Магнітне поле, сучасне уявлення

 

ДІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА РУХОМИЙ ЗАРЯД

Досвід показує, що магнітне поле діє не тільки на провідники зі струмом, але і на окремі заряди, що рухаються в магнітному полі. Сила, що діє на електричний заряд Q, що рухається в магнітному полі зі швидкістю , називається силою Лоренца і виражається формулою

,

де - індукція магнітного поля, в якому заряд рухається.

Напрям сили Лоренца визначається за допомогою правила лівої руки: якщо долоню лівої руки розташувати так, щоб в неї входив вектор , а чотири витягнутих пальці направити уздовж вектора (для Q> 0 напрямки I і збігаються, для Q <0 - протилежні), то відігнутий великий палець покаже напрям сили, що діє на позитивний заряд.

Модуль сили Лоренца:

,

где a — угол между и .

Магнитное поле не действует на покоящийся электрический заряд. В этом существенное отличие магнитного поля от электрического. Магнитное поле действует только на движущиеся в нем заряды.

де a - кут між і .

Магнітне поле не діє на спочиваючий електричний заряд. У цьому істотна відмінність магнітного поля від електричного. Магнітне поле діє тільки на рухомі в ньому заряди

Малюнок 5 – Сила Лоренца

Сила Лоренца завжди перпендикулярна швидкості руху зарядженої частинки , тому вона змінює тільки напрям цієї швидкості , не змінюючи її модуля. Отже , сила Лоренца роботи не робить . Іншими словами , постійне магнітне поле не виконує роботи над просувалася у ньому зарядженою часткою і кінетична енергія цієї частинки при русі в магнітному полі не змінюється .

Якщо на рухомий електричний заряд крім магнітного поля з індукцією діє і електричне поле з напруженістю , то результуюча сила , прикладена до заряду , дорівнює векторній сумі сил - сили, що діє з боку електричного поля , і сили Лоренца :

.

Це вираз називається формулою Лоренца. Швидкість у цій формулі є швидкість заряду відносно магнітного поля.

 

Рух заряджених частинок в магнітному полі

Якщо заряджена частка рухається в магнітному полі зі швидкістю v уздовж ліній магнітної індукції , то кут α між векторами і . дорівнює 0 або π . Тоді за формулою сила Лоренца дорівнює нулю, тобто магнітне поле на частки не діє і вона рухається рівномірно і прямолінійно.

Якщо заряджена частка рухається в магнітному полі зі швидкістю , перпендикулярній вектору , то сила Лоренца постійна по модулю і нормальна до траєкторії частинки. Згідно з другим законом Ньютона , ця сила створює доцентрове прискорення. Звідси випливає , що частка буде рухатися по колу , радіус r якої визначається з умови QVB = mV2 / r , звідки

.

Період обертання частинки, тобто час Т, за яке вона робить один повний оберт,

.

Підставивши сюди вираз отримаємо

 ,

тобто період обертання частинки в однорідному магнітному полі визначається тільки величиною, зворотної питомій заряду (Q / m) частинки, і магнітною індукцією поля, але не залежить від її швидкості (при V «c).

 

ЦИРКУЛЯЦІЯ ВЕКТОРА

МАГНІТНОГО ПОЛЯ У ВАКУУМІ

Циркуляцією вектора

по заданому замкнутому контуру називається інтеграл

,

де - вектор елементарної довжини контуру, спрямованої уздовж обходу контуру, = = Bcosa - складова вектора в напрямку дотичної до контуру (з урахуванням обраного напрямку обходу), a - кут між векторами і .

Закон повного струму для магнітного поля у вакуумі (теорема про циркуляцію вектора ): циркуляція вектора по довільному замкненому контуру дорівнює добутку магнітної постійної m0 на алгебраїчну суму струмів, які охоплюються цим контуром:

,    

де n - число провідників зі струмами, які охоплюються контуром L довільної форми. Кожен ток враховується стільки разів, скільки разів він охоплюється контуром. Позитивним вважається струм, напрямок якого утворює з напрямом обходу по контуру правовінтовую систему; струм протилежного напрямку вважається негативним. Наприклад, для системи струмів, зображених на (мал. 6,)

Вираз справедливо тільки для поля у вакуумі, оскільки для поля в речовині необхідно враховувати молекулярні струми.

Між виразами для циркуляції вектора напруженості електричного поля і циркуляції вектора магнітної індукції існує принципова відмінність.

Циркуляція вектора електростатичного поля завжди дорівнює нулю, тобто електростатичне поле є потенційним. Циркуляція вектора магнітного поля не дорівнює нулю. Таке поле називається вихровим.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновки

 

Магнітне поле , одна з форм електромагнітного поля. Створюється рухомими електричними зарядами і спіновими магнітними моментами , а також змінним електричним полем. Діє на рухомі електричні заряди і тіла , що володіють магнітним моментом . Характеризується магнітною індукцією (або напруженістю ) . Індукція магнітного поля Землі (в одиницях СІ) близько 0,00005 Тл , найбільш сильними великомасштабними магнітними полями володіють нейтронні зірки ( близько 100 млн. Тл ) .

У лабораторних умовах і техніці для отримання постійного магнітного поля ( 0,05 - 25 Тл ) використовують постійні магніти , електромагніти , надпровідні соленоїди . Імпульсні надсильні магнітні поля (160 - 1000 Тл ) отримують за допомогою імпульсних соленоїдів і методом направленого вибуху . Технічні застосування магнітного поля ( поряд з електричним полем) лежать в основі всієї електротехніки , радіотехніки й електроніки . Магнітні поля використовуються в дефектоскопії , для утримання гарячої плазми в умовах керованого термоядерного синтезу , в прискорювачах заряджених частинок і т.д.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Термин «магнитное поле»  в 1845г. ввел М. Фарадей.

Экспериментальным доказательством реальности магнитного и электрического полей является факт существования электромагнитных волн. Магнитное поле, как и электрическое, является частным проявлением единого электромагнитного поля.

Характерной отличительной особенностью электрического поля является способность действовать на неподвижные заряды.

Главное свойство магнитного поля заключается в том, что оно действует на движущиеся заряды (электрический ток).

Неподвижные заряды не создают магнитного поля. Только движущиеся заряды (электрический ток) и постоянные магниты создают магнитное поле.

Линии магнитной индукции – это линии, касательные к которым в данной точке совпадают по направлению с вектором В в этой точке. Линии магнитной индукции можно сделать «видимыми» с помощью железных опилок. Если на стеклянную пластинку, через которую пропущен прямой проводник с током, насыпать железных опилок и слегка постучать по пластинке, то железные опилки расположатся вдоль силовых линий.

Направление линий магнитной индукции связано с направлением тока в проводнике. Направление силовых линий магнитного поля, создаваемого проводником с током, определяется по правилу буравчика (если правовинтовой буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки буравчика совпадет м направлением линий магнитной индукции).

Одним из проявлений магнитного поля является его силовое воздействие на движущиеся электрические заряды и проводники с током. В 1820г. А. Ампером был установлен закон, определяющий силу, действующую на элемент тока в магнитном поле. Так как создать обособленный элемент нельзя, то Ампер изучал поведение подвижных проволочных замкнутых контуров различной формы

Движущиеся электрические заряды создают вокруг себя магнитные поля, которые распространяются в вакууме со скоростью света с. Если же заряд движется во внешнем магнитном поле, то происходит силовое взаимодействие магнитных полей, определяемое по закону Ампера. Процесс взаимодействия магнитных полей исследовался Лоренцем, который вывел формулу для расчета силы действующей со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. Данная сила получила название силы Лоренца.

 

Таким образом, магнитное поле обладает следующими свойствами:

1. Действует на движущиеся заряды (электрический ток) – основное свойство
2. Непрерывное
3. Вихревое
4. Ослабевает при удалении от источника
5. Существует вокруг постоянных магнитов, Земли, проводников с током
6. Основная характеристика: магнитная индукция  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1. Дмитриева В.Ф. Физика. М., 1993г.
2. Павленко Ю.Г. Физика. Учебное пособие. М.,1998г.
3. Перельман Я.И. Занимательная физика, кн.2. Чебоксары,1994г.
4. Савельев И.В.. Курс общей физики, т.2. М.,1982г.
5. Сивухин Д.В.. Общий курс физики, т.3. М., 1977г.