Магнитное поле движущегося заряда

Лекция 9

Единица магнитной индукции.

Для двух параллельных проводников с током в вакууме () сила взаимодействия на единицу длины проводника, согласно (7), равна

(8)

При = 1А и = 1м н/м.

Подставив эти значения в формулу (8), получим

Гн/м,

где генри (Гн) –единица индуктивности.

Из закона Ампера можно дать еще одно определение вектору магнитной индукции и найти ее единицу,

- магнитная индукция, силовая характеристика магнитного поля, численно равная силе, действующей на проводник с током единичной длины, расположенный перпендикулярно вектору магнитной индукции, по которому течет ток 1А.

За единицу магнитной индукции принимается индукция такого поля, которое действует с силой 1н на проводник с током в 1А. Эта единица называется 1 Тл (тесла), 1Тл = 1н/А м.

Каждый проводник с током создает в окружающем пространстве магнитное поле. Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов. Любой движущийся заряд в вакууме или среде создает вокруг себя магнитное поле. В результате обобщения опытных данных был установлен закон, определяющий поле точечного заряда . свободно движущегося со скоростью . Этот закон выражается формулой

- радиус вектор, проведенный от заряда , к точке наблюдения М, вектор В расположен перпендикулярно плоскости, в которой расположены вектора и .

	Направление вектора В определяется правилом правого винта. Модуль магнитной индукции равен , - угол между .и . Движущийся заряд по своим магнитным свойствам эквивалентен элементу тока . Опыт показывает, что магнитное поле действует
Рис. 1.

на заряд движущийся со скоростью . Эта сила называется силой Лоренца и выражается формулой

,

Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки для положительного

заряда. На отрицательный заряд сила действует в противоположном направлении. Модуль силы Лоренца , (1) - угол между и . Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости движения заряженной частицы. Поэтому она изменяет только направление ее движения, не изменяя ее модуля. Следовательно, сила Лоренца работы не совершает над движущейся заряженной частицей и кинетическая энергия ее не меняется. Если на частицу действует и электрическое поле, то результирующая сила, приложенная к заряду равна векторной сумме сил электрического поля и силы

Рис.2.

Лоренца

.

Это выражение тоже называется силой Лоренца. Из выражения (1) видно, что если и параллельны, то сила Лоренца равна нулю при движении частицы вдоль линии магнитной индукции. Если перпендикулярно , то сила Лоренца постоянна по модулю и нормальна к траектории частицы. Частица будет двигаться по окружности. Сила Лоренца выступает в роли центростремительной силы. Поэтому

.

Период - не зависит от скорости.

Если скорость заряженной частицы направлена под произвольным углом, то движение частицы будет происходить по винтовой линии. Скорость можно разложить на две составляющие и . Под действием составляющей частица движется прямолинейно вдоль поля, под действием - по окружности. В результате движение будет происходить по винтовой линии. Шаг винтовой линии .

На движении заряженных частиц в магнитном поле основан простой способ получения электроэнергии – магнитогидродинамический генератор (МГД – генератор). Газ, предварительно нагретый до высокой температуры (2500 С) в камере 1,

	1. генератор плазмы, 2. сопло, 3. МГД- канал, 4. электроды с последовательно включенной нагрузкой, 5. магнитная система, создающая тормозящее магнитное поле.
Рис. 3.

и потому сильно ионизированный, продувают через канал поперек постоянного магнитного поля. Под действием силы магнитного поля заряды движутся поперек потока и достигая электродов 4 сообщают им заряд. С этих электродов во внешнюю цепь отводится ток. Происходит превращение тепла без преобразования в механическую энергию непосредственно в электрическую энергию. К.п.д. их в два раза выше, чем к.п.д. тепловых и атомных электростанций. Первый МГД генератор запущен в СССР в 1967 году.

Дата добавления: 2013-12-11