2.3. Магнетизм 2.3.6. Сила Лоренца. Сила Ампера 2.3.7. Потік вектора магнітної індукції 2.3.8. Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея - Ленца Завдання і питання для самоконтролю
2.3. Магнетизм Це розділ фізики, що вивчає магнітні явища. 2.3.6. Сила Лоренца. Сила Ампера Магнітне поле не тільки породжується рухомими електричними зарядами, але діє на рухомі заряди. Силою Лоренца називається сила, що діє на рухомий електричний заряд з боку магнітного поля. Сила Лоренца дорівнює добутку заряду q на векторний добуток швидкості руху заряду і вектора магнітної індукції. т. е. Модуль сили Лоренца дорівнює де # 945; - кут між векторами і. Оскільки струм - це впорядкований рух електричних зарядів, то на провідник зі струмом в магнітному полі теж діє сила, яка називається силою Ампера. Сила Ампера дорівнює добутку сили струму на векторний добуток елемента провідника і вектора магнітної індукції Модуль сили Ампера дорівнює де # 945; - кут між векторами. За допомогою вимірювання сили можна знайти модуль вектора магнітної індукції (формула (2.45)). Сила буде максимальною, якщо sin # 945; = 1. Тоді за формулою (2.45). Звідси:. Тоді одиниця магнітної індукції тесла (Тл) дорівнює ньютон (Н), поділений на ампер і на метр. т. е.. 2.3.7. Потік вектора магнітної індукції Магнітне поле можна зобразити графічно за допомогою ліній магнітної індукції. Лініями магнітної індукції називаються лінії, дотичні до яких спрямовані також, як і вектор магнітної індукції в даній точці поля (рис. 2.14).
Мал. 2.14 З малюнка видно, що лінії магнітної індукції прямого струму (рис. 2.14 а) і кругового (рис. 2.14 б) представляють собою концентричні кола в площинах, перпендикулярних струму. Лінії магнітної індукції завжди замкнуті. Це означає, що магнітне поле не має джерел, подібних електричні розряди. Хоча лінії магнітної індукції завжди замкнуті, однак, на окремих ділянках магнітне поле може бути однорідним, т. Е. Лінії, його зображують, паралельні один одному і їх густота однакова (наприклад, поле всередині соленоїда) (рис. 2.15).
Мал. 2.15 Важливою характеристикою поля є магнітний потік або потік вектора магнітної індукції. Магнітним потоком Ф через поверхню площею S називають величину, що дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції на площу поверхні і на косинус кута між вектором і - нормаллю до поверхні (рис. 2.16), т. Е.
Рис.2.16 Магнітний потік наочно можна витлумачити як величину, пропорційну числу ліній магнітної індукції, що пронизують площу поверхні S. Одиницею магнітного потоку є вебер,. 2.3.8. Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея - Ленца Явище електромагнітної індукції було виявлено дослідним шляхом в 1831 р англійським фізиком М. Фарадеєм. Явище електромагнітної індукції полягає у виникненні електричного струму в замкнутому електропровідному контурі при зміні магнітного потоку через площу, обмежену цим контуром. Цей струм називається індукційним. Зміна магнітного потоку можна робити різними способами (див. Формулу (2.46)). Можна змінювати: 1) модуль вектора магнітної індукції B; 2) напрямок вектора (т. Е. Змінювати кут # 945; ); 3) переміщати провідники, що становлять контур (т. Е. Змінювати площа контуру S). Грунтуючись на законі збереження енергії, Харківський професор Е.Х. Ленц запропонував правило, за яким визначається напрям індукційного струму. Згідно з правилом Ленца, індукційний струм має такий напрям, при якому його магнітне поле протидіє змінам зовнішнього магнітного потоку. Досліди по вивченню електромагнітної індукції показали, що чим швидше змінюється магнітний потік, тим більша сила струму виникає в контурі. Відомо, що в провіднику з'являється електричний струм в тому випадку, коли на вільні заряди провідника діють сторонні сили. Роботу цих сил по переміщенню одиничного позитивного заряду називають електрорушійної силою (ЕРС) (див. Формулу (2.31)). Закон електромагнітної індукції, закон Фарадея - Ленца. формулюється в такий спосіб. ЕРС індукції в контурі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує поверхню, охоплену контуром, взятої з протилежним знаком. т. е. Знак мінус відображає відповідність напрямку індукційного струму правилом Ленца. Формула (2.47) справедлива для всіх можливих випадків зміни магнітного потоку, так як висновок цієї формули заснований на універсальному законі природи - закон збереження енергії. При вивченні явища електромагнітної індукції встановлена найтісніший взаємозв'язок між електричними і магнітними полями. Змінюється за часом магнітне поле породжує електричне поле, а змінюється електричне поле породжує магнітне. Це відкриття послужило базою для створення єдиної теорії електромагнітного поля і згодом стало однією з основ електротехніки. Виявляється зв'язок між електричними і магнітними полями, якщо магнітне поле змінюється з часом. Змінне магнітне поле є джерелом вихрового (замкнутого) електричного поля. Епітет «вихровий» це не якась там метафора, а це просто означає, що силові лінії електричного поля замкнуті. Явище електромагнітної індукції описується рівнянням.
Магнітний потік. «Потік» - це термін, ви не повинні думати, що там тече, це просто така величина. Якщо поле однорідне, а майданчик перпендикулярна силовим лініям, то для цього випадку; якщо майданчик орієнтована так, що нормаль до неї перпендикулярна силовим лініям, тобто магнітне поле ковзає по цій поверхні майданчика, то потік буде дорівнює нулю. Наочно величина Ф - це число силових ліній, які перетинають цей майданчик. Це число насправді залежить від того, як густо ми їх намалюємо, але тим не менше ці слова мають сенс. Маємо однорідне магнітне поле. Ось, я візьму майданчик 1, тут потік один, тепер я візьму ту ж саму площадку, але розташую в точці 2. Тут (в точці 1) її перетинає п'ять силових ліній, а тут (в точці 2) - тільки дві. І, як би я густо їх ні малював, картина б не змінилася. Що стверджує закон? А закон стверджує ось що: візьмемо замкнутий контур. на цей контур спирається поверхню S. обчислюємо магнітний потік через поверхню, і закон стверджує, якщо магнітний потік через поверхню, що спирається на контур, змінюється з часом, тобто. то циркуляція напруженості по контуру не дорівнює нулю і дорівнює. Це означає, що в середньому є складова електричного поля уздовж цього контуру, спрямована весь час в одну сторону. Якщо я візьму дротяний контур, магнітний потік через площу буде змінюватися, то в цьому контурі з'явиться електричний струм. Ось таке явище і називається явищем електромагнітної індукції. Завдання і питання для самоконтролю 1. Назвіть характеристики магнітного поля. Як вони пов'язані? 2. Що називається силою Лоренца? Силою Ампера? 3. Що називається потоком вектора магнітної індукції (або магнітним потоком)? 4. В чому полягає явище електромагнітної індукції? 5. Де використовується явище електромагнітної індукції?
Схожі статті
