1.Магнитное поле создается… 1)неподвижными электрическими зарядами; 2)движущимися электрическими зарядами; 3)телами, обладающими массой; 4)движущимися…
обладающими массой; 4)движущимися частицами. 2.Постоянное магнитное поле можно обнаружить по действию на… 1) движущуюся заряженную частицу; 2) неподвижную заряженную частицу; 3) любое металлическое тело; 4) заряженный диэлектрик. 3. Что наблюдалось в опыте Эрстеда? 1) взаимодействие двух параллельных проводников с током. 2) поворот магнитной стрелки вблизи проводника при пропускании через него тока. 3)взаимодействие двух магнитных стрелок 4)возникновение электрического тока в катушке при вдвигании в нее магнита. 4. Как взаимодействуют два параллельных проводника при протекании в них тока в противоположных направлениях? 1)сила взаимодействия равна нулю; 2)проводники притягиваются; 3)проводники отталкиваются; 4)проводники поворачиваются. 5. Как называется единица магнитной индукции? 1)Тесла 2)Генри 3)Вебер 4)Ватт 6. Как называется сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля? 1) Сила Ампера; 2)Центробежная сила; 3)Сила Лоренца; 4)Центростремительная сила 7. Какова траектория протона, влетевшего в однородное магнитное поле параллельно линиям индукции магнитного поля? 1)Прямая 2)Парабола 3)Окружность 4)Винтовая линия 8. Изменится ли, а если изменится, то, как частота обращения заряженной частицы в циклотроне при увеличении ее скорости в 2 раза. Скорость частицы считать намного меньше скорости света 1)Увеличится в 2 раза 2)Увеличится в 4 раза 3)Увеличится в 16 раз. 4)Не изменится 9. Электрон и протон влетают в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору магнитной индукции с одинаковыми скоростями. Отношение модулей сил, действующих на них в этот момент времени со стороны магнитного поля, равно 1) 1 2) 0 3) 1/2000 4) 2000 10. Участок проводника длиной 10 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 50 мТл. Сила тока, протекающего по проводнику, 10 А. Какую работу совершает сила Ампера при перемещении проводника на 8 см в направлении действия силы. Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитного поля 1) 0,004 Дж. 2) 0,4 Дж. 3) 0,5 Дж. 4) 0,625 Дж 11.Рамку площадью 0,5 м2 пронизывают линии магнитной индукции магнитного поля с индукцией 4 Тл под углом 300 к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий рамку? 1) 1 Вб 2) 2,3 Вб 3) 1,73 Вб 4) 4 Вб 12.В магнитном поле с индукцией 4 Тл движется электрон со скоростью 107 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. Чему равен модуль силы, действующий на электрон со стороны магнитного поля? 1) 0,4 пН; 2) 6,4 пН; 3) 0,4 мкН; 4) 6,4 мкН 13.Если величину заряда увеличить в 3 раза, а скорость заряда уменьшить в 3 раза, то сила, действующая на заряд в магнитном поле, 1) не изменится; 2)увеличится в 9 раз; 3)уменьшится в 3раза; 4) увеличится в 3 раза. 14. Заряд движется в магнитном поле. Индукция магнитного поля и скорость заряда увеличиваются в 3 раза. Сила, действующая на заряд 1) увеличится в 3 раза; 2) уменьшится в 3раза; 3) увеличится в 9 раз; 4) уменьшится в 9 раз. 15. Определить индукцию магнитного поля проводника, по которому протекает ток 4 А, если поле действует с силой 0,4 Н на каждые 10 см проводника. 1) 0,5 Тл; 2) 2Тл; 3) 1 Тл; 4) 0,1 Тл. 16. Линии магнитного поля в пространстве вне постоянного магнита 1) начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на южном; 2) начинаются на южном полюсе магнита, заканчиваются на бесконечности; 3) начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на бесконечности; 4) начинаются на южном полюсе магнита, заканчиваются на северном. 17. С помощью правила Буравчика можно определить 1) направление силы магнитного поля; 2) направление движения заряженной частицы; 3) направление линий магнитного поля; 4)направление силы электрического поля. 18. Линии однородного магнитного поля 1) искривлены, их густота меняется от точки к точке; 2) параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой; 3) расположены параллельно с разной густотой; 4) расположены хаотично. 19.Разноименные полюсы магнита…, а одноименные полюсы — 1) …отталкиваются, …притягиваются; 2)…притягиваются, …отталкиваются; 3)…отталкиваются; 4)…притягиваются. 20. Частица с электрическим зарядом 8·10-19 Кл движется со скоростью 220 км/ч в магнитном поле с индукцией 5 Тл, под углом 300. Определить значение силы Лоренца. 1) 10-15 Н 2) 2·10-14 Н 3) 2·10-12 Н 4) 1,2·10-16 Н 21. Какая физическая величина измеряется в «генри»? 1) индукция поля 2) магнитный поток 3) ЭДС индукции 4) Индуктивность. 22. Какой из перечисленных процессов объясняется явлением электромагнитной индукции 1) отклонение магнитной стрелки при прохождении по проводу электрического тока; 2) взаимодействие проводников с током; 3) появление тока в замкнутой катушке при опускании в нее постоянного магнита; 4) возникновение силы, действующей на проводник с током. 23. Определить индуктивность катушки, через которую проходит поток величиной 5 Вб при силе тока 100 мА. 1) 0,5 Гн 2) 50 Гн 3) 100 Гн 4) 0,005 Гн Д. 0,1 Гн 24. Какова энергия магнитного поля катушки индуктивностью, равной 2 Гн, при силе тока в ней, равной 200 мА? 1) 400 Дж; 2) 4·104 Дж; 3) 0,4 Дж; 4) 4·10-2 Дж 25. Какова ЭДС индукции, возбуждаемая в проводнике, помещенном в магнитном поле с индукцией 100 мТл, если оно полностью исчезает за 0,1 с? Площадь, ограниченная контуром, равна 1 м2. 1) 100 В; 2) 10 В; 3) 1 В 4) 0,01 В 26. Чем определяется величина ЭДС индукции в контуре? 1) Магнитной индукцией в контуре; 2) Магнитным потоком через контур ; 3) Электрическим сопротивлением контура; 4) Скоростью изменения магнитного потока 27. Определить сопротивление проводника длиной 40 м, помещенного в магнитное поле, если скорость движения 10м/с. Индукция магнитного поля равна 0,01Тл, сила тока 1А. 1) 400 Ом; 2) 0,04Ом; 3) 4Ом 4) 40 Ом 28. Какова ЭДС индукции, возбуждаемая в проводнике, помещенном в магнитное поле с индукцией 200мТл, если оно полностью исчезает за 0,05с? Площадь, ограниченная контуром, равна 1м2. 1) 400В; 2) 40В; 3) 4В; 4) 0,04В 29. Определить индуктивность катушки, если при силе тока в 2А, она имеет энергию 0,2Дж. 1) 200Гн; 2) 2мГн 3) 200мГн 4) 100мГн 30. Определить сопротивление проводника длиной 20 м, помещенного в магнитное поле, если скорость движения 10м/с, индукция поля равна 0,01Тл, сила тока 2А. 1) 100 Ом; 2) 0,01Ом; 3) 0,1Ом; Г. 1 Ом;
Ученые: на Земле возможно создать магнитные поля мощностью как у черной дыры
Срочная новость
Открывается прием заявок на конкурс «Снимай науку!»
Открывается прием заявок на конкурс «Снимай науку!»
Пока такие поля создают черные дыры и нейтронные звезды, но человек тоже способен на это.
Новое исследование доказывает, что ученые теоретически способны создавать на Земле магнитные поля, не уступающие по мощности тем, которые наблюдаются в черных дырах и нейтронных звездах.
Большинство магнитных полей на Земле, даже искусственных, не особенно сильны. Магнитно-резонансная томография (МРТ), используемая в больницах, обычно дает поля около 1 тесла или 10 000 гаусс. Для сравнения, геомагнитное поле, которое поворачивает стрелку компаса на север, составляет от 0,3 до 0,5 гаусс. Лабораторный эксперимент 2018 года с использованием лазеров создал поле мощностью чуть более 1 килотесла. Но выше этого никто пока не поднимался.
Группа ученых из университета Осаки (Япония) под руководством Масакацу Мураками использовала компьютерное моделирование, чтобы доказать, что в лабораторных условиях возможно достичь мощности магнитного поля в миллион тесла, передает Live Science.
Воздействие сверхсильными лазерными импульсами на полые трубки диаметром всего несколько микрон может возбудить электроны в стенке трубки. Взаимодействие этих сверхгорячих электронов и вакуума, создаваемого при сжатии трубки, приводит к протеканию электрического тока. Поток электрических зарядов создает магнитное поле. В таком случае электрический ток может усилить уже существующее магнитное поле на два-три порядка, как выяснили исследователи.
Магнитное поле мощностью в мегатесла (1 млн тесла) продержится недолго и затухнет примерно через 10 наносекунд. Но это достаточное время для современных физических экспериментов.
Мураками и его команда подсчитали, что для создания этих магнитных полей в реальном мире потребуется лазерная система с энергией импульса от 0,1 до 1 килоджоулей и общей мощностью от 10 до 100 петаватт. (Петаватт — это миллион миллиардов ватт). Десятипетаваттные лазеры уже используются физиками, поэтому с точки зрения технологий создать мегамощное магнитное поле вполне реально.
Сверхсильные магнитные поля находят множество применений в фундаментальной физике, в том числе в поисках темной материи.
Ранее канал «Наука» рассказал, зачем чувствовать магнитное поле.
На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc., запрещённая на территории Российской Федерации
Расскажите друзьям
Fernanda Avelar Santos et al./Marine Pollution Bulletin, 2022
На отдаленном острове ученые сделали тревожную находку — пластиковые камни
Zijiao Chen et al./arxiv, 2023
Нейросеть создала изображения, читая мысли людей
Общественное достояние
Расшифрован геном Людвига ван Бетховена
Управляющий сигнал (зеленый) активирует набор переключателей на металлической полосе. Электромагнитный импеданс метаматериала резко меняется, в результате чего прямо распространяющийся сигнал (обозначен синим цветом) частично отражается во времени (обозна
Andrea Alu/ City University of New York’s Advanced Science Research Center
После десятилетий поисков физики обнаружили «отражения времени»
От туалетной бумаги до писем «с того света»: что можно получить по подписке
Хотите быть в курсе последних событий в науке?
Оставьте ваш email и подпишитесь на нашу рассылку
Ваш e-mail
Нажимая на кнопку «Подписаться», вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Закон Ампера – Колледж Дугласа, физика 1207
Глава 7 Магнитное поле, создаваемое движущимися электрическими зарядами
Резюме
- Рассчитайте ток, создающий магнитное поле.
- Используйте правило правой руки 2, чтобы определить направление тока или направление контуров магнитного поля.
Какой ток необходим для создания значительного магнитного поля, возможно, такого же сильного, как поле Земли? Геодезисты скажут вам, что воздушные линии электропередач создают магнитные поля, которые мешают показаниям их компаса. Действительно, когда в 1820 году Эрстед обнаружил, что ток в проводе влияет на стрелку компаса, он не имел дело с чрезвычайно большими токами. Как форма проводов, по которым течет ток, влияет на форму создаваемого магнитного поля? Ранее мы отмечали, что токовая петля создает магнитное поле, подобное магнитному стержню, но как насчет прямого провода или тороида (бублика)? Как направление создаваемого током поля связано с направлением тока? Ответы на эти вопросы исследуются в этом разделе вместе с кратким обсуждением закона, управляющего полями, создаваемыми токами.
Магнитные поля имеют как направление, так и величину. Как отмечалось ранее, одним из способов определения направления магнитного поля является использование компаса, как показано для длинного прямого провода с током на рисунке 1.
(длинный прямой провод)
, где I — ток, r — кратчайшее расстояние до провода, а константа — проницаемость свободного пространства.
Пример 1. Расчет силы тока, создающего магнитное поле
Найдите силу тока в длинном прямом проводе, который на расстоянии 5,0 см от провода создает магнитное поле, вдвое превышающее магнитное поле Земли.
Стратегия
Поле Земли составляет примерно 5,0 x 10 -5 T , поэтому здесь B из-за провода принимается равным 1,0 x 10 40 Уравнение
B = ( μ o I) / ( 2π r ) можно использовать для нахождения I , поскольку все остальные величины известны.
Решение
Решение I и ввод известных значений дают
Обсуждение
Таким образом, умеренно большой ток создает значительное магнитное поле на расстоянии 5,0 см от длинного прямого провода.
Магнитное поле длинного прямого провода имеет больше значений, чем вы можете предположить на первый взгляд. Каждый отрезок тока создает магнитное поле, подобное магнитному полю длинного прямого провода, а полное поле тока любой формы представляет собой векторную сумму полей, создаваемых каждым отрезком. Формальная формулировка направления и величины поля, обусловленного каждым сегментом, называется законом Био-Савара . Интегральное исчисление необходимо для суммирования поля для тока произвольной формы. Это приводит к более полному закону, называемому
Установление связей: теория относительности
Слушая все, что мы делаем об Эйнштейне, у нас иногда создается впечатление, что он изобрел теорию относительности из ничего. Напротив, одним из побуждений Эйнштейна было решить трудности, связанные с пониманием того, как разные наблюдатели видят магнитные и электрические поля.
Магнитное поле вблизи проволочной петли с током показано на рисунке 2. Как направление, так и величина магнитного поля, создаваемого петлей с током, являются сложными. RHR-2 можно использовать для указания направления поля вблизи контура, но для получения более подробной информации необходимо картографирование с помощью компаса и правила относительно силовых линий, приведенные в разделе «Магнитные поля и линии магнитного поля». Есть простая формула для напряженность магнитного поля в центре круглой петли. Это
(в центре петли)
, где R — радиус петли. Это уравнение очень похоже на уравнение для прямого провода, но оно действительно только в центре круглой петли из проволоки. Сходство уравнений указывает на то, что аналогичная напряженность поля может быть получена в центре контура. Один из способов получить большее поле — это иметь N петель; тогда поле равно B = N μ o I / (2R) . Обратите внимание, что чем больше петля, тем меньше поле в ее центре, поскольку ток проходит дальше.
Рис. 2. (a) RHR-2 показывает направление магнитного поля внутри и снаружи контура с током. (b) Более детальное картографирование с помощью компаса или зонда Холла дополняет картину. Поле похоже на поле стержневого магнита.А соленоид — это длинная катушка провода (с множеством витков или петель, в отличие от плоской петли). Из-за своей формы поле внутри соленоида может быть очень однородным, а также очень сильным. Поле сразу за катушками почти равно нулю. На рис. 3 показано, как выглядит поле и как его направление задается RHR-2.
Рис. 3. (a) Из-за своей формы поле внутри соленоида длиной l удивительно однородно по величине и направлению, на что указывают прямые и равномерно расположенные силовые линии. Поле вне катушек почти равно нулю. (b) На этом разрезе показано магнитное поле, создаваемое током в соленоиде.Магнитное поле внутри соленоида с током очень однородно по направлению и величине. Лишь ближе к концам он начинает ослабевать и менять направление. Поле снаружи имеет ту же сложность, что и плоские петли и стержневые магниты, но напряженность магнитного поля внутри соленоида просто равна
.B = μ o nI (внутри соленоида)
где n — количество петель на единицу длины соленоида n = N/l , где N количество петель и l длина). Обратите внимание, что B — это напряженность поля в любом месте однородной внутренней области, а не только в центре. Большие однородные поля, распределенные по большому объему, возможны с соленоидами, как следует из примера 2.
Пример 2: Расчет напряженности поля внутри соленоида
Каково поле внутри соленоида длиной 2,00 м, который имеет 2000 витков и пропускает ток силой 1600 А?
Стратегия
Чтобы найти напряженность поля внутри соленоида, мы используем B = μ o nI . Во-первых, отметим, что число витков на единицу длины равно
Решение
Подстановка известных значений дает
Обсуждение
Медицинское применение магнитно-резонансной томографии (МРТ). Однако очень большой ток указывает на то, что поля такой силы получить нелегко. Такой большой ток через 1000 витков, втиснутых в длину метра, произвел бы значительный нагрев. Более высокие токи могут быть достигнуты с помощью сверхпроводящих проводов, хотя это дорого. Существует верхний предел тока, поскольку сверхпроводящее состояние нарушается очень большими магнитными полями.
Есть интересные варианты плоской катушки и соленоида. Например, тороидальная катушка, используемая для удержания реактивных частиц в токамаках, очень похожа на соленоид, согнутый в окружность. Поле внутри тороида очень сильное, но круглое. Заряженные частицы движутся по кругу, следуя линиям поля, и сталкиваются друг с другом, возможно, вызывая синтез. Но заряженные частицы не пересекают силовые линии и не покидают тороид. Целый ряд форм катушек используется для создания всевозможных форм магнитного поля. Добавление ферромагнитных материалов увеличивает напряженность поля и может существенно повлиять на форму поля. Ферромагнитные материалы имеют тенденцию улавливать магнитные поля (силовые линии изгибаются в ферромагнитный материал, оставляя более слабые поля вне его) и используются в качестве экранов для устройств, на которые неблагоприятно влияют магнитные поля, в том числе магнитное поле Земли.
PhET Исследования: магниты
Создание магнитов с помощью электричества. Прямая ссылка: https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/magnets-and-electromagnets. Может работать не на всех компьютерах.
Рис. 4. Магниты- Сила магнитного поля, создаваемого током в длинном прямом проводе, равна
B = N μ 0 I / (2 πr ) (длинный прямой провод)
- Направление магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом, определяется правилом правой руки 2 (RHR-2): Направьте большой палец правой руки в направлении тока, а пальцы согните в направлении создаваемых им петель магнитного поля .
- Магнитное поле, создаваемое током, следующим по любому пути, представляет собой сумму (или интеграл) полей, создаваемых сегментами вдоль пути (величина и направление, как для прямого провода), что приводит к общей зависимости между током и полем, известной как закон Ампера. .
- Напряженность магнитного поля в центре круглой петли равна
B = μ 0 I / (2R) (в центре петли радиусом R)
- , где R — радиус петли. Это уравнение принимает вид B = N μ 0 I / (2R) для плоской катушки из N петель. РХР-2 дает направление поля вокруг петли. Длинная катушка называется соленоидом.
- Напряженность магнитного поля внутри соленоида равна .
B = мк 0 нИ (внутри соленоида)
- , где n — количество витков на единицу длины соленоида. Поле внутри очень однородно по величине и направлению.
- Правило правой руки 2 (RHR-2)
- правило для определения направления магнитного поля, создаваемого проводом с током: направьте большой палец правой руки в направлении тока, а пальцы согните в направлении петель магнитного поля
- напряженность магнитного поля (величина), создаваемая длинным прямым проводом с током
- определяется как B = N μ 0 I / (2 πr) , где I — ток, r — кратчайшее расстояние до провода, а μ 0 — проницаемость свободного пространства.
- проницаемость свободного пространства
- мера способности материала, в данном случае свободного пространства, поддерживать магнитное поле; константа мк 0 = 4 π x 10 -7 Тл м/А.
- напряженность магнитного поля в центре круглой петли
- определяется как B = N μ 0 I / (2R) , где R — радиус петли
- соленоид
- тонкая проволока, свернутая в катушку, создающую магнитное поле при пропускании через нее электрического тока
- напряженность магнитного поля внутри соленоида
- определяется как B = μ 0 n I , где n — количество петель на единицу длины соленоида n = N/l , где N количество петель и l длина.
- Закон Био-Савара
- физический закон, описывающий магнитное поле, создаваемое электрическим током, с помощью специального уравнения
- Закон Ампера
- физический закон, утверждающий, что магнитное поле вокруг электрического тока пропорционально току; каждый отрезок тока создает магнитное поле, подобное магнитному полю длинного прямого провода, а полное поле тока любой формы представляет собой векторную сумму полей, создаваемых каждым отрезком
- Уравнения Максвелла
- набор из четырех уравнений, описывающих электромагнитные явления
Механизм космических магнитных полей, исследованных в лаборатории
Физика высоких энергий
17 января 2023 г.
Контуры магнитных полей, возникающие в результате самоорганизации микроскопических токов, возникающих в результате вейбелевской неустойчивости в углекислотной лазерной плазме, зондируемой ультракоротким релятивистским электронным пучком.
Изображение предоставлено Chaojie Zhang, Калифорнийский университет Лос-Анджелеса
Наука
Плазма — это вещество, настолько горячее, что электроны отделяются от атомов. Электроны свободно плавают, а атомы становятся ионами. Это создает ионизированный газ — плазму, из которой состоит почти вся видимая Вселенная. Недавние исследования показывают, что магнитные поля могут спонтанно возникать в плазме. Это может произойти, если плазма имеет температурную анизотропию — температуру, различную по разным направлениям в пространстве. Этот механизм известен как неустойчивость Вейбеля. Это было предсказано теоретиком плазмы Эриком Вейбелем более шести десятилетий назад, но только сейчас однозначно наблюдалось в лаборатории. Новое исследование показало, что этот процесс может преобразовывать значительную часть энергии, хранящейся в температурной анизотропии, в энергию магнитного поля. Также обнаружено, что нестабильность Вейбеля может быть источником магнитных полей, которые пронизывают весь космос.
Удар
Вещество в нашей наблюдаемой Вселенной находится в плазменном состоянии и намагничено. Магнитные поля на уровне микрогаусс (около миллионной доли магнитных полей Земли) пронизывают галактики. Считается, что эти магнитные поля усиливаются слабыми затравочными полями за счет спирального движения галактик, известного как галактическое динамо. Как создаются исходные магнитные поля, это давний вопрос в астрофизике. Эта новая работа предлагает возможное решение этой неприятной проблемы происхождения затравочных магнитных полей микрогауссового уровня. В исследовании использовалась новая платформа, которая имеет большой потенциал для изучения сверхбыстрой динамики магнитных полей в лабораторной плазме, имеющей отношение к астрономической физике и физике высокой плотности энергии.
Резюме
Вейбелевская неустойчивость, вызванная температурной анизотропией, впервые теоретизированная шесть десятилетий назад, считается важным механизмом самонамагничивания многих лабораторных и астрофизических плазм. Однако ученые столкнулись с двумя проблемами при однозначной демонстрации неустойчивости Вейбеля. Во-первых, до недавнего времени исследователи не могли генерировать плазму с известной температурной анизотропией, как первоначально предполагал Вейбель. Во-вторых, у исследователей не было подходящей техники для измерения сложной и быстро развивающейся топологии магнитных полей, впоследствии генерируемых в плазме.
Эта работа, выполненная благодаря уникальным возможностям Ускорительного испытательного комплекса, пользовательского объекта Министерства энергетики (DOE) в Брукхейвенской национальной лаборатории, использовала новую экспериментальную платформу, которая позволила исследователям создать водородную плазму с известным сильно анизотропным электроном. распределения скоростей в масштабе десятков триллионов секунд с помощью сверхкоротких, но интенсивных лазерных импульсов на углекислом газе. Последующая термализация плазмы происходит за счет самоорганизации плазменных токов, создающих магнитные поля, обусловленные неустойчивостью Вейбеля. Эти поля достаточно велики, чтобы отклонить релятивистские электроны и показать изображение магнитных полей на определенном расстоянии от плазмы. Исследователи получили фильм об эволюции этих магнитных полей с превосходным пространственно-временным разрешением, используя релятивистский электронный пучок в течение одной пикосекунды для исследования этих полей.
Контактное лицо
Чан Джоши, главный исследователь
Калифорнийский университет Лос-Анджелеса
[email protected]
Чаоджи Чжан, ведущий автор
Калифорнийский университет Лос-Анджелеса
[email protected]