🗊Презентация Магнетизм. Характеристики магнитных полей

Лекции №№ 7, 9, 10, 11 «Магнетизм. Характеристики магнитных полей» (16.10.15), (23.10.15),(06.11.15), (13.11.15) 1. Действие магнитного поля на проводники с током. Индукция и напряженность магнитного поля. 2. Магнитное поле прямолинейного проводника с током. 3. Взаимодействие проводников с токами. Сила Ампера. 4. Закон Био – Савара – Лапласа. Расчет характеристик магнитных полей по принципу суперпозиции. 5. Магнитное поле кольцевого витка с током. 6. Магнитный момент контура с током. Элементарный контур (магнитный диполь). Рамка с током в неоднородном магнитном поле. 7. Энергия контура с током в магнитном поле. (13.11.15) 8. Циркуляция вектора магнитной индукции. 9. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. 10. Сила Лоренца. 11. Поле движущегося заряда. Магнетизм – релятивистский эффект. 12. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

1. Действие магнитного поля на проводники с током. Индукция и напряженность магнитного поля. Впервые связь между электрическими и магнитными явлениями была открыта в 1820 г. Х.К. Эрстедом: при замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения (показано пунктиром). При размыкании цепи стрелка возвращается в свое первоначальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.

1. Действие магнитного поля на проводники с током. Индукция и напряженность магнитного поля. Магнитное поле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения; магнитная составляющая электромагнитного поля. Основные свойства магнитного поля: Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами) и постоянными магнитами. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряды). Магнитное поле существует реально независимо от нас, от наших знаний о нем.

1. Действие магнитного поля на проводники с током. Индукция и напряженность магнитного поля. Магнитное поле так же как и электрическое можно изображать графически при помощи линий индукции – это линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор в данной точке поля. Подобно линиям напряженности электрического поля, линии магнитного поля проводят с такой густотой, чтобы число линий, пересекающих единицу поверхности, перпендикулярной к ним было пропорционально индукции магнитного поля в данном месте. Линии индукции магнитного поля замкнуты. Поля, обладающие такими линиями, называются вихревыми. Магнитное поле проводника с током описывается вектором напряженности магнитного поля H. Для однородной изотропной среды вектор :

Магнитные линии прямолинейного проводника

3. Взаимодействие проводников с токами. Сила Ампера. Сила Ампера - это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током. Модуль силы Ампера FА : где α – угол между вектором и направлением тока в проводнике; – длина элемента участка проводника; i – сила тока в проводнике. Величина называется элементом тока (векторная величина, направление которой определяется по направлению силы тока).

3. Взаимодействие проводников с токами. Сила Ампера. Модулем вектора магнитной индукции называется отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину это участка:

Токи сонаправлены – силы Ампера направлены навстречу друг другу – проводники притягиваются Токи противоположно направлены - силы Ампера противоположны – проводники отталкиваются

3. Взаимодействие проводников с токами. Сила Ампера. Если левую руку расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а вытянутые четыре пальца были направлены вдоль тока, то отведенный на 90˚ большой палец укажет направление действия силы Ампера.

Опыты показали, что модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока I1 и I2 в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:

3. Взаимодействие проводников с токами. Сила Ампера. Единица измерения силы тока: 1 А – сила тока, которая при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывала бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2 ·10-7 Н на каждый метр длины.

4. Закон Био – Савара – Лапласа. Расчет характеристик магнитных полей по принципу суперпозиции. Магнитное поле постоянных токов различной конфигурации изучалось экспериментально французскими учеными Ж. Био и Ф. Саваром (1820 г.). Они пришли к выводу, что индукция магнитного поля токов, текущих по проводнику, определяется совместным действием всех отдельных участков проводника. Магнитное поле подчиняется принципу суперпозиции: магнитное поле, создаваемое несколькими движущимися зарядами или токами, равно векторной сумме магнитных полей, создаваемых каждым зарядом или током в отдельности.

4. Закон Био – Савара – Лапласа. Расчет характеристик магнитных полей по принципу суперпозиции. Элементарный заряд q равен ρdV, где dV – элементарный объем, ρ – объемная плотность заряда, являющегося носителем тока, учтем также, что ρv = j – плотность тока. Тогда магнитное поле, создаваемое таким зарядом равно:

4. Закон Био – Савара – Лапласа. Расчет характеристик магнитных полей по принципу суперпозиции. Вектор напряженности магнитного поля перпендикулярен плоскости в которой лежат вектора элемента тока и радиус- вектор данной точки. Модуль вектора напряженности магнитного создаваемого элементом тока определяется по формуле

Для изучения магнитного поля можно взять замкнутый контур малых размеров (рис. 4). Выяснить характер магнитного поля на контур с током можно с помощью следующего опыта (рис. 5). Пусть магнитное поле создается постоянными магнитами (рис. 6). Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие.

Применение силы Ампера. 6. Магнитный момент контура с током. Элементарный контур (магнитный диполь). В магнитном поле возникает пара сил, момент которых приводит катушку во вращение.

6. Магнитный момент контура с током. Элементарный контур (магнитный диполь). Рассмотрим поведение витка с током в магнитном поле. Рамка с током I находится в однородном магнитном поле , α – угол между и (направление нормали связано с направлением тока правилом буравчика). Сила Ампера действующая на сторону рамки длиной l равна: На другую сторону длиной l действует такая же сила. Получается пара сил или вращающий момент: где плечо h = b sinα. Т. к. lb = S – площадь рамки, тогда можно записать: M = I S B sinα = Pm B sinα

6. Магнитный момент контура с током. Элементарный контур (магнитный диполь). Таким образом, для контура с током в однородном магнитном поле: Модуль момента сил Величина называется магнитным моментом контура с током. Если или то При положение равновесия неустойчивое. Итак, под действием вращающего момента рамка с током повернётся так, что . В неоднородном поле рамка повернется и будет втягиваться в область более сильного поля Почему магнитный диполь? – По аналогии в электростатике: ...

Применение силы Ампера. 6. Магнитный момент контура с током. Элементарный контур (магнитный диполь). Ориентирующее действие МП на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах и вольтметрах. Сила, действующая на катушку, прямо пропорциональна силе тока в ней. При большой силе тока катушка поворачивается на больший угол, а вместе с ней и стрелка. Остается проградуировать прибор – т.е. установить каким углам поворота соответствуют известные значения силы тока.

6. Рамка с током в неоднородном магнитном поле. 7. Энергия контура с током в магнитном поле. 8. Циркуляция вектора магнитной индукции. 9. Теорема Гаусса для магнитного поля. 10. Сила Лоренца.

11. Поле движущегося заряда. Магнетизм – релятивистский эффект.

11. Поле движущегося заряда. Магнетизм – релятивистский эффект.

12. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.