении электрического тока в другой цепи или при изменении взаимного расположения этих двух цепей.

При изменении силы тока в одном из контуров, в другом индуцируется

ЭДС:

Взаимная индуктивность контуров зависит от геометрической формы, размеров, взаимного расположения контуров и от магнитной проницаемости окружающей контуры среды.

Т рансформаторы.

Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении взаимной индукции. Переменный ток I₁ создает в первичной обмотке переменное

магнитное поле. Это вызывает во вторичной обмотке появление ЭДС взаимной индукции. При этом:

где N₁ и N₂ — число витков в первичной и вторичной обмотках, соответственно.

Отношение к = N₂ / N₁, показывающее, во сколько раз ЭДС во вторичной

обмотке трансформатора больше (или меньше), чем в первичной, называется коэффициентом трансформации.

Если к> 1, то трансформатор — повышающий, если к< 1 — понижающий.

34.Прецессионное движение электронных орбит эквивалентно круговому микротоку. Так как этот микроток индуцирован внешним магнитным полем, то, согласно правилу Ленца, у атома появляется магнитный момент, направленный против внешнего поля.

Наведенные составляющие магнитных полей атомов складываются и образуют собственное магнитное поле вещества, ослабляющее внешнее магнитное поле. Этот эффект получил название диамагнитного эффекта, а вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле против направления поля, называются диамагнетиками (например, Ag, Au, Си...).

Так как диамагнитный эффект обусловлен действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойствен всем веществам.

парамагнитные — вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля (пример: редкоземельные металлы, Pt, А1...).

У парамагнитных веществ при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга, и молекулы парамагнетиков всегда обладают магнитным моментом (такие молекулы называются полярными).

Вследствие теплового движения молекул их магнитные моменты ориентированы беспорядочно, поэтому, в отсутствие магнитного поля, парамагнитные вещества магнитными свойствами не обладают.

При внесении парамагнетика во внешнее магнитное поле устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов (молекул) по полю (полной ориентации препятствует тепловое движение атомов).

Таким образом, парамагнетик намагничивается, создавая собственное магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем и усиливающим его. Этот эффект называется парамагнитным

Ферромагнетики и их свойства.

ферромагнетики — вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, т.е. они сохраняют намагниченность при отсутствии внешнего магнитного поля.

В отличие от слабомагнитных веществ, у которых намагниченность J линейно изменяется с ростом Н, у ферромагнетиков, при увеличении Н, намагниченность растет сначала быстро, а затем выходит на насыщение J_нас.

Магнитная проницаемость и магнитная индукция В ферромагнетиков зависит от Н.

В = µ₀(Н + J) в слабых полях растет быстро с ростом Н, а в сильных полях, поскольку J = J_нас, В растет с увеличением Н линейно

Зависимость намагниченности J от напряженности магнитного поля Н в ферромагнетике определяется предысторией намагничения. Это явление называется магнитным гистерезисом.