Магнитное поле тока презентация

Магнитное поле тока ПЛАН Магнитное поле и его характеристики Закон Био — Савара — Лапласа Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов Единицы измерения магнитных величин. Сила Лоренца. Циркуляция и поток вектора В для магнитного поля в вакууме. Теорема Гаусса для поля Магнитное поле соленоида и тороида. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле Эффект Холла.

1. Магнитное поле и его характеристики 1. Магнитное поле и его характеристики 1820 г. Х. Эрстед. На магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током, действуют силы, которые стремятся повернуть стрелку. А. Ампер. Силовое взаимодействие двух проводников с токами. Закон взаимодействия токов. В пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным. Магнитное поле действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды При исследовании магнитного поля используют замкнутый плоский контур с током (рамка с током)

За направление магнитного поля в данной точке принимается За направление магнитного поля в данной точке принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль к рамке направление, совпадающее с направлением силы, которая действует на северный полюс магнитной стрелки, помещенной в данную точку. В качестве положительного направления нормали принимается направление, связанное с током правилом правого винта

Рамка с током поворачивается в магнитном поле. Рамка с током поворачивается в магнитном поле. Вращающий момент сил зависит как от свойств поля в данной точке, так и от свойств рамки: В - вектор магнитной индукции, Pm - вектор магнитного момента рамки с током. Для плоского контура с током I S - площадь поверхности контура (рамки), n - единичный вектор нормали к поверхности рамки. Направление Pm совпадает с направлением положительной нормали.

Магнитная индукция в данной точке однородного магнитного поля определяется максимальным вращающим моментом, действующим на рамку с магнитным моментом, равным единице, когда нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля Магнитная индукция в данной точке однородного магнитного поля определяется максимальным вращающим моментом, действующим на рамку с магнитным моментом, равным единице, когда нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля Вектор магнитной индукции В может быть выведен также из закона Ампера и из выражения для силы Лоренца.

Магнитное поле изображают с помощью линий магнитной индукции — линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В. Магнитное поле изображают с помощью линий магнитной индукции — линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В. Их направление задается правилом правого винта. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с током. Магнитное поле не имеет источников – магнитных зарядов. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются вихревыми.

Гипотеза А. Ампера: в любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Гипотеза А. Ампера: в любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Молекулярные токи создают свое магнитное поле и могут поворачиваться в магнитных полях макротоков. Вектор магнитной индукции В характеризует результирующее магнитное поле, создаваемое всеми макро- и микротоками Магнитное поле макротоков описывается вектором напряженности Н. Для однородной изотропной среды: В=0Н, 0 — магнитная постоянная  — магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков Н усиливается за счет поля микротоков среды.

Закон Био — Савара — Лапласа для проводника с током I, элемент которого dl создает в некоторой точке А индукцию поля dB Закон Био — Савара — Лапласа для проводника с током I, элемент которого dl создает в некоторой точке А индукцию поля dB Направление dB определяется правилом векторного произведения векторов или по правилу правого винта.

Магнитное поле прямого тока — тока, текущего по тонкому прямому проводу бесконечной длины. Магнитное поле прямого тока — тока, текущего по тонкому прямому проводу бесконечной длины. В произвольной точке А, удаленной от оси проводника на расстояние R, векторы dB от всех элементов тока имеют одинаковое направление, перпендикулярное плоскости чертежа («к нам»).

Магнитное поле в центре кругового проводника с током. Магнитное поле в центре кругового проводника с током. Все элементы кругового проводника с током создают в центре магнитное поле одинакового направления — вдоль нормали от витка.

3. Закон Ампера АМПЕР Андре Мари (1775 – 1836) – французский физик математик и химик. Основные физические работы посвящены электродинамике. Сформулировал правило для определения действия магнитного поля тока на магнитную стрелку. Обнаружил влияние магнитного поля Земли на движущиеся проводники с током.

В 1820 г. А. М. Ампер экспериментально установил, что два проводника с током взаимодействуют друг с другом с силой: В 1820 г. А. М. Ампер экспериментально установил, что два проводника с током взаимодействуют друг с другом с силой: где b – расстояние между проводниками, а k – коэффициент пропорциональности зависящий от системы единиц.

В современной записи в системе СИ, закон Ампера выражается формулой: В современной записи в системе СИ, закон Ампера выражается формулой: Это сила с которой магнитное поле действует на бесконечно малый проводник с током I. Модуль силы действующей на проводник

Если магнитное поле однородно и проводник перпендикулярен силовым линиям магнитного поля, то Если магнитное поле однородно и проводник перпендикулярен силовым линиям магнитного поля, то Работа силы Ампера

Направление силы определяется направлением векторного произведения или правилом левой руки (что одно и тоже). Ориентируем пальцы по направлению первого вектора, второй вектор должен входить в ладонь и большой палец показывает направление векторного произведения. Направление силы определяется направлением векторного произведения или правилом левой руки (что одно и тоже). Ориентируем пальцы по направлению первого вектора, второй вектор должен входить в ладонь и большой палец показывает направление векторного произведения.

Физический смысл магнитной индукции: Физический смысл магнитной индукции: В – величина, численно равная силе, с которой магнитное поле действует на проводник единичной длины, по которому течет единичный ток. Размерность индукции

Взаимодействие двух параллельных бесконечных проводников с током Пусть R – расстояние между проводниками. Каждый из проводников создает магнитное поле, которое действует по закону Ампера на другой проводник с током. Два параллельных тока одинакового направления притягиваются друг к другу, а противоположных направлений отталкиваются друг от друга

Вперед

Воздействие магнитного поля на рамку с током Рамка с током I находится в однородном магнитном поле α – угол между и (направление нормали связано с направлением тока правилом буравчика).

Сила Ампера, действующая на сторону рамки длиной l, равна: Сила Ампера, действующая на сторону рамки длиной l, равна: Вращающий момент равен: M – вращающий момент силы, P – магнитный момент.

4. Единицы измерения магнитных величин Закон Ампера используется для установления единицы силы тока – ампер.

Ампер – сила тока неизменного по величине, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным на расстоянии один метр, один от другого в вакууме вызывает между этими проводниками силу Ампер – сила тока неизменного по величине, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным на расстоянии один метр, один от другого в вакууме вызывает между этими проводниками силу Тогда

1 Тл (один тесла равен магнитной индукции однородного магнитного поля, в котором) на плоский контур с током, имеющим магнитный момент 1 А·м2 действует вращающий момент 1 Н·м. 1 Тл (один тесла равен магнитной индукции однородного магнитного поля, в котором) на плоский контур с током, имеющим магнитный момент 1 А·м2 действует вращающий момент 1 Н·м. 1 Тл равен магнитной индукции при которой магнитный поток сквозь площадку 1 м2, перпендикулярную направлению поля равен 1 Вб

ТЕСЛА Никола (1856 - 1943)-сербский ученый в области электротехники, радиотехники ТЕСЛА Никола (1856 - 1943)-сербский ученый в области электротехники, радиотехники Разработал ряд конструкций многофазных генераторов, элек-тродвигателей и трансформа-торов. Сконструировал ряд радио-управляемых самоходных меха-низмов. Изучал физиологическое действие токов высокой частоты. Построил в 1899 радиостанцию на 200 кВт в Колорадо и радиоантенну высотой 57,6 м в Лонг-Айленде. Изобрел электрический счетчик, частотомер и др.

Таблица основных характеристик магнитного поля

Получим формулу для расчета силы Лоренца Найдем силу, действующую на один заряд со стороны магнитного поля. По закону Ампера сила, действующая на проводник с током в магнитном поле ток причем , тогда

Т.к. nSdl –число зарядов в объёме Sdl, тогда для одного заряда Т.к. nSdl –число зарядов в объёме Sdl, тогда для одного заряда

ЛОРЕНЦ Хендрик Антон (1853 - 1928) – нидерландский физик-теоретик, создатель классической электронной теории, член Нидерландской АН. ЛОРЕНЦ Хендрик Антон (1853 - 1928) – нидерландский физик-теоретик, создатель классической электронной теории, член Нидерландской АН. Вывел формулу, связывающую диэлектрическую проницаемость с плотностью диэлектрика, дал выражение для силы, действующей на движущийся заряд в электромагнитном поле (сила Лоренца), объяснил зависимость электропроводности вещества от теплопроводности, развил теорию дисперсии света. Разработал электродинамику движущихся тел. В 1904 вывел формулы, связывающие между собой пространственные координаты и моменты времени одного и того же события в двух различных инерциальных системах отсчета (преобразования Лоренца).

Направлена сила Лоренца перпендикулярно к плоскости, в которой лежат векторы V и B. Направлена сила Лоренца перпендикулярно к плоскости, в которой лежат векторы V и B. К движущемуся положительному заряду применимо правило левой руки или «правило буравчика»

Направление действия силы для отрицательного заряда – противоположно, следовательно, к электронам применимо правило правой руки. Направление действия силы для отрицательного заряда – противоположно, следовательно, к электронам применимо правило правой руки. Часто лоренцевой силой называют сумму электрических и магнитных сил:

6. Циркуляция вектора магнитной индукции Возьмем контур l охватывающий прямой ток I, и вычислим для него циркуляцию вектора магнитной индукции т.е.

это теорема о циркуляции вектора B: циркуляция вектора магнитной индукции равна току, охваченному контуром, умноженному на магнитную постоянную: Если ток не охватывается контуром

Если контур охватывает несколько токов, то Если контур охватывает несколько токов, то циркуляция вектора B равна алгебраической сумме токов, охваченных контуром произвольной формы. Магнитные поля называют вихревыми или соленоидальными. Магнитному полю нельзя приписывать потенциал.

Линии напряженности электрического поля начинаются и заканчиваются на зарядах. Линии напряженности электрического поля начинаются и заканчиваются на зарядах. Магнитных зарядов в природе нет. Опыт показывает, что линии B всегда замкнуты Поэтому теорема Гаусса для вектора магнитной индукции B записывается так:

7. Магнитное поле соленоида Бесконечно длинный соленоид - тонкий провод, намотанный плотно виток к витку на цилиндрический каркас Соленоид можно представить в виде системы одинаковых круговых токов с общей прямой осью. Поле внутри и вне соленоида однородное.

магнитная индукция внутри соленоида магнитная индукция внутри соленоида где n – число витков на единицу длины, I – ток в соленоиде (в проводнике). Вне соленоида: Бесконечно длинный соленоид аналогичен плоскому конденсатору. Произведение nI – называется число ампер витков на метр.

-В точке, лежащей на середине оси конечного соленоида магнитное поле будет максимальным: -В точке, лежащей на середине оси конечного соленоида магнитное поле будет максимальным: где L – длина соленоида, R – диаметр витков. -В произвольной точке конечного соленоида

Магнитное поле тороида Тороид представляет собой тонкий провод, плотно (виток к витку) намотанный на каркас в форме тора (бублика). Возьмём контур L в виде окружности радиуса r, центр которого. совпадает с центром тора R.

Внутри тора Внутри тора Контур вне тороида токов не охватывает, поэтому вне тороида

8. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле Рассмотрим контур с током, образованный неподвижными проводами и скользящей по ним подвижной перемычкой длиной l Этот контур находится во внешнем однородном магнитном поле B , перпендикулярном к плоскости контура.

На элемент тока I (подвижный провод) длиной l действует сила Ампера, направленная вправо: На элемент тока I (подвижный провод) длиной l действует сила Ампера, направленная вправо: Пусть проводник переместится параллельно самому себе на расстояние dx. При этом совершится работа: Работа, совершаемая проводником с током при перемещении, численно равна произведению тока на магнитный поток, пересечённый этим проводником.

9. Эффект Холла Одним из проявлений магнитной составляющей силы Лоренца в веществе служит эффект, обнаруженный в 1879 г. американским физиком Э.Г. Холлом (1855–1938). Эффект Холла состоит в возникновении на боковых гранях проводника с током, помещенного в поперечное магнитное поле, разности потенциалов, пропорциональной величине тока I и индукции магнитного поля В.

Представим себе проводник в виде плоской ленты, расположенной в магнитном поле с индукцией B направленной от нас. Представим себе проводник в виде плоской ленты, расположенной в магнитном поле с индукцией B направленной от нас. В случае а) верхняя часть проводника будет заряжаться отрицательно, в случае б) положительно.

Это позволяет экспериментально определить знак носителя заряда в проводнике. Это позволяет экспериментально определить знак носителя заряда в проводнике. При равной концентрации носителей заряда обоих знаков возникает холловская разность потенциалов. Подсчитаем величину холловской разности потенциалов (Uх). Обозначим: Ex – напряженность электрического поля, обусловленного ЭДС Холла, h – толщина ленты проводника.

Перераспределение зарядов прекратится, когда сила qEx уравновесит лоренцеву силу, т.е. или Перераспределение зарядов прекратится, когда сила qEx уравновесит лоренцеву силу, т.е. или Где – коэффициент Холла.

Исследования ЭДС Холла привели к удивительным выводам: Исследования ЭДС Холла привели к удивительным выводам: Металлы могут обладать проводимостью р –типа (Zn, Cd – у них дырки более подвижные, чем электроны). Это металлы с чуть перекрывающимися знаками, т.е. полуметаллы.

Число носителей заряда: Число носителей заряда: Измерение Холловской разности потенциалов позволяет определить: знак заряда; количество носителей.