Магнитное поле тока

Электродинамика

С древних времен магнитами называли стержни из специальной руды – магнитного железняка, обладающие определенными свойствами.

Магнит притягивает железосодержащие предметы: стальные гвозди, скрепки, чугунные трубы, железные опилки изделия из окислов хрома, кобальта и никеля(рис1)

Рис 1. рис2. рис 3

Места, обладающие наибольшей намагниченностью, называются полюсами магнита. Одноименные полюсы магнитов отталкиваются, а разноименные – притягиваются(рис2).Магнитное поле неощутимо для органов чувств человека, но его наличие можно зарегистрировать с помощью простейшего устройства – легкой магнитной стрелки, насаженной на ось.

Магнитное действие тока впервые было обнаружено датским физиком Х. Эрстедом в 1820 г.
При пропускании по прямолинейному горизонтальному проводнику постоянного тока силой I находящаяся под ним магнитная стрелка поворачивается вокруг своей вертикальной оси, стремясь расположиться перпендикулярно проводнику с током (рис. 4).

Рис 4

Основная характеристика магнитного поля – вектор магнитной индукции,В задающий направление и численное значение магнитного поля. Направление вектора магнитной индукции задается направлением магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля. Оно совпадает с направлением, которое указывает северный полюс стрелки (рис. 3)

Линии вектора магнитной индукции (силовые линии магнитного поля) вводятся для наглядности картины изменения вектора магнитной индукции при переходе от одной точки пространства к другой.

С иловой линией магнитного поля называется непрерывная линия, касательная к которой в любой ее точке задает направление вектора магнитной индукции , Густота силовых линий прямо пропорциональна модулю вектора магнитной индукции.

Рис.5 Рис 6.

Силовые линии магнитного поля тока представляют собой концентрические окружности, причем направление силовых линий зависит от направления тока в проводнике(рис 5). Внутри длинного соленоида с током (катушки) магнитное поле является однородным и линии магнитной индукции параллельны друг другу(рис6),

Для определения направления силовых линий магнитного поля, созданного вокруг проводника с током, существует правило буравчика (правого винта, штопора)

Правило буравчика: «Если направление поступательного движения буравчика (винта) с правой нарезкой совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции»(рис 7).На рис 8 показано, что за направление тока в проводнике принято направление положительных зарядов, т.е. направление от «+» источника к «-»источника тока.

Рис.7. Рис.8.

Сила Ампера. На проводник с током, находящийся в магнитном поле

действует сила, равная F = I·L·B·sinα  , которая называется силой Ампера

где I - сила тока в проводнике;
B - модуль вектора индукции магнитного поля;
L - длина проводника, находящегося в магнитном поле;

α- угол между вектором магнитного поля и проводником

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки (см. рис.1):

l

Рис 9 Рис 10.

Если расположить левую руку так, чтобы:

	четыре пальца были направлены по току(за направление тока принято направление движения положительного заряда)
	перпендикулярная проводнику составляющая вектора индукции В входила в ладонь(вектор магнитной индукции выходит из северного полюса магнита, а входит в южный полюс);(рис9)
	Отогнутый на 90 * большой палец левой руки укажет направление силы Ампера.

Сила Лоренца. Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды.

Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущуюся в нем заряженную частицу, называют силой Лоренца. Например, сила Лоренца действует на электрон, движущийся в проводнике с током.

F_л = q · V · B · sinα где q - величина движущегося заряда;
V - модуль его скорости;
B - модуль вектора индукции магнитного поля;
α - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Рис11.

Направление вектора F_л определяется по правилу левой руки:

	четыре пальца по направлению скорости движения положительного заряда V(если заряд отрицательный, то за направление тока принимают направление, противоположное скорости движения отрицательного заряда);
	перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входит в ладонь;
	отогнутый большой палец дает направление силы Лоренца Fл (см. рис2). а.

Если заряд движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то F _л = 0 и ускорение частицы равно нулю, следовательно заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно.

В случае, когда заряд q движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля (рис2).

α = π /2, то F_л = q·v·B

Сила Лоренца создает центростремительное ускорение, равное a = V²/R.

Заряд движется по окружности. По второму закону Ньютона можно найти радиус окружности и период обращения заряда в магнитном поле:

F =ma. Тогда F = m · v² / R

m · v² / R = q·v·B;
R = m·V/(q·B);
T = 2· π · R / V

Дата добавления: 2014-01-04