Определите величину и направление действующей на протон силы лоренца: Определите величину и направление силы Лоренца, дуйствующей на протон в изображенном на

Сила Лоренца 🐲 СПАДИЛО.РУ

Определение

Сила Лоренца — сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.

Модуль силы Лоренца обозначается как FЛ. Единица измерения — Ньютон (Н).

Модуль силы Лоренца численно равен отношению модуля силы F, действующий на участок проводника длиной l, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся на этом участке проводника:

FЛ=FN.

Рассмотрим отрезок тонкого прямого проводника с током. Пусть длина отрезка ∆l и площадь поперечного сечения проводника S настолько малы, что вектор индукции магнитного поля →B можно считать неизменным в пределах этого отрезка проводника.

Сила тока I в проводнике связана с зарядом частиц q, концентрацией заряженных частиц (число зарядов в единице объема) и скоростью их упорядоченного движения v следующей формулой:

I=qnvS

Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на выбранные элемент тока, равен:

F=|I|ΔlBsin.α

Подставляя сюда выражение, полученное для силы тока, получим:

F=|qnvS|ΔlBsin. α=|q|nvSΔlBsin.α

Учтем, что число заряженных частиц в рассматриваемом объеме равно произведению величины этого объема на концентрацию самих частиц:

N=nSΔlB

Тогда:

F=|q|vNBsin.α

Следовательно, на каждый движущийся заряд действует сила Лоренца, равная:

FЛ=FN..=|q|vNBsin.αN..=|q|vBsin.α

α — угол между вектором скорости движущегося заряда и вектором магнитной индукции.

Пример №1. Определить силу, действующую на заряд 0,005 Кл, движущийся в магнитном поле с индукцией 0,3 Тл со скоростью 200 м/с под углом 45o к вектору магнитной индукции.

FЛ=|q|vBsin.α=0,005·200·0,3·√22..≈0,2 (Н)

Направление силы Лоренца

Сила Лоренца перпендикулярна вектору магнитной индукции и вектору скорости движущегося заряда. Ее направление определяется с помощью правила левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции →B, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца.

Пример №2. Протон p имеет скорость →v, направленную горизонтально вдоль прямого длинного проводника с током I (см. рисунок). Куда направлена действующая на протон сила Лоренца?

В точке, в которой находится протон, вектор магнитной индукции направлен в сторону от наблюдателя. Это следует из правила буравчика. Теперь применим правило левой руки. Для этого четыре пальца левой руки направим в сторону движения протона — вправо. Ладонь развернем в сторону наблюдателя, чтобы линии магнитной индукции входили в нее перпендикулярно. Теперь отставим на 90 градусов большой палец. Он показывает вверх. Следовательно, сила Лоренца, действующая на протон, направлена вверх.

Работа силы Лоренца

Поскольку вектор силы Лоренца направлен перпендикулярно скорости движения заряда, угол между перемещением этого заряда и этой силы равен 90о. Работа любой силы определяется формулой:

A=Fscos.α

Но так как косинус 90о равен 0, сила Лоренца не совершает работу. Это значит, что сила Лоренца не влияет на модуль скорости перемещения заряда. Но она может менять вектора его скорости.

Полная сила, действующая на заряд

При решении задач, в которых заряженная частица находится одновременно в электрическом и магнитном полях, нужно учитывать, что не нее действует сразу две силы. Со стороны магнитного поля — сила Лоренца. Со стороны электрического поля — сила →Fэл, действующая на неподвижный заряд, помещенный в данную точку поля. Она равна произведению этого заряда на напряженность электрического поля:

→Fэл=q→E

Следовательно, полная сила, действующая на заряд, равна:

→F=→Fэл+→Fл=q→E+|q|→v→Bsin.α

Пример №3. В пространстве, где существует одновременно однородное и постоянное электрическое и магнитное поля, по прямолинейной траектории движется протон. Известно, что напряженность электрического поля равна →E. Какова индукция →B магнитного поля?

Прямолинейное движение протона возможно в двух случаях:

  • Вектор →E направлен вдоль траектории движения протона. Тогда вектор →B также должен быть направлен вдоль этой траектории, и его модуль может быть любым, так как магнитное поле на частицу действовать не будет.
  • Векторы →E, →B и →v взаимно перпендикулярны, и сила, действующая на протон со стороны электрического поля, равна по модулю и противоположна по направлению силе Лоренца, действующей на протон со стороны магнитного поля (см. рисунок).

Заряд протона равен модулю заряда электрона — e. Сложим силы, действующие на протон по оси ОУ:

e→E+→FЛ=0

В скалярной форме:

eE−evB=0

Следовательно:

B=Ev..

Задание EF17621

Протон ускоряется постоянным электрическим полем конденсатора, напряжение на обкладках которого 2160 В. Затем он влетает в однородное магнитное поле и движется по дуге окружности радиуса 20 см в плоскости, перпендикулярной линиям магнитной индукции. Каков модуль вектора индукции магнитного поля? Начальной скоростью протона в электрическом поле пренебречь. Ответ выразить в мТл, округлив до десятых.

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные и перевести единицы измерения величин в СИ.

2.Записать формулу для определения силы Лоренца.

3.Выразить модуль вектора магнитной индукции.

4.Определить недостающие величины.

5.Выполнить решение в общем виде.

6.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.

Решение

Запишем исходные данные:

• Напряжение на обкладках конденсатора: U = 2160 В.

• Радиус окружности, по которой движется протон в однородном магнитном поле: R = 20 см.

• Масса протона: m = 1,673·10–27 кг.

• Заряд протона: q = 1,6·10–19 Кл.

20 см = 0,2 м

Сила Лоренца определяется формулой:

FЛ=|q|vBsin.α

По условию задачи протон движется перпендикулярно вектору магнитной индукции. Поэтому синус угла между вектором скорости и вектором магнитной индукции будет равен 1. А протон имеет положительный заряд. Тогда:

FЛ=qvB

Сила Лоренца сообщает протону центростремительное ускорение, равное:

a=v2R. .

Применим второй закон Ньютона:

F=ma

qvB=mv2R..

Отсюда модуль вектора магнитной индукции равен:

B=mv2qvR..=mvqR..

Энергия заряда, движущегося в электрическом поле, определяется формулой:

W=qU

Но энергию заряда также можно выразить как кинетическую энергию движения:

W=Eк=mv22..

Приравняем правые части выражений и получим:

qU=mv22..

Отсюда ускорение протона равно:

v=√2qUm..

Конечная формула для определения модуля вектора магнитной индукции:

B=mvqR..=mqR..√2qUm..=√2UmqR2..

Ответ: 33,6


pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF17600 Протон движется в однородном магнитном поле со скоростью υ, направленной перпендикулярно вектору магнитной индукции B (см. рисунок). Как направлена сила Лоренца, действующая на протон?

а) влево

б) вправо

в) к нам

г) от нас

Алгоритм решения

  1. Определить, каким способом можно найти направлений силы Лоренца, действующей на протон.
  2. Применить правила и найти направление силы Лоренца.

Решение

Силу Лоренца, действующую на заряженную частицу, можно найти с помощью правила левой руки. Для этого мысленно расположим четыре пальца левой руки в сторону, совпадающей с направлением движения положительной частицы (протона). Относительно рисунка пальца будут направлены вниз. Теперь развернем ладонь так, чтобы в нее входили линии магнитной индукции. Теперь отклоним на 90 градусов большой палец. Он будет направлен от плоскости рисунка к нам. Это и есть направление силы Лоренца, действующей на протон.

Ответ: в


pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF17749

Протон в однородном магнитном поле движется по окружности. Чтобы в этом поле двигалась по окружности с той же скоростью α-частица, радиус окружности, частота обращения и энергия α-частицы по сравнению с протоном должны:

  1. увеличиться
  2. уменьшиться
  3. не измениться

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Алгоритм решения

1.Записать формулу для определения силы Лоренца.

2.Установить, от чего зависят перечисленные в таблице физические величины.

3.Определить характер их изменения при изменении заряда.

Решение

Сила Лоренца определяется формулой:

FЛ=|q|vBsin.α

Если вместо протона взять альфа-частицу, то заряд увеличится вдвое, так как альфа-частица содержит 2 протона. Сила Лоренца прямо пропорционально зависит от величины заряда. Следовательно, она тоже увеличится вдвое. Скорость движения заряда по условию задачи остается постоянной, как и модуль вектора магнитной индукции.

Сила Лоренца будет сообщать альфа-частице центростремительное ускорение, равное:

a=v2R..

Применим второй закон Ньютона:

F=ma

|q|vBsin.α=mv2R..

Отсюда:

|q|Bsin.α=mvR..

R=mv|q|Bsin.α..

Заряд альфа-частицы больше заряда протона вдвое. Она также содержит 2 нейтрона, поэтому ее масса примерно в 4 раза больше массы протона. Следовательно, радиус движения альфа-частицы увеличится примерно вдвое.

Частота обращения альфа-частицы связана с ее линейной скоростью формулой:

v=2πRν

Так как скорость остается постоянной, то при увеличении радиуса частота обращения должна уменьшиться.

Энергия альфа-частицы будет больше, чем у протона, вращающегося с той же скоростью. Это связано с тем, что ее кинетическая энергия будет примерно в 4 раза больше (так как во столько раз больше ее масса).

Ответ: 121


pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Самостоятельная работа по теме: Магнитное поле

Самостоятельная работа по теме: Магнитное поле.

Вариант 1.

Задание 1.

  1. Какая сила действует на проводник длиной 0,1 м в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл, если ток в проводнике 5 А, а угол между направлением тока и линиями индукции 300?

  2. Определите величину силы Лоренца действующей на протон (заряд протона 1,6 ·10-19 Кл), если индукция магнитного поля 80 мТл, а скорость движения протона 200 км/с. Угол между направлением скорости и индукцией равен 900.

Задание 2. Определить как направлены: сила Ампера, сила Лоренца, вектор магнитной индукции в зависимости от варианта задания.

1 ) 2) 3) 5)

Варианты ответов: 4)

а) вверх б) вниз

в) от нас г) к нам

д) по часовой стрелке

е) против часовой стрелки

ж) равна нулю или не действует

и) вправо

к) влево

Самостоятельная работа по теме: Магнитное поле.

Вариант 2.

Задание 1.

  1. Вычислите силу Лоренца, действующую на протон (заряд протона 1,6 ·10-19 Кл), движущийся со скоростью 106 м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,3 Тл перпендикулярно линиям индукции.

  2. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник с током 30 А, длина активной части которого 10 см, действует сила 1,5 Н. Под каким углом к вектору магнитной индукции расположен проводник?

З адание 2. Определить как направлены: сила Ампера, сила Лоренца, вектор магнитной индукции в зависимости от варианта задания.

  1. 2) 3) 5)

4)

Варианты ответов:

а) вверх б) вниз

в) от нас г) к нам

д) по часовой стрелке

е) против часовой стрелки

ж) равна нулю или не действует

и) вправо

к) влево

Самостоятельная работа по теме: Магнитное поле.

Вариант 3.

Задание1 .

  1. Вычислите индукцию магнитного поля, в котором на проводник длиной 0,3 м при токе 0,5 А действует максимальная сила 10 мН.

  2. В однородном магнитном поле с индукцией 1 Тл протон (заряд протона 1,6 ·10-19 Кл) движется со скоростью 108 м/с перпендикулярно к линиям индукции. Определите силу, действующую на протон.

Задание 2. Определить как направлены: сила Ампера, сила Лоренца, вектор магнитной индукции в зависимости от варианта задания.

1 ) 2) 3) 5)

4)

Варианты ответов:

а ) вверх б) вниз

в) от нас г) к нам

д) по часовой стрелке

е) против часовой стрелки

ж) равна нулю или не действует

и) вправо

к) влево

Самостоятельная работа по теме: Магнитное поле.

Вариант 4.

  1. Какую работу выполняет однородное магнитное поле с индукцией 0,015 Тл при перемещении на расстояние 20 см проводника длиной 2 м, по которому течет ток 10 А? перемещение осуществляется в направлении действия сил. Проводник размещен под углом 300 к направлению линий магнитной индукции.

  2. Определите величину вектора магнитной индукции, если действующая на электрон (заряд электрона 1,6 ·10-19 Кл) сила Лоренца равна 0,5 пН, а скорость движения электрона 10 Мм/с. Электрон движется перпендикулярно линиям магнитной индукции.

З адание 2. Определить как направлены: сила Ампера, сила Лоренца, вектор магнитной индукции в зависимости от варианта задания.

  1. 2) 3) 5)

4)

Варианты ответов:

а) вверх б) вниз

в) от нас г) к нам

д) по часовой стрелке

е) против часовой стрелки

ж) равна нулю или не действует

и) вправо

к) влево

Самостоятельная работа по теме: Магнитное поле.

Вариант 5.

Задание 1.

  1. Электрон(заряд электрона 1,6 ·10-19 Кл) влетает в однородное магнитное поле с индукцией 0,0014 Тл в вакууме со скоростью 500 км/с перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на электрон.

  2. Определите величину силы Ампера, действующей на проводник в магнитном поле с индукцией0,1 Тл, сила тока в проводнике равна 20 А, а длина 4 см. Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитного поля.

З адание 2. Определить как направлены: сила Ампера, сила Лоренца, вектор магнитной индукции в зависимости от варианта задания.

  1. 2) 3) 5)

4)

Варианты ответов:

а) вверх б) вниз

в) от нас г) к нам

д) по часовой стрелке

е) против часовой стрелки

ж) равна нулю или не действует

и) вправо

к) влево

Самостоятельная работа по теме: Магнитное поле.

Вариант 6.

Задание 1.

  1. Определите силу тока действующую на проводник в магнитном поле с индукцией 50 мТл, если он имеет длину 10 см, и расположен перпендикулярно линиям индукции. Сила Ампера, действующая на проводник равна 40 мН.

  2. Определите силу Лоренца, действующую на движущийся электрон в однородном магнитном поле с индукцией 0, 02 Тл при скорости 5 Мм/с перпендикулярно линиям индукции.

Задание 2. Определить как направлены: сила Ампера, сила Лоренца, вектор магнитной индукции в зависимости от варианта задания.

  1. 2) 3) 5)

4)

Варианты ответов:

а) вверх б) вниз

в) от нас г) к нам

д) по часовой стрелке

е) против часовой стрелки

ж) равна нулю или не действует

и) вправо

к) влево

Протон в магнитном поле | Облепиха

У нас давно не было, что называется, “практического” параграфа, в котором бы рассматривалась какая-нибудь задача на применение ранее изученного материала. Сейчас мы это исправим.

Пусть есть протон, движущийся в однородном магнитном поле со скоростью, равной 1/10 скорости света. Величина магнитной индукции равна 2 теслам.

Сперва нужно найти как величину, так и направление силы Лоренца, которая будет действовать на эту заряженную частицу. {-12}\,Н

Теперь нужно определить ее направление. Для этого воспользуемся правилом левой руки.

Вектор магнитной индукции направлен на нас, а вектор скорости протона направлен вправо. Отогнутый на 90 градусов большой палец левой руки в плоскости рисунка указывает на юг.

Как видите, сила Лоренца направлена перпендикулярно к вектору скорости, поэтому она не будет менять его величину. Но она будет менять его направление. В данном случае сила Лоренца будет центростремительной силой, заставляющей протон двигаться по окружности.

Предположим, что нам нужно определить радиус этой окружности. Это нетрудно сделать, если применить пару фактов из области механики.

Вспомним второй закон Ньютона:

F=ma

В данном случае мы можем не учитывать направления векторных величин, а работать только с их модулями.

Единственная сила, которая будет действовать на протон, – это сила Лоренца. Она будет сообщать ему центростремительное ускорение, которое может быть найдено через квадрат скорости частицы и радиус окружности, по которой она вращается:

F_л=m×\dfrac{v^2}{R}

R=\dfrac{mv^2}{F_л}

Нам осталось посмотреть значение массы протона в справочных таблицах (m\approx{1. {-1}\,м=16\,см

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца

Урок № 43-169 Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца Сила Лоренца — сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу. FЛ= qvBsinα

q — заряд частицы;

V — скорость заряда;

В – вектор индукции магнитного поля;

α — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заря­да (против движения отрицательно­го), то отогнутый на 90° большой палец покажет направление дейст­вующей на заряд силы Лоренца Fл.

Выводы:

  1. Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы (т. е. не изменяет величину скорости заряда и его кинетическую энергию).

  2. Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то FЛ = 0 , и заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно.

  3. Если заряженная частица движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то сила Лоренца является центростремительной и создает

центростремительное ускорение. В этом случае частица движется по окружности

Согласно второму закону Ньютона: сила Лоренца равна

произведению массы частицы на центростремительное ускорение q∙v∙B = , тогда радиус окружности R= , а период обращения заряда в магнитном поле T =

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

Вопросы.

1. Чему равен модуль силы Лоренца?

2. Как движется заряженная частица в однородном магнитном поле, если началь­ная скорость частицы перпендикулярна ли­ниям магнитной индукции?

3. Как определить направление силы Ло­ренца?

4. Почему сила Лоренца меняет на­правление скорости, но не меняет ее модуль?

Экзаменационный вопрос. Сила Лоренца

50. Чему равна сила, действующая на заряд 10-7 Кл, движущийся со скоростью 600 м/с в магнитном поле с индукцией 0,02 Тл, если скорость направлена перпендикулярно линиям магнитной индукции?

А. 3  10-11 Н. Б. 12  10-11 Н. В. 12  10-7 Н. Г. 3  10-7 Н. Д. Сила равна 0.

Задачи

№ 1 В каком направлении повернется магнитная стрелка в контуре с током на рисунке.1?

№ 2. Обозначить полюсы источника тока, питающе­го соленоид, чтобы наблюдалось

Взаимодействие, указанное на рисунке 2.

№ 3. Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого 0,5 Тл, со скоростью 20000 км/с перпендикулярно линиям индукции. Определить силу, с которой магнитное поле действует на электрон.

№ 4. На рисунке 3 изображены четыре частицы, имеющие одинаковые заряды и вылетающие из точки А в магнитное поле с одинаковыми скоростями. Определить знак заряда частиц и объяснить причину несовпадения траекторий их движения.

№ 5. На рисунке 4 даны направления векторов В и v. Определить направление силы Лоренца,

действующей на отрицательный электрический заряд.

№ 6. Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого

0,05 Тл, перпендикулярно линиям индукции со скоростью 40000 км/с. Определить
радиус кривизны траектории электрона.

№ 7. По направлениям векторов В и v, изображенных на рисунке 5, определить направление силы Лоренца, действующей на положительный заряд.

№ 8.Электрон и протон, двигаясь со скоростями, влетают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции. Сравнить радиусы кривизны траекторий протона и электрона, если масса протона 1,67∙10 -27 кг, а масса электрона 9,1∙ 10-31 кг.

№ 9. Определить знак заряда частицы, влетевшей в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции, и указать направление силы Лоренца в точках А, В, С и О на рисунке 6.

Задачи трех уровней. Сила Лоренца

1. Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией 0,02 Тл. Скорость электрона равна 107 м/с и электрон Чему равна сила, действующая на электрон?

2. Протон движется со скоростью 5∙106 м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,2 Тл. Определить силу, действующую на протон, если угол между направлением скорости протона и линиями индукции равен 30º.

3. С какой скоростью влетел электрон в однородное магнитное поле с индукцией 10-2 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции, если сила, действующая на него, равна 4,8∙10 -15 Н.

4. В однородное магнитное поле влетает электрон со скоростью 3,2∙107 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции. Определить вектор магнитной индукции, если радиус, по которому движется электрон в магнитном поле, 0,91 мм.

5. С какой скоростью влетел электрон в магнитное поле перпендикулярно линиям индукции с В=0,1 Тл, если радиус его движения равен 0,5 мм?

6. В однородное магнитное поле индукцией 0,8 Тл влетает электрон со скоростью 4∙107 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции. Определить радиус, по которому будет двигаться электрон в магнитном поле.

7. Ионы какого химического элемента разгоняются в электрическом поле с напряжением 800В и затем попадают в однородное магнитное поле с индукцией 0,25 Тл, где движутся в вакууме по окружности радиусом 8см?

8. Из электронной пушки, ускоряющее напряжение которой 600 В вылетает электрон и попадает в однородное магнитное поле с индукцией 1,2 Тл. Направление скорости составляет с направлением линий магнитной индукции угол 30º. Найти ускорение электрона в магнитном поле. Отношение заряда электрона к его массе g/m=1,76∙1011 Кл/кг.

9. Электрон, обладающий кинетической энергией 1,6∙10-18 Дж влетел в магнитное поле, перпендикулярно линиям индукции В=0,1Тл. Чему равно центростремительное ускорение, которое получает электрон в магнитном поле?

http://landing.megapost.info/phisic/

2

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис 6

Как вычислить силу лоренца — Инженер ПТО

Протон p, влетевший в зазор между полюсами электромагнита, имеет скорость перпендикулярно вектору индукции B магнитного поля, направленному вертикально. Куда направлена действующая на протон сила Лоренца F?

1) от наблюдателя

2) к наблюдателю

3) горизонтально вправо

4) вертикально вниз

По правилу левой руки: «Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением движения заряда, то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца, действующей на положительный заряд».Поскольку протон несет положительный заряд, мысленно проделав указанные действия, получаем, что сила Лоренца направлена от наблюдателя.

Правильный ответ указан под номером 1.

Почему сделан акцент на том, что заряд положительный?

Потому что для отрицательного заряда направление силы будет противоположное

Пря­мо­ли­ней­ный про­вод­ник дли­ной L с током I по­ме­щен в од­но­род­ное маг­нит­ное поле пер­пен­ди­ку­ляр­но ли­ни­ям ин­дук­ции B. Как из­ме­нит­ся сила Ам­пе­ра, дей­ству­ю­щая на про­вод­ник, если его длину уве­ли­чить в 2 раза, а силу тока в про­вод­ни­ке умень­шить в 4 раза?

2) умень­шит­ся в 4 раза

3) уве­ли­чит­ся в 2 раза

4) умень­шит­ся в 2 раза

Сила Ам­пе­ра, дей­ству­ю­щая на про­вод­ник с током, по­ме­щен­ный в маг­нит­ном поле пер­пен­ди­ку­ляр­но си­ло­вым ли­ни­ям, прямо про­пор­ци­о­наль­на про­из­ве­де­нию длины про­вод­ни­ка и силы тока, те­ку­ще­го через него: Уве­ли­че­ние длины в 2 раза и умень­ше­ния силы тока в 4 раза при­ве­дет к умень­ше­нию силы Ам­пе­ра в 2 раз.

Пра­виль­ный ответ ука­зан под но­ме­ром 4.

Электрическая цепь, состоящая из четырех прямолинейных горизонтальных проводников (1−2, 2−3, 3−4, 4−1) и источника постоянного тока, находится в однородном магнитном поле. Вектор магнитной индукции В направлен горизонтально вправо (см. рисунок, вид сверху). Куда направлена вызванная этим полем сила Ампера, действующая на проводник 1−2?

1) горизонтально влево

2) горизонтально вправо

3) перпендикулярно плоскости рисунка вниз

4) перпендикулярно плоскости рисунка вверх

Согласно правилу левой руки: «Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле». Мысленно проделав указанные действия, учитывая, что ток течет от к получаем, что сила Ампера, действующая на проводник 1−2 направлена перпендикулярно плоскости рисунка вверх.

Действие магнитного поля на движущийся заряд

— сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу.

где q — заряд частицы;

V — скорость заряда;

a — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки:

Если поставить левую руку так, чтобы перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входила в ладонь, а четыре пальца были бы расположены по направлению скорости движения положительного заряда (или против направления скорости отрицательного заряда), то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца:

.

Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы (т.е. не изменяет величину скорости заряда и его кинетическую энергию).

Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то Fл = 0 , и заряд в магнитном поле движетсяравномерно и прямолинейно.

Если заряженная частица движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то сила Лоренца является центростремительной:

и создает центростремительное ускорение равное:

В этом случае частица движется по окружности.

.

Согласно второму закону Ньютона: сила Лоренца равнв произведению массы частицы на центростремительное ускорение:

тогда радиус окружности:

а период обращения заряда в магнитном поле:

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. Если внести проводник с током в магнитное поле (фиг.96,а), то мы увидим, что в результате сложения магнитных полей магнита и проводника произойдет усиление результирующего магнитного поля с одной стороны проводника (на чертеже сверху) и ослабление магнитного поля с другой стороны проводника (на чертеже снизу). В результате действия двух магнитных полей произойдет искривление магнитных линий и они, стремясь сократиться, будут выталкивать проводник вниз (фиг. 96, б).

Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно определить по «правилу левой руки». Если левую руку расположить в магнитном поле так, чтобы магнитные линии, выходящие из северного полюса, как бы входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца совпадали с направлением тока в проводнике, то большой отогнутый палец руки покажет направление действия силы. Сила Ампера , действующая на элемент длины проводника, зависит: от величины магнитной индукции В, величины тока в проводнике I, от элемента длины проводника и от синуса угла а между направлением элемента длины проводника и направлением магнитного поля.

Эта зависимость может быть выражена формулой:

Для прямолинейного проводника конечной длины, помещенного перпендикулярно к направлению равномерного магнитного поля, сила, действующая на проводник, будет равна:

Из последней формулы определим размерность магнитной индукции.

Так как размерность силы:

т. е. размерность индукции такая же, какая была получена нами из закона Био и Савара.

Тесла (единица магнитной индукции)

Тесла, единица магнитной индукции Международной системы единиц, равная магнитной индукции, при которой магнитный поток сквозь поперечное сечение площадью 1 м2 равен 1 веберу. Названа по имени Н. Тесла. Обозначения: русское тл, международное Т. 1 тл = 104 гс(гаусс).

Магни?тный моме?нт, магни?тный дипо?льный моме?нт — основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитный момент измеряется в А⋅м 2 или Дж/Тл (СИ), либо эрг/Гс (СГС), 1 эрг/Гс = 10 -3 Дж/Тл. Специфической единицей элементарного магнитного момента является магнетон Бора. В случае плоского контура с электрическим током магнитный момент вычисляется как

,

где — сила тока в контуре, — площадь контура, — единичный вектор нормали к плоскости контура. Направление магнитного момента обычно находится по правилу буравчика: если вращать ручку буравчика в направлении тока, то направление магнитного момента будет совпадать с направлением поступательного движения буравчика.

Для произвольного замкнутого контура магнитный момент находится из:

,

где — радиус-вектор, проведенный из начала координат до элемента длины контура

В общем случае произвольного распределения токов в среде:

,

где — плотность тока в элементе объёма .

Итак, на контур с током в магнитном поле действует вращающий момент. Контур ориентируется в данной точке поля только одним способом. Примем положительное направление нормали за направление магнитного поля в данной точке. Вращающий момент прямо пропорционален величине тока I, площади контура S и синусу угла между направлением магнитного поля и нормали .

здесь М – вращающий момент, или момент силы, – магнитный момент контура (аналогично – электрический момент диполя).

В неоднородном поле ( ) формула справедлива, если размер контура достаточно мал (тогда в пределах контура поле можно считать приближенно однородным). Следовательно, контур с током по-прежнему стремится развернуться так, чтобы его магнитный момент был направлен вдоль линий вектора .

Но, кроме того, на контур действует результирующая сила (в случае однородного поля и . Эта сила действует на контур с током или на постоянный магнит с моментом и втягивает их в область более сильного магнитного поля.
Работа по перемещению контура с током в магнитном поле.

Нетрудно доказать, что работа по перемещению контура с током в магнитном поле равна , где и — магнитные потоки через площадь контура в конечном и начальном положениях. Эта формула справедлива, если ток в контуре постоянен, т.е. при перемещении контура не учитывается явление электромагнитной индукции.

Формула справедлива и для больших контуров в сильно неоднородном магнитном поле (при условии I=const).

Наконец, если контур с током не смещать, а изменять магнитное поле, т.е. изменять магнитный поток через поверхность, охватываемую контуром, от значения до то для этого надо совершить ту же работу . Эта работа называется работой изменения магнитного потока, связанного с контуром. Потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) через площадку dS называется скалярная физическая величина, которая равна

(1)

где Bn=Вcosα — проекция вектора В на направление нормали к площадке dS (α — угол между векторами n и В), dS = dSn — вектор, у которого модуль равен dS, а направление его совпадает с направлением нормали n к площадке. Поток вектора В может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от знака cosα (задается выбором положительного направления нормали n). Поток вектора В обычно связывают с контуром, по которому течет ток. В этом случае положительное направление нормали к контуру нами задавалось: оно связывается с током правилом правого винта. Значит, магнитный поток, который создается контуром, через поверхность, ограниченную им самим, всегда положителен.

Поток вектора магнитной индукции ФB через произвольную заданную поверхность S равен

(2)

Для однородного поля и плоской поверхности, которая расположена перпендикулярно вектору В, Bn=B=const и

Из этой формулы задается единица магнитного потока вебер (Вб): 1 Вб — магнитный поток, который проходит сквозь плоскую поверхность площадью 1 м 2 , который расположен перпендикулярно однородному магнитному полю и индукция которого равна 1 Тл (1 Вб=1 Тл•м 2 ).

Теорема Гаусса для поля В: поток вектора магнитной индукции сквозь любую замкнутую поверхность равен нулю:

(3)

Эта теорема является отражением факта, что магнитные заряды отсутствуют, вследствие чего линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца и являются замкнутыми.

Следовательно, для потоков векторов В и Е сквозь замкнутую поверхность в вихревом и потенциальном полях получаются различные формулы.

В качестве примера найдем поток вектора В сквозь соленоид. Магнитная индукция однородного поля внутри соленоида с сердечником с магнитной проницаемостью μ, равна

Магнитный поток сквозь один виток соленоида площадью S равен

а полный магнитный поток, который сцеплен со всеми витками соленоида и называемый потокосцеплением,

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10092 — | 7528 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

В статье расскажем про магнитную силу Лоренца, как она действует на проводник, рассмотрим правило левой руки для силы Лоренца и момент силы действующий на контур с током.

Сила Лоренца — это сила, которая действует на заряженную частицу, падающую с определенной скоростью в магнитное поле. Величина этой силы зависит от величины магнитной индукции магнитного поля B, электрического заряда частицы q и скорости v, с которой частица падает в поле.

То, как магнитное поле B ведет себя по отношению к нагрузке полностью отличается от того, как это наблюдается для электрического поля Е. Прежде всего, поле B не реагирует на нагрузку. Однако когда нагрузка перемещается в поле B, появляется сила, которая выражается формулой, которую можно рассматривать как определение поля B:

Таким образом, видно, что поле B выступает в качестве силы, перпендикулярной к направлению вектора скорости V нагрузок и направление вектора B. Это можно проиллюстрировать на диаграмме:

На диаграмме q положительный заряд!

Единицы поля B могут быть получены из уравнения Лоренца. Таким образом, в системе СИ единица B равна 1 тесла (1T). В системе CGS полевой единицей является Гаусс (1G). 1T = 10 4 G

Движение заряда в поле B показано на анимации

Для сравнения показана анимация движения как положительного, так и отрицательного заряда.

Когда поле B охватывает большую площадь, заряд q, движущийся перпендикулярно направлению вектора B, стабилизирует свое движение по круговой траектории. Однако, когда вектор v имеет компонент, параллельный вектору B, тогда путь заряда будет спиралью, как показано на анимации

Сила Лоренца на проводник с током

Сила, действующая на проводник с током, является результатом силы Лоренца, действующей на движущиеся носители заряда, электроны или ионы. Если в разделе направляющей длиной l, как на чертеже

полный заряд Q движется, тогда сила F, действующая на этот сегмент, равна

Частное Q / t является значением протекающего тока I и, следовательно, сила, действующая на участок с током, выражается формулой

Чтобы учесть зависимость силы F от угла между вектором B и осью отрезка, длина отрезка l была задана характеристиками вектора.

Только электроны движутся в металле под действием разности потенциалов; ионы металлов остаются неподвижными в кристаллической решетке. В растворах электролитов анионы и катионы подвижны.

Правило левой руки сила Лоренца

Правило левой руки сила Лоренца — определяющее направление и возврат вектора магнитной (электродинамической) энергии.

Если левая рука расположена так, что линии магнитного поля направлены перпендикулярно внутренней поверхности руки (чтобы они проникали внутрь руки), а все пальцы — кроме большого пальца — указывают направление протекания положительного тока (движущаяся молекула), отклоненный большой палец указывает направление электродинамической силы, действующей на положительный электрический заряд, помещенный в это поле (для отрицательного заряда, сила будет противоположная).

Второй способ определения направления электромагнитной силы заключается в расположении большого, указательного и среднего пальцев под прямым углом. При таком расположении указательный палец показывает направление линий магнитного поля, направление среднего пальца — направление движения тока, а также направление большого пальца силы.

Момент силы, действующий на контур с током в магнитном поле

Момент силы, действующей на контур с током в магнитном поле (например, на проволочную катушку в обмотке электродвигателя), также определяется силой Лоренца. Если петля (отмеченная на схеме красным цветом) может вращаться вокруг оси, перпендикулярной полю B, и проводит ток I, то появляются две неуравновешенные силы F, действующие в стороны от рамы, параллельной оси вращения.

Момент этих сил М

Определим вектор магнитного момента контура

Теперь мы можем сохранить крутящий момент в виде

Эти силы, действующие на элементы петли перпендикулярно оси вращения, направлены и взаимно компенсируются.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Формула силы лоренца

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сила Лоренца
– сила, действующая на точечную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.

Она равна произведению заряда, модуля скорости частицы, модуля вектора индукции магнитного поля и синуса угла между вектором магнитного поля и скоростью движения частицы.

Здесь – сила Лоренца, – заряд частицы, – модуль вектора индукции магнитного поля, – скорость частицы, – угол между вектором индукции магнитного поля и направления движения.

Единица измерения силы – Н (ньютон)
.

Сила Лоренца — векторная величина. Сила Лоренца принимает своё наибольшее значение когда векторы индукции и направления скорости частицы перпендикулярны ().

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки:

Если вектор магнитной индукции входит в ладонь левой руки и четыре пальца вытянуты в сторону направления вектора движения тока, тогда отогнутый в сторону большой палец показывает направление силы Лоренца.

В однородном магнитном поле частица будет двигаться по окружности, при этом сила Лоренца будет центростремительной силой. Работа при этом не будет совершаться.

Примеры решения задач по теме «Сила Лоренца»

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

ЗаданиеПод действием силы Лоренца частица массы m с зарядом q движется по окружности. Магнитное поле однородно, его напряжённость равна B. Найти центростремительное ускорение частицы.

РешениеВспомним формулу силы Лоренца:

Кроме того, по 2 закону Ньютона:

В данном случае сила Лоренца направлена к центру окружности и ускорение, ею создаваемое, направлено туда же, то есть это и есть центростремительное ускорение. Значит:

1. Вычислите силу Лоренца, действующую на протон, движущийся со скоростью 106 м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,3 Тл перпендикулярно линиям индукции.
2. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник с током 30 А, длина активной части которого 10 см, действует сила 1,5 Н. Под каким углом к вектору магнитной индукции размещен проводник?
3. Какие из частиц электронного пучка
отклоняются на больший угол в одном и том же магнитном поле – быстрые или медленные? (почему?)
4. Ускоренный в электрическом поле разностью потенциалов 1,5 105 В протон влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно к линиям магнитной индукции и движется равномерно по окружности радиусом 0,6 м. Определите скорость протона, модуль вектора магнитной индукции и силу, с которой магнитное поле действует на протон.

Литература: —

Интернет ресурсы.


Тема № 10 Электромагнитные колебания.

Решение задач и упражнений по образцу.

Прочтите теоретический материал, выбрав один из источников, указанных в списке литературы.

Найти формулы для решения задач.

Записать «Дано» к условию задачи.

Задача 1. В колебательном контуре индуктивность катушки равна 0,2 Гн. Амплитуда силы тока 40 мА. Найдите энергию магнитного поля катушки и энергию электрического поля конденсатора в тот момент, когда мгновенное значение силы тока в 2 раза меньше амплитудного. Сопротивлением контура пренебречь.

Задача 2. Рамка площадью 400 см 2 имеет 100 витков. Она вращается в однородном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл, причём период вращения рамки равен 0,1с. Написать зависимость ЭДС от времени, возникающей в рамке, если ось вращения перпендикулярна к линиям магнитной индукции.

Задача 3.На первичную обмотку трансформатора подаётся напряжение220В. Какое напряжение можно снять со вторичной обмотки этого трансформатора, если коэффициент трансформации равен 10? Будет ли он потреблять энергию из сети, если его вторичная обмотка разомкнута?

Литература: —
Г.Я. Мякишев Б.Б. Буховцев Физика. Учебник для 11 кл. – М., 2014.

Интернет ресурсы.


Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики – М. Высшая школа 1975.

Яворский Б.М. Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике – М.Наука, 1984.

Решение задач на расчет параметров колебательного контура.

Прочтите теоретический материал, выбрав один из источников, указанных в списке литературы.

Найти формулы для решения задач.

Записать «Дано» к условию задачи.

1. Какую необходимо взять емкость в колебательном контуре, чтобы при индуктивности 250 мГн можно было бы его настроить на звуковую частоту 500 Гц.

2. Найти индуктивность катушки, если амплитуда напряжения равна 160 В, амплитуда силы тока 10 А, а частота 50 Гц.

3. Конденсатор включен в цепь переменного тока стандартной частоты с напряжением 220В. Какова ёмкость конденсатора, если сила тока в цепи 2,5 А.

4. В одном ящике находится резистор, в другом конденсатор, в третьем – катушка индуктивности. Выводы подключены к наружным зажимам. Как, не открывая ящиков, узнать, что находится в каждом из них? (Даются источники постоянного и переменного напряжения одинаковой величины и лампочка.)

Литература: —
Г.Я. Мякишев Б.Б. Буховцев Физика. Учебник для 11 кл. – М., 2014.

Интернет ресурсы.


Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики – М. Высшая школа 1975.

Яворский Б.М. Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике – М.Наука, 1984.

Нидерландский физик X. А. Лоренц в конце XIX в. установил, что сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу, всегда перпендикулярна направле­нию движения частицы и силовым линиям магнитного поля, в котором эта частица движется. Направление силы Лоренца можно определить с помощью правила левой руки. Если расположить ладонь левой руки так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали на­правление движения заряда, а вектор магнитной индукции поля входил в отставленный большой палец укажет направление силы Лоренца, действующей на положительный заряд.

Если заряд частицы отрицательный, то сила Лоренца будет направлена в противоположную сторону.

Модуль силы Лоренца легко определяется из закона Ампера и составляет:

F
= |
q
|
vB sin?
,

где q
— заряд частицы, v
— скорость ее движения , ?
— угол между векторами скорости и индукции магнитного поли.

Если кроме магнитного поля есть еще и электрическое поле , которое действует на заряд с силой , то полная сила, действующая на заряд, равна:

.

Часто именно эту силу называют силой Лоренца, а силу, выраженную формулой (F
= |
q
|
vB
sin?
) называют магнитной частью силы Лоренца
.

Поскольку сила Лоренца перпендикулярна направлению движения частицы, она не может изменить ее скорость (она не совершает работы), а может изменить лишь направление ее движения, т. е. искривить траекторию .

Такое искривление траектории электронов в кинескопе телевизо­ра легко наблюдать, если поднести к его экрану постоянный магнит — изображение исказится.

Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле. Пусть заряженная частица влетает со скоростью v
в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям напряженности.

Сила, действующая со стороны магнитного поля на частицу, заставит ее равномерно вращаться по окружности радиусом r
, который легко найти, воспользовавшись вторым законом Ньютона , выражением целеустремленного ускорения и формулой (F
= |
q
|
vB
sin?
):

.

Отсюда получим

.

где m
— масса частицы.

Применение силы Лоренца.

Действие магнитного поля на дви­жущиеся заряды применяется, например, в масс-спектрографах
, позволяющих разделять заряженные частицы по их удельным за­рядам, т. е. по отношению заряда частицы к ее массе, и по полу­ченным результатам точно определять массы частиц.

Вакуумная камера прибора помещена в поле (вектор индукции перпендикулярен рисунку). Ускоренные электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы), описав дугу, попада­ют на фотопластину, где оставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории r
. По этому радиусу опре­деляется удельный заряд иона. Зная заряд иона, легко вычислите его массу.

  • движение заряженной частицы в однородном магнитном поле;
  • применение силы Лоренца.

В зависимости от планирования материала на изучение этой темы можно отвести от 1 до 3 уроков, включая уроки решения задач.

Цели урока

Изучить движение заряженной частицы в однородном магнитном поле, отработать решение задач по теме «Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца».

Новый материал на данном уроке изучается в ходе одновременной работы учащихся с компьютерной моделью. Ответы на вопросы рабочего листа учащиеся должны получить, используя возможности данной модели.

№ п/пЭтапы урокаВремя, минПриемы и методы
1Организационный момент2
2Повторение изученного материала по теме «Сила Лоренца»10Фронтальная беседа
3Изучение нового материала с помощью компьютерной модели «Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле»30Работа с рабочим листом и моделью
4Объяснение домашнего задания3

Домашнее задание: § 6, № 849 (Сб. задач. 10–11 кл. А. П. Рымкевич – Москва Дрофа, 2001).

Рабочий лист к уроку

Примерные ответы
Модель «Движение заряда в магнитном поле»

ФИО, класс __________________________________________________

1.

при каких условиях частица движется по окружности?

Ответ: частица движется по окружности, если вектор скорости перпендикулярен вектору индукции магнитного поля.

2.

При условии, что частица двигается по окружности, выставьте максимальные значения скорости частицы и величины магнитной индукции поля. Чему равен радиус окружности, по которой движется частица?

Ответ: R
= 22,76 см.

3.

Уменьшите скорость частицы в 2 раза. Магнитное поле не меняйте. Чему равен радиус окружности, по которой движется частица?

Ответ: R
= 11,38 см.

4.

Уменьшите еще раз скорость частицы в 2 раза. Магнитное поле не меняйте. Чему равен радиус окружности, по которой движется частица?

Ответ: R
= 5,69 см.

5.

Как зависит радиус окружности, по которой движется частица от величины вектора скорости частицы?

Ответ: радиус окружности, по которой движется частица, прямо пропорционален величине вектора скорости частицы.

6.Вновь установите максимальные значения скорости и величины магнитной индукции поля (частица двигается по окружности).
7.

Уменьшите величину магнитной индукции в 2 раза. Скорость частицы не меняйте. Чему равен радиус окружности, по которой движется частица?

Ответ: R
= 45,51 см.

8.

Уменьшите величину магнитной индукции еще раз в 2 раза. Скорость частицы не меняйте. Чему равен радиус окружности, по которой движется частица?

Ответ: R
= 91,03 см.

9.

Как зависит радиус окружности, по которой движется частица от величины магнитной индукции поля?

Ответ: радиус окружности, по которой движется частица, обратно пропорционален величине магнитной индукции поля.

10.

Используя формулу радиуса окружности, по которой движется заряженная частица в магнитном поле (в учебнике формула 1.6) вычислите удельный заряд частицы (отношение заряда частицы к его массе).


11.

Сравните удельный заряд частицы с удельным зарядом электрона. Сделайте вывод.

Ответ: полученный результат соответствует табличному значению удельного заряда электрона.

12.

Пользуясь правилом левой руки, определите знак заряда частицы в компьютерном эксперименте. Сделайте вывод.

Ответ: анализ траектории движения частицы по правилу левой руки позволяет сказать, что это отрицательно заряженная частица. Учитывая ранее полученный результат равенства удельных зарядов исследуемой частицы и электрона, можно сделать вывод о том, что частица, представленная в модели, является электроном.

13.Следующие эксперименты выполните при данном условии: υ x
= 5∙10 7 м/с, υ z
= 0 м/с, B
= 2 мТл.14.

Вычислите силу Лоренца, действующую на заряд.


15.

Вычислите ускорение, которое сообщает этому заряду данная сила (по второму закону Ньютона).

F
Л = 1,6∙10 –14 Н,

m
= 9,1∙10 –31 кг.

____________________

a
– ?

Ответ: ускорение заряда равно 1,76∙10 16 м/с 2 .


16.

Вычислите радиус окружности, по которой движется частица, используя формулу центростремительного ускорения.

υ = 5∙10 7 м/с,

a
= 1,76∙10 16 м/с 2 .

____________________

R
– ?

Похожие вопросы

  • Для молодших школярiв придбали всього 200 квиткiв: 74 квит.-в ляльковий театр. щосту частину решти-у цирк.а всi iншi- в кiнотеатр. Скiльки придбали в кiнотеатр,
  • спишите текст и продолжите его двумя-тремя предложениями. Жаркий летний день.В знойном воздухе разлита духота.Синее безоблачное небо подернуто легкой дымкой.
  • 1. Мяч упал с высоты 3м, отскочил от пола и был пойман на высоте 1м. Найти путь и перемещение мяча. 2. Скорость перемещения шагающего эскаватора во время работы равна 0,18 км/час. На какое расстояние передвинется эскаватор за 5 мин? 3. Расстояние между городами А и В рано 250 км. Одновременно из обоих городов навстречу друг другу выезжают две автомашины, одна со скоростью 60 км/час, другая 40 км/час. Через какое время они встретятся? 4. Движение материальной точки описывается уравнением x=-25+5t. Найти начальную координату точки величину и направление скорости, координату точки через 5 с. Начертите график зависимости координаты от времени. 5. Какое из тел не двигалось? Какое тело двигалось с меньшей скоростью? В одинаковом ли направлении двигались тела?
  • «Главные причины образования климата» Составьте схему.
  • Вместо многоточия необходимо вставить слово: 1) Believed to be an ancestor of domestic dog, the wolf is generated (1)… a highly intelligent animal. Wolves travel in packs and their territory can be anywhere (2)… 40 to 400 square miles. As well as marking the borders of their territory with scent, they (3)… other wolves know they are around by barking and howling. 2) A pack might (4)… of up to 30 wolves, although where (5)… food supply is limited there might only be six or seven animals in the pack. When hunting, they work together to chase an animal, block (6) … escape, and finally catch it. In (7) … way, they are (8) … to trap large animals, such as deer or moose. 3) If farm animals are available, they (9) … the wolves with an easy source of food. This, of course, brings then (10) … contact with humans. Poisoning and shooting have contributed (11)… the decline in wolf populations around the world. The red wolf is now almost extinct (12) … the wild, while the grey wolf has (13) … its habitat reduced to a few areas in Europe, North America and Asia. (14) … mani other large mammals, the wolf is increasingly (15) … threat from human activity.

Решение задач по теме «Законы постоянного тока»


Вариант №1

1.Найдите распределение токов и напряжений на каждом сопротивлении, если R1=4 Ом, R2=12 Ом, R3=5 Ом, R4=15 Ом, а напряжение между точками А и В равно 12В. Есть ли напряжение между точками С и Д?

С

А В

D

2.Определите напряжение на клеммах источника тока с ЭДС 2В и внутренним сопротивлением 0,8 Ом, замкнутого никелиновым проводом длиной 2,1 м и поперечным сечением 0,2 мм2. Какую мощность потребляет внешняя часть цепи?

3.Для нагревания 4,5л воды от 23 0 С до кипения нагреватель потребляет 0,5 кВт*ч электрической энергии. Чему равен КПД этого нагревателя?

4.Изменится ли напряжение на клеммах аккумулятора, если увеличить количество, параллельно подключённых к нему потребителей?

5.От чего зависит электрическое сопротивление проводника?

Вариант №2

1.Найдите распределение токов и напряжений на каждом сопротивлении, если R1=20 Ом, R2=10 Ом, R3=15 Ом, R4=4 Ом и амперметр показывает 2А. Какое напряжение между точками А и В

2.ЭДС источника 10В. Когда к нему подключили сопротивление 2 Ом, сила тока в цепи составила 4А. Определите ток короткого замыкания.

3.Определить мощность нагревателя электрочайника, если в нем за 10 мин можно вскипятить 2 л воды, начальная температура которой 200 С. КПД нагревателя 70%.

4. Изменится ли напряжение на клеммах аккумулятора, если уменьшить количество, последовательно подключённых к нему потребителей?

5.Что представляет опасность для жизни человека – напряжение или сила тока?


Самостоятельная работа №9

Сообщение на тему «Полупроводниковые приборы»

Рекомендации по выполнению самостоятельной работы.

При выполнении самостоятельной работы необходимо изучение темы «Полупроводниковые приборы » по следующим вопросам:

-Полупроводники.

— Собственная и примесная проводимости полупроводников.

-Полупроводниковый диод.

-Полупроводниковые приборы.

В работе отобразить следующие моменты:

— электронно-дырочный переход (р-n переход) +рисунок-схема

-устройство и работа термистора, диода, транзистора + рисунок

-применение полупроводников

-достоинства и недостатки

-перспектива полупроводниковой техники

При необходимости сделать рисунки, схемы, таблицы, графики

Форма контроля — защита работы.

Самостоятельная работа №10 Решение задач по теме «Магнитное поле».

Рекомендации по выполнению самостоятельной работы

При выполнении самостоятельной работы необходимо изучение темы «Магнитное поле » по следующим вопросам:

Магнитное поле. Постоянные магниты и магнитное поле тока. Сила Ампера. Принцип действия электродвигателя. Электроизмерительные приборы.

При необходимости сделать рисунки, схемы, таблицы, графики

Форма контроля — защита работы.

Самостоятельная работа №10



Решение задач по теме «Магнитное поле»

Вариант №1

1.Какая сила действует на проводник длиной 0,1 м в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 2 Тл, если ток в проводнике 5А, а угол между направлением тока и линиями индукции 30 градусов?

2.Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 1,4 мТл в вакууме со скоростью 500 км /c перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определить силу, действующую на электрон и радиус окружности, по которой он движется.

3.Определить величину и направление силы Лоренца ,действующей на протон в изображенном на рисунке случае, если В = 80 мТл;V = 200 км/c

B

4.Можно ли транспортировать раскалённые балванки в цехе металлургического завода с помощью электромагнита ?

5.Рамка гальванометра размером 4 х 1,5 см, имеющая 200 витков, находится в магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Плоскость рамки параллельна линиям индукции. Какой вращающий момент действует на рамку, когда в ней проходит ток силой 1 мА ?

Самостоятельная работа № 10

Решение задач по теме «Магнитное поле»

Вариант №2

1. Вычислите силу Лоренца, действующую на протон, движущийся со скоростью 105м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,3Тл перпендикулярно линиям индукции.

2. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник с током 30А, длина активной части которого 10 см, действует сила 1.5 Н. Под каким углом к вектору магнитной индукции размещён проводник ?



3. Определите величину и направление силы Ампера, действующей в изображенном на рисунке случае, если В = 0,1 Тл, I = 20 А, l = 8 см

S I N

4. Какие из частиц электронного паучка отклоняются на больший угол в одном и том же магнитном поле — быстрые или медленные?

5. Ускоренный в электрическом поле разностью потенциалов 1,5 х 105(В) протон влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно к линиям магнитной индукции и движется равномерно по окружности радиусом 0,6 м. Определите скорость протона, модуль вектора магнитной индукции и силу, с которой магнитное поле действует на протон.

Самостоятельная работа №11



Рекомендуемые страницы:

Формула магнитной силы (заряд-скорость)

Когда заряженная частица движется в магнитном поле, на движущуюся заряженную частицу действует сила. Формула для силы зависит от заряда частицы и векторного произведения скорости частицы и магнитного поля. Направление вектора силы можно найти, вычислив перекрестное произведение, если заданы направления вектора, или с помощью «правила правой руки». Представьте, что ваша правая рука указательным пальцем направлена ​​в направлении вектора скорости частицы.Затем согните пальцы в направлении вектора магнитного поля. Направление большого пальца — это направление перекрестного произведения векторов. Если заряд положительный, направление силы будет в направлении вашего большого пальца. Если заряд отрицательный, направление силы будет противоположным. Единица измерения силы — ньютоны (Н), единица заряда — кулоны (Кл), единица скорости — метры в секунду (м / с), а единица магнитного поля — тесла (Тл).

= вектор магнитной силы (Ньютоны, Н)

q = заряд движущейся частицы (Кулоны, Кл)

= вектор скорости частицы (м / с)

v = величина скорости частицы (м / с)

= вектор магнитного поля (тесла, Тл)

B = величина магнитного поля (тесла, Тл)

= угол между векторами скорости и магнитного поля (радианы)

= вектор направления поперечного произведения (без единиц измерения)

Формула магнитной силы (заряд-скорость) Вопросы:

1) Пучок протонов, каждый из которых имеет заряд, движется через однородное магнитное поле с величиной 0.60Т. Направление движения протонов — справа от страницы (экрана), а направление магнитного поля — вниз-вправо, под углом от направления протона. Какова величина и направление магнитной силы, действующей на каждый протон?

Ответ: Величину магнитной силы, действующей на протон, можно найти по формуле:

Сила, действующая на каждый протон, имеет величину.

Направление вектора силы можно найти с помощью «правила правой руки». Протоны движутся вправо, поэтому представьте, что ваш указательный палец правой руки направлен в этом направлении. Вектор магнитного поля направлен вниз вправо, поэтому согните пальцы вниз. Ваш большой палец теперь будет указывать на страницу (или экран). Поскольку заряд протонов положительный, это направление вектора силы.

2) Капля масла с зарядом движется со скоростью.К капле прикладывают магнитное поле с величиной и направлением. Какова результирующая магнитная сила, действующая на каплю масла, выраженная в единичном векторе?

Ответ: Магнитную силу, действующую на каплю масла, можно найти, решив кросс-произведение формулы силы:

Перекрестное произведение двух векторов и составляет:

Вектор скорости:

Вектор магнитного поля:

Итак, это:

Магнитная сила, действующая на каплю масла, теперь может быть рассчитана по формуле:

Магнитная сила, действующая на каплю масла, означает, что она имеет величину 2.88N по направлению.

Набор задач — Магнитные поля и силы

Обзор — Магнитные поля и силы

1.

Учитывая, что магнитная сила F м на a
положительно заряженная частица с зарядом q, путешествующая с
скорость v в магнитном поле B составляет F м
= q ( v x B ), где единицей B является Тесла
(T) найдите Тесла в следующих единицах: N, C,
m и s или N, A и m.

2.

Магнитная сила F м
на заряде q, движущемся со скоростью v в магнитном
поле B задается F m = q ( v
x B ).Какие из следующих утверждений всегда
правда? (a) F м всегда перпендикулярно
v . (b) v всегда перпендикулярно B .
(c) F м всегда перпендикулярно B .

3.

Однородное магнитное поле В , с
величина B = 1.2 x 10 -3 T, указывает вертикально вверх
по всему объему лабораторной камеры. Протон с
скорость v = 3,2 x 10 7 м / с входит в лабораторию
движется горизонтально с юга на север. Найдите а) величину
и (б) направление магнитной силы на протон.

4.

Протон движется в однородном магнитном
поле B со скоростью 10 7 м / с и опыты
ускорение 2 x 10 13 м / с 2 дюйм
+ X-направление, когда его скорость находится в + Z-направлении.
Определите величину и направление магнитного поля.
для которых величина поля минимальна.

5.

Электрон движется со скоростью v = 2.
x 10 7 м / с через магнитное поле B = 0,080
Н-с / К-м. (а) Каковы наибольшие и наименьшие силы
магнитное поле может воздействовать на электрон? (б) Если ускорение
электрона равно 1.41 x 10 17 м / с 2 ,
какой угол составляет скорость с магнитным полем?
Электрон имеет массу m = 9,1 x 10 -31 кг и
его заряд е = 1,6 х 10 -19 кл.

6.

Частица заряда q = 10 -6 Кл
движется вправо со скоростью v = 10 3 м / с в
магнитное поле B = 2 Н · с / К · м, которое составляет угол 30 o
с v .Найдите величину силы на заряженном
частица.

7.

Электрон движется со скоростью v
попадает в постоянное магнитное поле. Через что пройдет его путь
поле выглядит так, если оно входит (а) параллельно полю
направление? б) перпендикулярно направлению поля?
(c) под каким-то другим углом к ​​направлению поля? (d) в котором
из вышеперечисленных случаев электрон будет ускоряться?

8.

Две заряженные частицы с одинаковой массой
и заряд q движутся по круговым траекториям в магнитном поле B
что перпендикулярно их скоростям. Если частица A имеет
скорость v A и частица B имеет скорость v B ,
сравните время, за которое частицы совершают один полный оборот.

9.

Одиночные ионизированные атомы неона (атомы неона
потерявшие один электрон) входят в однородное магнитное поле
В . Все атомы имеют одинаковую скорость v ,
которая перпендикулярна B . Радиус круговой
путь атомов с массой m 1 составляет 20 см, а для
у тех с массой m 2 это 22 см.Какое соотношение
м 2 м 1 ?

10.

В космической лаборатории объект массы.
m = 10 -3 кг и заряд q = 2 x 10 -5
C движется по круговой орбите радиуса r = 10 2 м.
о фиксированном заряде Q = -10 -4 кл.Есть униформа
магнитное поле B = 4 Н · с / К · м вниз в плоскость орбиты.
Найдите а) величину и направление электрической силы
действующее на объект массой m, (б) магнитная сила, действующая на
объект с точки зрения его скорости v, (c) направление движения
магнитная сила, если (i) объект движется по часовой стрелке
направление, когда вы смотрите вниз на орбиту, и (ii) если объект
движется в обратном направлении.(d) Используйте секунду Ньютона
закон движения, чтобы определить, для какой скорости v объект
будет двигаться по кругу радиусом 10 2 м. Ваше решение
приведет вас к квадратному уравнению. Ваши знания физики
позволит вам интерпретировать решения.

11.

Частица с массой m = 2,0 x 10 -12
кг скорость v = 10 6 м / с и заряд
q = 10 -6 C входит в область 1 между
параллельные пластины, где есть электрическое поле E = 10 6
N / C. Найдите а) направление и величину магнитного
поле B перпендикулярно скорости частицы в области
1, который позволяет частице проходить через область 1 без
отклонение, (б) направление отклонения частицы
с B, как указано в (a), если его скорость (i) 5 x 10 5 м / с
и (ii) 5 x 10 6 м / с.Теперь частица входит в область
2, где нет электрического поля, но есть магнитное поле B ’
= 2,0 T перпендикулярно v . Величина v снова равна
10 6 м / с. (c) Какое направление B ’
заставить частицу двигаться по круговой траектории против часовой стрелки?
(г) Каков радиус круга?

12.

В определенной области пространства есть
магнитное поле B, но не электрическое. Частица заряда
+10 -6 C, перемещение вправо на v 1
= 500 м / с, испытывает силу F 1 ,
направленная из бумаги, величина 3,0 x 10 -3 N
(Рисунок.2а ниже). Та же частица движется в бумагу на
v 2 = 500 м / с испытывает силу F 2
в плоскости бумаги (рис. 2б ниже). Найдите а) величину
и направление B . (б) звездная величина F 2
и (c) величина и направление F 3
на частицу, если она движется со скоростью v 3
= 10 3 м / с, как показано на рис.2c ниже. (d) Если
частица имеет массу m = 10 -8 кг, где — центр
круговой орбиты для скорости на рис. 2б? За это
рисунок описывает плоскость, в которой он движется.

13.

Две гладкие токопроводящие рейки на расстоянии
L = 2.На расстоянии 0 м образуют угол 22,5 o
с горизонтом. Пруток массой 1,2 кг опирается на
рельсы, как показано на рис. 3 ниже. Есть униформа
магнитное поле вертикально вверх, равное
0,50 Н · с / См · м. Батарея подключена, чтобы вызвать ток I
протекать через стержень, как показано. (а) Изобразите вид сбоку
полоску и укажите причину и направление каждой силы
что действует на это.Трения нет, но не забывайте о гравитации.
б) Какой ток я позволю стержню оставаться в покое?

14.

Провод, по которому течет ток, находится в направлении север-юг.
направление. Северный полюс стрелки компаса помещен
выше проволока отклонена на запад.Какое направление
тока в проводе?

15.

На рисунке 4 ниже показан провод, несущий
ток на страницу. Нарисуйте линию магнитного поля из-за
к токоведущему проводу. Какое направление
магнитное поле при P 1 ? в P 2 ?

16.

Магнитное поле B из-за очень длительного
провод, по которому течет ток I, на расстоянии r от провода
0,50 Тл. Найти магнитное поле, обусловленное длинным проводом.
если (а) I удваивается и r уменьшается вдвое или (b) I уменьшается вдвое и
r удваивается.

17.

На рисунке 5 ниже показаны два провода, несущие
токи в страницу. а) Какова величина магнитного
поле в точке P 1 , которая находится на полпути между
провода, если по обоим проводам идет ток I. (b) В каком направлении
и величина магнитного поля на P 2 . (c)
Если протон выходит из бумаги в точке P 2 параллельно
к токоведущим проводам, какое направление
на него была применена сила?

18.

Два очень длинных провода, по которым проходит ток
I на 3,0 А вне страницы находятся в двух углах
равносторонний треугольник, как показано на рис. 6 ниже. Стороны
треугольника имеют длину 1,0 м. Найдите направление и величину
магнитного поля в точке P, третьем углу треугольника.

19.

Два параллельных провода, по которым течет ток
в одном направлении притягивают друг друга. Опишите этот экспериментальный
результат как взаимодействие между полем из-за одного провода
и движение зарядов в другом проводе.

20.

На Рис. 7 ниже очень длинная прямая
по проводу проходит ток I = 10 А, а по прямоугольной петле —
ток I ’= 20 А. Найдите величину и направление
силы на петле. а = 0,01 м, б = 0,03
м, L = 0,03 м.

21.

Прямоугольная петля на рис. 8 имеет
длина 0,25 м и ширина 0,20 м. Он навешивается на
ось y и вращается вокруг этой оси. Плоскость катушки
составляет угол 30 o с осью X. Катушка
несет ток I = 1,0 A и находится в магнитном поле B
= 0,5 Н / А-м. Найдите крутящий момент на петле.

22.

Если ток в круговой петле равен
в направлении против часовой стрелки, когда вы смотрите на него, каков
направление магнитного поля из-за токопроводящего
петля по своей оси?

23.

Электрон движется со скоростью v
по оси токоведущей петли. Что случится
к электрону?

24.

Длинный соленоид с 1000 оборотов на метр
несет ток 0.20 А. Вид справа
конец соленоида, ток в катушках соленоида
против часовой стрелки. (а) Найдите направление и величину
магнитного поля за счет соленоида. Ток 6.0
А существует в длинном прямом проводе вдоль оси соленоида,
с направлением тока влево. (б) Найти в
какое радиальное расстояние соответствует направлению результирующего магнитного
поле из-за соленоида и длинного прямого провода находится на
угол 45 o к осевому направлению соленоида.

25.

Я описываю тороид как изогнутый соленоид
в форме пончика. Для тороида с внутренним радиусом
a и внешний радиус b, найти магнитное поле тороида,
который несет ток I, для (a) r ≤ a,
(б) a ≤ r ≤ b, и (c) r ≥ b.

26.

В обзоре электрических полей я
прокомментировал, что было две проблемы, связанные с электрическим
поля: (а) по распределению зарядов найти электрическую
поля из-за них и (б) учитывая электрическое поле, найти
сила, действующая на заряженную частицу q в этом поле.Пожалуйста, сделай
аналогичный анализ для магнитных полей.

20.1 Магнитные поля, силовые линии и сила

Магниты и намагниченность

Люди знали о магнитах и ​​магнетизме тысячи лет. Самые ранние записи относятся к древним временам, особенно в области Малой Азии под названием Магнезия — название этого региона является источником слов, подобных магниту.Магнитные породы, обнаруженные в Магнезии, которая сейчас является частью западной Турции, вызвали интерес в древние времена. Когда люди впервые обнаружили магнитные породы, они, вероятно, обнаружили, что некоторые части этих пород притягивают куски железа или других магнитных пород сильнее, чем другие части. Эти области называются полюсами магнита. Магнитный полюс — это часть магнита, которая оказывает наибольшую силу на другие магниты или магнитный материал, например, железо. Например, полюса стержневого магнита показаны на рисунке 20.2 — это место, где сосредоточены скрепки.

Рис. 20.2 Стержневой магнит со скрепками, притянутыми к двум полюсам.

Если стержневой магнит подвешен так, что он свободно вращается, один полюс магнита всегда будет поворачиваться на север, а противоположный полюс — на юг. Это открытие привело к созданию компаса, который представляет собой просто небольшой удлиненный магнит, установленный так, чтобы он мог свободно вращаться. Пример компаса показан на рисунке 20.3. Полюс магнита, направленный на север, называется северным полюсом, а противоположный полюс магнита — южным.

Рис. 20.3 Компас — это удлиненный магнит, установленный в устройстве, которое позволяет магниту свободно вращаться.

Открытие того, что один полюс магнита ориентирован на север, а другой — на юг, позволило людям идентифицировать северный и южный полюса любого магнита. Затем было замечено, что северные полюса двух разных магнитов отталкиваются друг от друга, как и южные полюса. И наоборот, северный полюс одного магнита притягивает южный полюс других магнитов.Эта ситуация аналогична ситуации с электрическим зарядом, когда одинаковые заряды отталкиваются, а разные — притягиваются. В магнитах мы просто заменяем заряд полюсом: как полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Это показано на рисунке 20.4, на котором показано, как сила между магнитами зависит от их взаимной ориентации.

Рис. 20.4. В зависимости от их взаимной ориентации полюса магнита будут притягиваться друг к другу или отталкиваться.

Еще раз рассмотрим тот факт, что полюс магнита, направленный на север, называется северным полюсом магнита.Если противоположные полюса притягиваются, то магнитный полюс Земли, который находится близко к географическому Северному полюсу, должен быть магнитным южным полюсом! Точно так же магнитный полюс Земли, который находится близко к географическому Южному полюсу, должен быть магнитным северным полюсом. Эта ситуация изображена на рис. 20.5, на котором Земля представлена ​​как содержащая гигантский внутренний стержневой магнит с южным магнитным полюсом на географическом Северном полюсе и наоборот. Если бы мы каким-то образом подвесили гигантский стержневой магнит в космосе около Земли, то северный полюс космического магнита был бы притянут к южному полюсу внутреннего магнита Земли.По сути, именно это происходит со стрелкой компаса: ее северный магнитный полюс притягивается к южному полюсу внутреннего магнита Земли.

Рис. 20.5. Землю можно представить как содержащую гигантский магнит, проходящий через ее ядро. Южный магнитный полюс магнита Земли находится на географическом Северном полюсе, поэтому северный полюс магнитов притягивается к Северному полюсу, так северный полюс магнитов получил свое название. Точно так же южный полюс магнитов притягивается к географическому Южному полюсу Земли.

Что произойдет, если разрезать стержневой магнит пополам? Вы получаете один магнит с двумя южными полюсами и один магнит с двумя северными полюсами? Ответ отрицательный: каждая половина стержневого магнита имеет северный и южный полюсы. Вы даже можете продолжить разрезать каждую часть стержневого магнита пополам, и вы всегда получите новый, меньший магнит с двумя противоположными полюсами. Как показано на рисунке 20.6, вы можете продолжить этот процесс вплоть до атомного масштаба, и вы обнаружите, что даже самые маленькие частицы, которые ведут себя как магниты, имеют два противоположных полюса.Фактически, ни в одном эксперименте не было обнаружено никаких объектов с одним магнитным полюсом, от мельчайших субатомных частиц, таких как электроны, до самых больших объектов во Вселенной, таких как звезды. Поскольку магниты всегда имеют два полюса, их называют магнитными диполями — di означает два. Ниже мы увидим, что магнитные диполи обладают свойствами, аналогичными электрическим диполям.

Рис. 20.6. Все магниты имеют два противоположных полюса, от самых маленьких, таких как субатомные частицы, до самых больших, таких как звезды.

Часы с физикой

Введение в магнетизм

Это видео представляет собой интересное введение в магнетизм и обсуждает, в частности, как электроны вокруг своих атомов вносят вклад в наблюдаемые нами магнитные эффекты.

Проверка захвата

К какому магнитному полюсу Земли притягивается северный полюс стрелки компаса?

  1. Северный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Северного полюса Земли.
  2. Северный полюс стрелки компаса притягивается к южному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Северного полюса Земли.
  3. Северный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Южного полюса Земли.
  4. Северный полюс стрелки компаса притягивается к южному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Южного полюса Земли.

Только некоторые материалы, такие как железо, кобальт, никель и гадолиний, обладают сильными магнитными эффектами.Такие материалы называются ферромагнетиками, по латинскому слову ferrum, обозначающему железо. Другие материалы обладают слабыми магнитными эффектами, которые можно обнаружить только с помощью чувствительных инструментов. Ферромагнитные материалы не только сильно реагируют на магниты — так, как железо притягивается к магнитам, — но они также могут намагничиваться сами, то есть их можно вызвать намагничиванием или превратить в постоянные магниты (рис. 20.7). Постоянный магнит — это просто материал, который сохраняет свои магнитные свойства в течение длительного времени даже при воздействии размагничивающих воздействий.

Рис. 20.7 Немагниченный кусок железа помещается между двумя магнитами, нагревается, а затем охлаждается или просто постукивается в холодном состоянии. Утюг становится постоянным магнитом с выровненными полюсами, как показано: его южный полюс примыкает к северному полюсу исходного магнита, а его северный полюс примыкает к южному полюсу исходного магнита. Обратите внимание, что силы притяжения создаются между центральным магнитом и внешними магнитами.

Когда магнит приближается к ранее не намагниченному ферромагнитному материалу, он вызывает локальное намагничивание материала с противоположными полюсами, расположенными ближе всего, как на правой стороне рисунка 20.7. Это вызывает силу притяжения, поэтому немагнитное железо притягивается к магниту.

То, что происходит в микроскопическом масштабе, показано на Рисунке 7 (а). Области внутри материала, называемые доменами, действуют как маленькие стержневые магниты. Внутри доменов выровнены магнитные полюса отдельных атомов. Каждый атом действует как крошечный стержневой магнит. В немагнитном ферромагнитном объекте домены имеют небольшие размеры и ориентированы случайным образом. В ответ на внешнее магнитное поле домены могут вырасти до миллиметра, выравниваясь, как показано на рисунке 7 (b).Это индуцированное намагничивание можно сделать постоянным, если материал нагреть, а затем охладить, или просто постучать в присутствии других магнитов.

Рис. 20.8 (a) Немагниченный кусок железа или другого ферромагнитного материала имеет произвольно ориентированные домены. (b) При намагничивании внешним магнитом домены демонстрируют большее выравнивание, и некоторые из них растут за счет других. Отдельные атомы выровнены внутри доменов; каждый атом действует как крошечный стержневой магнит.

И наоборот, постоянный магнит можно размагнитить сильными ударами или нагреванием в отсутствие другого магнита.Повышенное тепловое движение при более высокой температуре может нарушить и изменить ориентацию и размер доменов. Для ферромагнитных материалов существует четко определенная температура, называемая температурой Кюри, выше которой они не могут намагничиваться. Температура Кюри для железа составляет 1043 К (770 ° C ° C), что намного выше комнатной температуры. Есть несколько элементов и сплавов, которые имеют температуру Кюри намного ниже комнатной температуры и являются ферромагнитными только ниже этих температур.

Snap Lab

Магниты на холодильник

Мы знаем, что подобные магнитные полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Посмотрим, сможете ли вы показать это на примере двух магнитов на холодильник. Прилипнут ли магниты, если их перевернуть? Почему они вообще прилепляются к дверце холодильника? Что вы можете сказать о магнитных свойствах дверцы холодильника возле магнита? Магниты на холодильник прилипают к металлическим или пластиковым ложкам? Прилипают ли они ко всем типам металла?

Проверка захвата

У вас есть один магнит с обозначенными северным и южным полюсами.Как вы можете использовать этот магнит для определения северного и южного полюсов других магнитов?

  1. Если северный полюс известного магнита отталкивается полюсом неизвестного магнита при приближении их, этот полюс неизвестного магнита является его северным полюсом; в противном случае это его южный полюс.
  2. Если северный полюс известного магнита притягивается к полюсу неизвестного магнита при приближении их, этот полюс неизвестного магнита является его северным полюсом; в противном случае это его южный полюс.

11.3 Движение заряженной частицы в магнитном поле — University Physics Volume 2

Учебные цели

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, как заряженная частица во внешнем магнитном поле совершает круговое движение
  • Опишите, как определить радиус кругового движения заряженной частицы в магнитном поле

Заряженная частица испытывает силу при движении в магнитном поле. Что произойдет, если это поле будет однородным при движении заряженной частицы? По какому пути следует частица? В этом разделе мы обсуждаем круговое движение заряженной частицы, а также другое движение, возникающее в результате попадания заряженной частицы в магнитное поле.

Самый простой случай возникает, когда заряженная частица движется перпендикулярно однородному B-полю (рис. 11.7). Если поле находится в вакууме, магнитное поле является доминирующим фактором, определяющим движение. Поскольку магнитная сила перпендикулярна направлению движения, заряженная частица следует по кривой траектории в магнитном поле. Частица продолжает двигаться по этому изогнутому пути, пока не образует полный круг. Другой способ взглянуть на это состоит в том, что магнитная сила всегда перпендикулярна скорости, поэтому она не действует на заряженную частицу.Таким образом, кинетическая энергия и скорость частицы остаются постоянными. Это влияет на направление движения, но не на скорость.

Рис. 11.7. Отрицательно заряженная частица движется в плоскости бумаги в области, где магнитное поле перпендикулярно бумаге (обозначено маленькими × ··· × — как хвосты стрелок). Магнитная сила перпендикулярна скорости, поэтому скорость изменяется по направлению, но не по величине. Результат — равномерное круговое движение. (Обратите внимание, что поскольку заряд отрицательный, сила противоположна предсказанию правила правой руки.)

В этой ситуации магнитная сила создает центростремительную силу Fc = mv2r.Fc = mv2r. Учитывая, что скорость перпендикулярна магнитному полю, величина магнитной силы уменьшается до F = qvB.F = qvB. Поскольку магнитная сила F обеспечивает центростремительную силу Fc, Fc, мы имеем

Решение относительно r дает

Здесь r — радиус кривизны пути заряженной частицы с массой m и зарядом q, движущейся со скоростью v, перпендикулярной магнитному полю с напряженностью B.Время прохождения заряженной частицы по круговой траектории определяется как период, равный пройденному расстоянию (окружности), деленному на скорость. Основываясь на этом и уравнении 11.4, мы можем получить период движения как

.

T = 2πrv = 2πvmvqB = 2πmqB, T = 2πrv = 2πvmvqB = 2πmqB.

11,6

Если скорость не перпендикулярна магнитному полю, то мы можем сравнить каждую составляющую скорости отдельно с магнитным полем. Компонент скорости, перпендикулярный магнитному полю, создает магнитную силу, перпендикулярную как этой скорости, так и полю:

vperp = vsinθ, vpara = vcosθ.vperp = vsinθ, vpara = vcosθ.

11,7

, где θθ — угол между v и B. Составляющая, параллельная магнитному полю, создает постоянное движение в том же направлении, что и магнитное поле, что также показано в уравнении 11.7. Параллельное движение определяет шаг спирали p, то есть расстояние между соседними витками. Это расстояние равно параллельной составляющей скорости, умноженной на период:

В результате получается спиральное движение, как показано на следующем рисунке.

Рисунок 11.8 Заряженная частица, движущаяся со скоростью, отличной от направления магнитного поля. Компонент скорости, перпендикулярный магнитному полю, создает круговое движение, тогда как компонент скорости, параллельный полю, перемещает частицу по прямой. Шаг — это расстояние по горизонтали между двумя последовательными кругами. Результирующее движение — спиральное.

Пока заряженная частица движется по спирали, она может попасть в область, где магнитное поле неоднородно.В частности, предположим, что частица перемещается из области сильного магнитного поля в область более слабого поля, а затем обратно в область более сильного поля. Частица может отразиться до того, как войдет в область с более сильным магнитным полем. Это похоже на волну на струне, которая движется от очень легкой тонкой струны к твердой стене и отражается назад. Если отражение происходит с обоих концов, частица оказывается в так называемой магнитной бутылке.

Захваченные частицы в магнитных полях обнаружены в радиационных поясах Ван Аллена вокруг Земли, которые являются частью магнитного поля Земли.Эти пояса были обнаружены Джеймсом Ван Алленом при попытке измерить поток космических лучей на Земле (частицы высокой энергии, приходящие извне Солнечной системы), чтобы выяснить, похож ли он на поток, измеренный на Земле. Ван Аллен обнаружил, что из-за вклада частиц, захваченных магнитным полем Земли, поток на Земле был намного выше, чем в космическом пространстве. Полярные сияния, как и знаменитое полярное сияние (северное сияние) в Северном полушарии (рис. 11.9), представляют собой прекрасные проявления света, излучаемого при рекомбинации ионов с электронами, входящими в атмосферу, по мере их движения вдоль силовых линий магнитного поля.(Ионы — это в основном атомы кислорода и азота, которые первоначально ионизируются в результате столкновений с энергичными частицами в атмосфере Земли.) Полярные сияния также наблюдались на других планетах, таких как Юпитер и Сатурн.

Рис. 11.9 (a) Радиационные пояса Ван Аллена вокруг Земли захватывают ионы, производимые космическими лучами, падающими на атмосферу Земли. (b) Великолепное зрелище северного сияния, или северного сияния, сияет в северном небе над Беар-Лейк недалеко от базы ВВС Эйлсон, Аляска.Этот свет, сформированный магнитным полем Земли, создается светящимися молекулами и ионами кислорода и азота. (кредит b: модификация работы старшего летчика ВВС США Джошуа Стрэнга)

Пример 11.2

Дефлектор луча

Группа исследователей занимается изучением короткоживущих радиоактивных изотопов. Им необходимо разработать способ транспортировки альфа-частиц (ядер гелия) от места их создания к месту, где они столкнутся с другим материалом с образованием изотопа. Пучок альфа-частиц (m = 6.64 × 10–27 кг, q = 3,2 × 10–19 ° C) (m = 6,64 × 10–27 кг, q = 3,2 × 10–19 ° C) изгибается через 90-градусную область с однородным магнитным полем 0,050 Тл (рисунок 11.10) . а) В каком направлении следует приложить магнитное поле? (б) Сколько времени требуется альфа-частицам, чтобы пройти через область однородного магнитного поля?

Рисунок 11.10 Вид сверху на установку дефлектора балки.

Стратегия
  1. Направление магнитного поля показано RHR-1. Ваши пальцы указывают в направлении v, а большой палец должен указывать в направлении силы, влево.Следовательно, поскольку альфа-частицы заряжены положительно, магнитное поле должно указывать вниз.
  2. Период движения альфа-частицы по окружности равен
    .

    Поскольку частица движется только по четверти круга, мы можем взять 0,25-кратный период, чтобы найти время, необходимое для обхода этого пути.

Решение
  1. Давайте начнем с фокусировки на альфа-частице, входящей в поле в нижней части изображения. Сначала покажите пальцем вверх по странице.Чтобы ваша ладонь открывалась влево, куда указывает центростремительная сила (и, следовательно, магнитная сила), ваши пальцы должны менять ориентацию, пока они не будут указывать на страницу. Это направление приложенного магнитного поля.
  2. Период движения заряженной частицы по кругу вычисляется с использованием заданных в задаче массы, заряда и магнитного поля. Это оказывается
    T = 2πmqB = 2π (6,64 · 10−27 кг) (3,2 · 10−19C) (0,050T) = 2,6 · 10−6s.T = 2πmqB = 2π (6,64 · 10−27 кг) (3,2 · 10−19C) ( 0.050T) = 2,6 × 10-6 с.
    Однако для данной задачи альфа-частица проходит четверть круга, поэтому время, необходимое для этого, будет равно
    t = 0,25 × 2,61 × 10–6 с = 6,5 × 10–7 с. t = 0,25 × 2,61 × 10–6 с = 6,5 × 10–7 с.
Значение

Это время может быть достаточно быстрым, чтобы добраться до материала, который мы хотели бы бомбардировать, в зависимости от того, насколько короткоживущий радиоактивный изотоп и продолжает испускать альфа-частицы. Если бы мы могли усилить магнитное поле, приложенное к области, это сократило бы время еще больше.Путь, по которому частицы должны пройти, можно было бы сократить, но это может оказаться неэкономичным с учетом экспериментальной установки.

Проверьте свое понимание 11.2

Однородное магнитное поле величиной 1,5 Тл направлено горизонтально с запада на восток. (а) Какая магнитная сила действует на протон в момент, когда он движется вертикально вниз в поле со скоростью 4 × 107 м / с? 4 × 107 м / с? б) Сравните эту силу с массой протона w.

Пример 11.3

Движение по спирали в магнитном поле

Протон входит в однородное магнитное поле 1.0 × 10−4T1,0 × 10−4T со скоростью 5 × 105 м / с. 5 × 105 м / с. Под каким углом должно быть магнитное поле относительно скорости, чтобы шаг результирующего спирального движения был равен радиусу спирали?

Стратегия

Шаг движения относится к параллельной скорости, умноженной на период кругового движения, тогда как радиус относится к перпендикулярной составляющей скорости. После установки равных друг другу радиуса и шага найдите угол между магнитным полем и скоростью или θ.θ.

Решение

Шаг задается уравнением 11.8, период — уравнением 11.6, а радиус кругового движения — уравнением 11.5. Обратите внимание, что скорость в уравнении радиуса связана только с перпендикулярной скоростью, в которой происходит круговое движение. Поэтому мы подставляем синусоидальную составляющую общей скорости в уравнение радиуса, чтобы приравнять шаг и радиус:
p = rv∥T = mv⊥qBvcosθ2πmqB = mvsinθqB2π = tanθθ = 81,0 °. p = rv∥T = mv⊥qBvcosθ2πmqB = mvsinθqB2π = tanθθ = 81.0 °.

Значение

Если бы этот угол был 0 °, 0 °, была бы только параллельная скорость, и спираль не образовалась бы, потому что не было бы кругового движения в перпендикулярной плоскости. Если бы этот угол был 90 °, 90 °, было бы только круговое движение, и не было бы движения кругов перпендикулярно движению. Это то, что создает спиральное движение.

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓

  • Образование
  • Исследовать
  • Инновации
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT
  • Подробнее ↓

    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О MIT

Меню ↓

Поиск

Меню

Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще!

Что вы ищете?

Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

Движение заряженной частицы в магнитном поле — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, как заряженная частица во внешнем магнитном поле совершает круговое движение
  • Опишите, как определить радиус кругового движения заряженной частицы в магнитном поле

Заряженная частица испытывает силу при движении в магнитном поле.Что произойдет, если это поле будет однородным при движении заряженной частицы? По какому пути следует частица? В этом разделе мы обсуждаем круговое движение заряженной частицы, а также другое движение, возникающее в результате попадания заряженной частицы в магнитное поле.

Самый простой случай возникает, когда заряженная частица движется перпендикулярно однородному B-полю ((рисунок)). Если поле находится в вакууме, магнитное поле является доминирующим фактором, определяющим движение. Поскольку магнитная сила перпендикулярна направлению движения, заряженная частица следует по кривой траектории в магнитном поле.Частица продолжает двигаться по этому изогнутому пути, пока не образует полный круг. Другой способ взглянуть на это состоит в том, что магнитная сила всегда перпендикулярна скорости, поэтому она не действует на заряженную частицу. Таким образом, кинетическая энергия и скорость частицы остаются постоянными. Это влияет на направление движения, но не на скорость.

Отрицательно заряженная частица движется в плоскости бумаги в области, где магнитное поле перпендикулярно бумаге (обозначено маленькими буквами, такими как хвосты стрелок).Магнитная сила перпендикулярна скорости, поэтому скорость изменяется по направлению, но не по величине. Результат — равномерное круговое движение. (Обратите внимание, что поскольку заряд отрицательный, сила противоположна по направлению предсказанию правила правой руки.)

В этой ситуации магнитная сила обеспечивает центростремительную силу. Заметив, что скорость перпендикулярна магнитному полю, величина магнитной силы уменьшается до Поскольку магнитная сила F обеспечивает центростремительную силу, мы имеем

Решение относительно r дает

Здесь r — радиус кривизны пути заряженной частицы с массой m и зарядом q, движущейся со скоростью v, перпендикулярной магнитному полю с напряженностью B.Время прохождения заряженной частицы по круговой траектории определяется как период, равный пройденному расстоянию (окружности), деленному на скорость. Исходя из этого и (рисунок), мы можем получить период движения как

.

Если скорость не перпендикулярна магнитному полю, то мы можем сравнить каждую составляющую скорости отдельно с магнитным полем. Компонент скорости, перпендикулярный магнитному полю, создает магнитную силу, перпендикулярную как этой скорости, так и полю:

где — угол между v и B.Компонент, параллельный магнитному полю, создает постоянное движение в том же направлении, что и магнитное поле, что также показано на (Рисунок). Параллельное движение определяет шаг спирали p, то есть расстояние между соседними витками. Это расстояние равно параллельной составляющей скорости, умноженной на период:

В результате получается спиральное движение, как показано на следующем рисунке.

Заряженная частица, движущаяся со скоростью, отличной от направления магнитного поля.Компонент скорости, перпендикулярный магнитному полю, создает круговое движение, тогда как компонент скорости, параллельный полю, перемещает частицу по прямой. Шаг — это расстояние по горизонтали между двумя последовательными кругами. Результирующее движение — спиральное.

Пока заряженная частица движется по спирали, она может попасть в область, где магнитное поле неоднородно. В частности, предположим, что частица перемещается из области сильного магнитного поля в область более слабого поля, а затем обратно в область более сильного поля.Частица может отразиться до того, как войдет в область с более сильным магнитным полем. Это похоже на волну на струне, которая движется от очень легкой тонкой струны к твердой стене и отражается назад. Если отражение происходит с обоих концов, частица оказывается в так называемой магнитной бутылке.

Захваченные частицы в магнитных полях обнаружены в радиационных поясах Ван Аллена вокруг Земли, которые являются частью магнитного поля Земли. Эти пояса были обнаружены Джеймсом Ван Алленом при попытке измерить поток космических лучей на Земле (частицы высокой энергии, приходящие извне Солнечной системы), чтобы выяснить, похож ли он на поток, измеренный на Земле.Ван Аллен обнаружил, что из-за вклада частиц, захваченных магнитным полем Земли, поток на Земле был намного выше, чем в космическом пространстве. Полярные сияния, как и знаменитое полярное сияние (северное сияние) в Северном полушарии ((Рисунок)), представляют собой прекрасные проявления света, излучаемого, когда ионы рекомбинируют с электронами, входящими в атмосферу, когда они вращаются по спирали вдоль силовых линий магнитного поля. (Ионы — это в основном атомы кислорода и азота, которые первоначально ионизируются в результате столкновений с энергичными частицами в атмосфере Земли.) Полярные сияния наблюдались также на других планетах, таких как Юпитер и Сатурн.

(a) Радиационные пояса Ван Аллена вокруг Земли улавливают ионы, образующиеся в результате попадания космических лучей в атмосферу Земли. (b) Великолепное зрелище северного сияния, или северного сияния, сияет в северном небе над Беар-Лейк недалеко от базы ВВС Эйлсон, Аляска. Этот свет, сформированный магнитным полем Земли, создается светящимися молекулами и ионами кислорода и азота. (кредит b: модификация работы старшего летчика ВВС США Джошуа Стрэнга)

Beam Deflector Исследовательская группа занимается изучением короткоживущих радиоактивных изотопов.Им необходимо разработать способ транспортировки альфа-частиц (ядер гелия) от места их создания к месту, где они столкнутся с другим материалом с образованием изотопа. Луч альфа-частиц изгибается в области под углом 90 градусов с однородным магнитным полем 0,050 Тл ((Рисунок)). а) В каком направлении следует приложить магнитное поле? (б) Сколько времени требуется альфа-частицам, чтобы пройти через область однородного магнитного поля?

Установка отражателя балки, вид сверху.

Стратегия

  1. Направление магнитного поля показано RHR-1.Ваши пальцы указывают в направлении v, а большой палец должен указывать в направлении силы, влево. Следовательно, поскольку альфа-частицы заряжены положительно, магнитное поле должно указывать вниз.
  2. Период движения альфа-частицы по окружности равен
    .

    Поскольку частица проходит только четверть круга, мы можем взять 0,25-кратный период, чтобы найти время, необходимое для обхода этого пути.

Решение

  1. Давайте начнем с фокусировки на альфа-частице, входящей в поле в нижней части изображения.Сначала покажите пальцем вверх по странице. Чтобы ваша ладонь открывалась влево, куда указывает центростремительная сила (и, следовательно, магнитная сила), ваши пальцы должны менять ориентацию, пока они не будут указывать на страницу. Это направление приложенного магнитного поля.
  2. Период движения заряженной частицы по кругу вычисляется с использованием заданных в задаче массы, заряда и магнитного поля. Получается, что

    Однако для данной задачи альфа-частица обходит четверть круга, поэтому время, необходимое для этого, составит

Значение. Это время может быть достаточно быстрым, чтобы добраться до материала, который мы хотели бы бомбардировать, в зависимости от того, насколько короткоживущий радиоактивный изотоп и продолжает испускать альфа-частицы.Если бы мы могли усилить магнитное поле, приложенное к области, это сократило бы время еще больше. Путь, по которому частицы должны пройти, можно было бы сократить, но это может оказаться неэкономичным с учетом экспериментальной установки.

Проверьте свое понимание Однородное магнитное поле величиной 1,5 Тл направлено горизонтально с запада на восток. (а) Какова магнитная сила, действующая на протон в тот момент, когда он движется вертикально вниз в поле со скоростью, равной (б) Сравните эту силу с весом w протона.

а. к югу; б.

Резюме

  • Магнитная сила может создавать центростремительную силу и заставлять заряженную частицу двигаться по круговой траектории радиусом
  • Период кругового движения заряженной частицы, движущейся в магнитном поле, перпендикулярном плоскости движения, равен
  • Спиральное движение возникает, если скорость заряженной частицы имеет компоненту, параллельную магнитному полю, а также компоненту, перпендикулярную магнитному полю.

Концептуальные вопросы

В данный момент электрон и протон движутся с одинаковой скоростью в постоянном магнитном поле. Сравните магнитные силы на этих частицах. Сравните их ускорения.

Величина магнитных сил протона и электрона одинакова, поскольку они имеют одинаковый заряд. Однако направления этих сил противоположны друг другу. Ускорения противоположны по направлению, и электрон имеет большее ускорение, чем протон, из-за его меньшей массы.

Обязательно ли увеличение величины однородного магнитного поля, через которое проходит заряд, увеличение магнитной силы, действующей на заряд? Обязательно ли изменение направления поля означает изменение силы, действующей на заряд?

Электрон проходит через магнитное поле, не отклоняясь. Что вы сделаете по поводу магнитного поля?

Магнитное поле должно быть направлено параллельно или антипараллельно скорости.

Если заряженная частица движется по прямой, можно ли сделать вывод об отсутствии магнитного поля?

Как определить, какой полюс электромагнита северный, а какой южный?

Компас указывает на северный полюс электромагнита.

Проблемы

Электрон космических лучей движется перпендикулярно магнитному полю Земли на высоте, где напряженность поля равна Каков радиус кругового пути, по которому движется электрон?

(a) Зрители «Звездного пути» слышали о движении антивещества на космическом корабле «Энтерпрайз». Одна из возможностей для такого футуристического источника энергии — хранить заряженные частицы антивещества в вакуумной камере, циркулирующие в магнитном поле, а затем извлекать их по мере необходимости.Антивещество уничтожает обычную материю, производя чистую энергию. Какая напряженность магнитного поля необходима, чтобы удерживать антипротоны, движущиеся по круговой траектории радиусом 2,00 м? Антипротоны имеют ту же массу, что и протоны, но имеют противоположный (отрицательный) заряд. (b) Можно ли получить такую ​​напряженность поля с помощью современных технологий или это футуристическая возможность?

(a) Ион кислорода-16 с массой движется перпендикулярно магнитному полю 1,20 Тл, что заставляет его двигаться по дуге окружности с 0.231-метровый радиус. Какой положительный заряд на ионе? б) Каково отношение этого заряда к заряду электрона? (c) Обсудите, почему соотношение, найденное в (b), должно быть целым числом.

а. б. 3; c. Это отношение должно быть целым числом, потому что заряды должны быть целыми числами основного заряда электрона. Никаких бесплатных сборов со значениями меньше, чем этот базовый сбор, не существует, и все сборы являются целыми числами, кратными этому базовому сбору.

Электрон в телевизионном электронно-лучевой трубке движется со скоростью около 10 мс в направлении, перпендикулярном полю Земли, которое имеет напряженность а) электрическое поле какой напряженности должно быть приложено перпендикулярно полю Земли, чтобы электрон двигался по прямой линии? (b) Если это делается между пластинами, разделенными 1.00 см, какое напряжение приложено? (Обратите внимание, что телевизоры обычно окружены ферромагнитным материалом для защиты от внешних магнитных полей и исключения необходимости такой коррекции.)

(a) С какой скоростью протон будет двигаться по круговой траектории того же радиуса, что и электрон в предыдущем упражнении? б) Каким был бы радиус пути, если бы протон имел ту же скорость, что и электрон? (c) Каким был бы радиус, если бы протон имел такую ​​же кинетическую энергию, что и электрон? (г) Тот же импульс?

(а) 3.27 x 10 4 м / с (б) 12,525 м (в) 292 м (г) 6,83 м.

(a) Какое напряжение будет ускорять электроны до скорости (b) Найдите радиус кривизны пути протона, ускоренного через этот потенциал в поле 0,500 Тл, и сравните его с радиусом кривизны электрона, ускоренного через такой же потенциал.

Альфа-частица движется по круговой траектории радиусом 25 см в однородном магнитном поле величиной 1,5 Тл. А) Какова скорость частицы? б) Какова кинетическая энергия в электрон-вольтах? (c) Через какую разность потенциалов должна быть ускорена частица, чтобы придать ей эту кинетическую энергию?

Частица с зарядом q и массой m ускоряется из состояния покоя через разность потенциалов V, после чего сталкивается с однородным магнитным полем B.Если частица движется в плоскости, перпендикулярной B, каков радиус ее круговой орбиты?

Глоссарий

космические лучи
состоит из частиц, которые происходят в основном за пределами Солнечной системы и достигают Земли
спиральное движение
суперпозиция кругового движения с прямолинейным движением, за которым следует заряженная частица, движущаяся в области магнитного поля под углом к ​​полю

Правил для правой руки

Правил для правой руки


F магнитный
— Сила магнитного поля, действующая на движущийся заряд

Когда заряд помещается в магнитное поле, этот заряд испытывает
магнитная сила; при наличии двух условий:
1) заряд движется относительно магнитного поля,

2) скорость заряда имеет составляющую, перпендикулярную
направление магнитного поля

Правила правой руки применяются к положительным зарядам
или положительный (условный) ток

При использовании Правил правой руки важно помнить
что правила предполагают, что заряды движутся обычным током (гипотетическая
поток положительных зарядов).Чтобы применить Правило правой руки
движущемуся отрицательному заряду, скорость (v) этого заряда должна быть обратной — чтобы
представляют собой аналогичный условный ток.

Создание иллюстраций магнитного поля и заряда
взаимодействия в 3D

Потому что сила, действующая на движущийся заряд со стороны магнитного
поле перпендикулярно как скорости заряда, так и направлению
области, чтобы проиллюстрировать эти взаимодействия, необходимо использовать
два символа слева для обозначения движения в или из плоскости
страницы.

Правило правой руки # 1 (RHR # 1)

Правило правой руки №1 определяет
направления магнитной силы, обычного тока и магнитного поля.
При любых двух тезисах можно найти третий.

Правой рукой:

укажите указательным пальцем в направлении скорости заряда,
v,
(вспомним обычный ток).

Укажите средним пальцем в направлении магнитного поля B.

Ваш большой палец теперь указывает в направлении магнитной силы, F Magnetic .


Правило правой руки # 2 (RHR # 2)

Правило правой руки №2 определяет направление магнитного
поле вокруг токоведущего провода и наоборот

Правой рукой:

Согните пальцы в полукруг вокруг проволоки, они указывают внутрь
направление магнитного поля, B

Укажите большим пальцем в направлении обычного тока.


Применение правил правой руки:

Правила правой руки указывают только направление магнитного поля.
Чтобы определить силу магнитного поля, некоторые полезные математические
уравнения могут быть применены.


Для длинного прямого провода магнитное поле B равно:
B = m o I
/ 2пр;
где,

м o
= 4p
x 10 -7 Т · м / А и ос, называемые
проницаемость свободного пространства, r — радиальное расстояние от провода в метрах,
а I — ток в амперах.

Для одиночного витка провода магнитное поле, В
через центр петли проходит:
B = m o I
/ 2R;
где,

м o
— проницаемость свободного пространства, а R — радиус круговой
петля из проволоки, измеренная в метрах. Оба поля для мотка проволоки
и соленоид может быть построен из этого уравнения.

Вопросы для рассмотрения:

1. Протон движется со скоростью 5,0 x 10 6 м.
/ с, когда он встречает магнитное поле величиной 0,40 Тл, перпендикулярное
к скорости протона. Сделайте набросок этой ситуации и обозначьте
направления скорости протона, магнитного поля и магнитного
сила.


2. Здесь длинный,
по прямому проводу проходит ток I, равный 3.0 A. Частица, q
с зарядом +6,5 х 10 -6
C, движется параллельно проводу в указанном направлении на расстоянии
r = 0,050 м и скорость
v = 280 м / с.