Правило свердлика для визначення напрямку вектора

ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ПОЛЕ

1. Взаємодія прямолінійних паралельних провідників зі струмом: якщо струм по провідниках іде в одному напрямку, то провідники притягуються; а якщо струм по провідниках йде в протилежних напрямках, то провідники відштовхуються.

2. Магнітне поле- це особливий вид матерії, що є посередником у взаємодії провідників зі струмом або рухомих заряджених частинок.

3. Властивості магнітного поля:

a) Виникає навколо провідників зі струмом або рухомих заряджених частинок;

b) Проявляється за дією на провідники зі струмом або рухомі заряджені частинки;

c) Існує об’єктивно, незалежно від нас.

4. Сила взаємодії двох паралельних прямолінійних провідників зі струмом.

Два паралельних провідники довжиною зі струмами і ,

відстань між якими взаємодіють з силою

- магнітна проникність середовища, - магнітна стала

5. 1А – одиниця сили струму, яка дорівнює силі постійного струму при якій два нескінченно довгі паралельні провідники, розташовані у вакуумі на відстані 1 м один від одного, на кожний метр своєї довжини взаємодіють з силою .

6. Магнітна стала:

 

7. Вектор магнітної індукції –векторна фізичнавеличина, яка характеризує силову дію магнітного поля і показує з якою силою магнітне поле діє на провідник довжиною 1 м, орієнтований перпендикулярно до ліній магнітної індукції, при проходженні по ньому струму силою 1 А.

 

8. 1 Тл– це індукція магнітного поля, яке на провідник довжиною 1 м, орієнтований перпендикулярно до ліній магнітної індукції, діє з силою 1Н при проходженні по ньому струму силою 1А.

9. Силові лінії магнітного поля (лінії магнітної індукції)– це лінії, дотичні до яких в кожній точці збігаються за напрямом з вектором магнітної індукції .

Лінії магнітної індукції завжди є замкненими, тому магнітне поле називають вихровим.

10. Напрямок вектора магнітної індукції (ліній магнітної індукції) –збігається з віссю магнітної стрілки в напрямку її північного полюсу (вказує північний полюс магнітної стрілки).

11. Магнітне поле прямолінійного провідника зі струмом: лінії

магнітної індукції являють собою концентричні кола, що

лежать в площині перпендикулярній до осі провідника, а їх

центри знаходяться на осі провідника.

Правило свердлика для визначення напрямку вектора

магнітної індукції прямолінійного провідника зі струмом:

якщо поступальний рух свердлика збігається з напрямком стуму, то обертання його ручки

показує напрям вектора магнітної індукції.

13. Правило правої руки для визначення напрямку вектора магнітної індукції прямолінійного провідника зі струмом:Якщо прямий провідник охопити чотирма пальцями правої руки так, щоб великий палець, розміщений вздовж провідника, вказував напрям струму, то напрям згину чотирьох пальців відповідатиме напрямку вектора магнітної індукції.

14. Розрахунок модуля вектора магнітної індукції прямолінійного провідника зі струмомсилою на відстані від провідника

- магнітна проникність середовища

- магнітна стала.

15. Магнітне поле колового витка зі струмом:густина ліній магнітної індукції найбільша «всередині» витка, а за витком магнітного поля практично

не існує, оскільки магнітні поля двох протилежних ділянок

витка взаємно послаблюють одне одного.

16. Розрахунок модуля вектора магнітної індукції в центрі

колового виткарадіусом по якому тече струм силою І

17. Соленоїд – довга пряма котушка з однакових витків, що не лежать в одній прямій.

18. Розрахунок модуля вектора магнітної індукції котушки зі струмомдовжиною і з кількістю витків по якій іде струм

19. Магнітне поле котушки (соленоїда) зі струмом:густина ліній магнітної індукції найбільша «всередині» витка, а за витком магнітного поля практично не існує, оскільки магнітні поля двох протилежних ділянок витка взаємно послаблюють одне одного. Накладаючись, магнітні поля кожного з витків, взаємно підсилюють одне одного, тому всередині соленоїда відбувається значне підсилення магнітного поля, при цьому соленоїд можна розглядати як магніт полюси якого розташовані біля торців соленоїда.

20. Правило свердлика для визначення напрямку вектора магнітної індукції поля колового витка зі струмом або котушки зі струмом:якщо обертання ручки свердлика показує напрям сили стуму у витку чи котушці, то поступальний рух свердлика збігається з напрямом вектора магнітної індукції.

21. Правило правої руки для визначення напрямку вектора магнітної індукції поля колового витка зі струмом або котушки зі струмом:Якщо коловий виток чи котушку зі струмом охопити чотирма пальцями правої руки так, щоб зігнуті чотири пальці вказували напрям струму в провіднику, тоді великий палець, розміщений вздовж осі витка чи котушки, вказуватиме напрямку вектора магнітної індукції.

22. Принцип суперпозиції магнітних полів: Вектор магнітної індукції поля створеного кількома струмами дорівнює векторній сумі магнітних індукцій полів створених кожним провідником окремо:

23. Електромагніт – являє собою котушку з феромагнітним осердям.

24. Сила Ампера –сила, що діє з боку магнітного поля на провідник зі струмом.

де - модуль вектора магнітної індукції

- сила струму в провіднику

- довжина провідника

- кут між напрямом струму в провіднику та індукцією мгнітного поля .

25. Правило лівої руки для визначення напряму сили Ампера: якщо розмістити ліву руку вздовж провідника так, щоб чотири пальці вказували напрям струму в ньому, а лінії магнітної індукції входили в долоню, то відігнутий великий палець покаже напрям сили Ампера.

26. Момент сил , що діють на рамку зі струмом в магнітному полі.

де - кількість витків в рамці

- модуль вектора магнітної індукції,

- сила струму в провіднику,

- площа рамки.

- кут між і нормаллю (перпендикуляром) до поверхні рамки

Максимальний обертальний момент буде тоді, коли площина контуру буде паралельною до ліній магнітної індукції ( )

27. Електродвигун – це пристрій для перетворення електроенергії на механічну. В основі дії електродвигуна лежить обертальна дія сили Ампера на виток зі струмом.

28. Принцип дії електродвигуна постійного струму:на рамку намотана обмотка 1, кінці якої приєднані до металевих півкілець 2, ізольованих одне від одного. До півкілець притиснуті пружні щітки 3, через які до рамки подається струм від джерела 4. Рамка розташована між полюсами магніту 5. Коли по рамці 1 іде струм, то на неї діє момент сил з боку магнітного поля і рамка починає обертатись. Для того, щоб рамка оберталась весь час в одному напрямку, після кожного півоберту кільця міняються місцями.

29. Сила Лоренца – сила, що діє з боку магнітного поля на рухому заряджену частинку.

де - заряд частинки

- швидкість руху частинки

- модуль вектора магнітної індукції

- кут між напрямом руху частинки та індукцією

магнітного поля

30. Правило лівої руки для визначення напряму сили Лоренца:якщо розмістити ліву руку так, щоб чотири пальці вказували напрям руху позитивно зарядженої частинки або були спрямовані проти напряму руху негативно зарядженої частинки, а лінії магнітної індукції входили в долоню, то відігнутий великий палець покаже напрям дії сили Лоренца.

31. Рух зарядженої частинки в магнітному полі:

a) - частинка рухається вздовж ліній магнітної індукції: в даному випадку , , тобто , а це означає, що магнітне поле на заряджену частинку діяти не буде і вона рухатиметься рівномірно і прямолінійно за відсутності на неї впливу інших тіл.

b) - частинка рухається перпендикулярно до ліній магнітної індукції: в даному випадку , , тобто , а це означає, що магнітне поле діятиме на заряджену частинку з силою перпендикулярною до напрямку її руху,тому частинка, відповідно до другого закону Ньютона буде рухатись по колу радіусом :

а період обертання частинки по колу рівний:

c) частинка рухається під кутом до ліній магнітної індукції ( )

то заряд рухатиметься по гвинтовій траєкторії навколо ліній магнітної індукції.

Вектор можна розкласти на складові (вздовж ліній індукції, на яку не діє сила Лоренца, і яка відповідає за крок гвинтової лінії) та (перпендикулярну до ліній магнітної індукції і яка визначає радіус витка). Величина складових швидкості визначається як проекція швидкості частинки на відповідний напрямок. Як видно з малюнка

Використання сили Лоренца

а)в мас-спектрометрах - пристрої для визначення мас заряджених

частинок

б) в прискорювачах елементарних частинок – циклотронах

в) в електронно - променевизх трубках

33. Пояснення магнітних властивостей речовини (теорія Ампера)Атом будь-якої речовини - це складна мікроскопічна магнітна система. Кожний електрон в атомі має орбітальний магнітний момент , існування якого пояснюється обертанням електрона навколо ядра і створенням струму середнє значення якого рівне , а також електрони мають власне магнітне поле, що характеризується спіновим магнітним моментом. Спіновий магнітний момент значно менший за орбітальний, тому магнітні властивості речовин визначаються переважно орбітальними магнітними моментами.

34. Магнітна проникність середовища – фізична величина, що показує у скільки разів дія магнітного поля в речовині сильніша ніж у вакуумі

35. Діамагнетики –речовини атоми яких не мають власного магнітного момента, тобто в яких спінові та орбітальні моменти електронів взаємно скомпенсовані. Діамагнетики послаблюють зовнішнє магнітне поле, оскільки при внесенні їх в магнітне поле в них виникає індукований магнітний момент напрямлений протилежно до зовнішнього магнітного поля, тобто для них .

36. Парамагнетики –речовини, атоми і молекули яких мають відмінний від нуля магнітний момент. При внесенні в магнітне поле в них відбувається переважна орієнтація магнітних моментів атомів в напрямку зовнішнього магнітного поля, тому для них .

37. Феромагнетики – речовини, всередині яких є області спонтанного (самодовільного) намагнічування – домени (розмірами 0,001- 0,1мм). При внесенні феромагнетика в зовнішнє магнітне поле відбувається перемагнічування доменів в напрямку зовнішнього магнітного поля, що призводить до різкого підсилення поля, тому для феромагнетиків ( ).

38. Температура Кюрі– температура, при якій у феромагнетика зникають феромагнітні властивості, внаслідок інтенсивного теплового руху його атомів і молекул .

39. Використання феромагнетиків: осердя реле, електромагнітів, трансформаторів, статори та ротори електродвигунів та генераторів змінного струму, постійні магніти виготовляють з феромагнетиків, ферити (феромагнетики - діелектрики) використовують для запису та відтворення звуку та інформації.

40. Магнітний потік - фізична величина, що характеризує магнітне поле індукцією , яке пронизує певну поверхню площею

- кут між вектором магнітної індукції і нормаллю до

поверхні

1Вб – це магнітний потік, створений полем індукцією 1 Тл

через поверхню площею 1 м2 орієнтовану перпендикулярно до ліній магнітної

індукції .

41. Електромагнітна індукція –виникнення електричного струму в замкнутому провіднику, який знаходиться в змінному магнітному полі або рухається в постійному магнітному полі так що кількість ліній магнітної індукції змінюється з часом.

Електромагнітна індукція –виникнення електричного струму в замкнутому провіднику, внаслідок зміни магнітного потоку, що пронизує контур провідника.

42. Індукційний струм –струм,що виникає в провіднику при електромагнітній індукції.

43. Необхідна умова для виникнення індукційного струму:кількість ліній магнітної індукції, що пронизують контур змінюється з часом.

44. Правило Ленца :індукційний струм у замкненому провіднику завжди має такий напрям, що створюваний цим струмом власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукційний струм.

Правило Ленца :індукційний струм, що виникає у замкненому провіднику своїм магнітним полем протидіє тим змінам магнітного поля яким він викликаний.

45. Пояснення правила Ленца з точки зору закону збереження енергії: енергія індукційного струму в провіднику одержується за рахунок тієї енергії, яка затрачається на подолання протидії магнітного поля індукційного струму. Правило Ленца є законом збереження і перетворення енергії в електромагнітних процесах.

46. Алгоритм визначення індукційного струму:

а) визначити напрямок ліній магнітної індукції зовнішнього магнітного

поля.

б) з’ясувати як змінюється магнітне поле (слабшає , чи сильнішає )

в) визначити напрямок ліній магнітної поля , що створює індукційний струм (якщо , то поля спів напрямлені , якщо , то поля протилежно напрямлені )

г) визначити напрямок індукційного струму в провіднику за правилом свердлика.

47. Закон електромагнітної індукціїабо закон Фарадея – Максвела:ЕРС індукції , яка виникає у замкнутому контурі, дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує контур, взятій з протилежним знаком

У випадку, коли контур має витків:

48. Природа ЕРС індукції в рухомих провідниках:має магнітну природу (виникає внаслідок дії сили Лоренца)