Тест Магнитное поле 11 класс с ответами
Тесты по физике 11 класс. Тема: «Магнитное поле»
Правильный вариант ответа отмечен знаком +
1) Укажите название особого вида материи, посредством которого реализуется взаимодействие между электрическими частицами, находящимися в движении, и телами, которые обладают магнитным моментом?
— электрической поле
— магнитная индукция
+ магнитное поле
— сила притяжения
2) Укажите название силы, с которой магнитное поле воздействует на проводник с током?
— сила притяжения
— сила Ньютона
+ сила Ампера
— сила гравитационных взаимодействий
3) Укажите, согласно какому правилу определяется направление силы Лоренца?
— по правилу правой руки
+ по правилу левой руки
— по правилу Кирхгофа
— по правилу Ленца
4) Укажите, согласно какому правилу определяется направление индукционного тока?
— по правилу правой руки
— по правилу левой руки
— по правилу Кирхгофа
+ по правилу Ленца
5) Кому принадлежит закон о взаимодействии точечных электрических зарядов?
+ Кулону
— Ленцу
— Кирхгофу
— Ньютону
6) Укажите, согласно какому правилу определяется направленность вектора магнитного поля?
— по правилу Ленца
— по правилу левой руки
— по правилу Кирхгофа
+ по правила правой руки
7) Укажите, что отражает понятие: сила Лоренца?
— силу действия заряженной частицы на магнитное поле
+ силу действия магнитного поля на заряженную частицу, находящуюся в движении с определенной скоростью
— силу действия электрона на проводник
— силу действия проводника на магнитное поле, в котором он находится
8) Какой ученый ввел термин «магнитное поле»?
+ Фарадей
— Ньютон
— Максвелл
— Эйнштейн
9) Каком ученому принадлежит развитие классической теории магнитного поля?
— Фарадею
— Ньютону
+ Максвеллу
— Эйнштейну
тест 10) Что из указанного ниже не относится к свойствам магнитного поля Земли?
— источниками магнитного поля являются электрическое поле и электрические токи
— магнитное поле не оказывает никакого действия на покоящийся заряд
+ магнитное поле действует на частицы, имеющие покоящийся заряд
— магнитное поле представляет собой материальное явление
11) По какому правилу можно определить силу Ампера?
+ по правилу левой руки
— по правилу правой руки
— по правилу Ленца
— силу Ампера определить нельзя
12) Укажите правильное название единицы магнитной индукции:
+ тесла
— грамм
— ньютон
— вольт
13) При каком условии сила Ампера достигает своего максимума?
— если вектор индукции параллелен проводнику
— если вектор индукции лежит под углом 45° по отношению к проводнику
+ если вектор индукции лежит под углом 90° по отношению к проводнику
— если вектор индукции лежит под углом 135° по отношению к проводнику
14) Что из себя представляют линии любого магнитного поля?
— прямые линии непараллельные друг другу
+ замкнутые кривые линии
— незамкнутые кривые линии
— прямые линии перпендикулярные друг другу
15) Какое основное условие соблюдается в однородном магнитном поле?
+ векторы магнитной индукции во всех точках этого поля одинаковы
— векторы магнитной индукции в каждой отдельной точке этого поля разные
— сила действия на заряд в любой точке этого поля одинакова по модулю и по направлению
— сила действия на заряд в любой точке этого поля одинакова по модулю, но не одинакова по направлению
16) Определите значение индукции магнитного поля проводника, по которому протекает ток со значением 8А, если данное поле воздействует с силой 0,8Н на каждые 10 см проводника:
— 10 Тл
— 0 Тл
— 2 Тл
+ 1 Тл
17) Как называется величина, в которой выражается индуктивность в СИ?
— кулон
— вольт
— ампер
+ генри
18) Рассчитайте индуктивность катушки, если известно, что через неё проходит ток величиной 10 Вб при его силе 200 мА:
— 30 Гн
— 45 Гн
— 2000 Гн
19) Чей опыт представлен на рисунке?
+ Эрстеда
— Максвелла
— Эйнштейна
— Ампера
тест-20) Какое правило отображено на рисунке?
— первое правило правой руки
— первое правило левой руки
— второе правило левой руки
+ второе правило правой руки
Тест по физике «Силовое действие магнитного поля» 11 класс
«Самостоятельная работа по теме «Сила Ампера. Сила Лоренца»
Вариант 1.
1. В магнитном поле находится проводник с током (рис. 25). Каково направление силы Ампера, действующей на проводник?
А. От читателя. Б. К читателю. В. Равна нулю.
2. Прямолинейный проводник длиной 10 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 4 Тл и расположен под углом 30° к вектору магнитной индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, если сила тока в проводнике 3 А?
3. В магнитном поле с индукцией 5 Тл движется электрон со скоростью 104 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. Чему равен модуль силы, действующей на электрон со стороны магнитного поля?
4. На рисунке 77 показано сечение проводника с током. Электрический ток направлен перпендикулярно плоскости рисунка. В каком случае правильно указано направление линий индукции магнитного поля, созданного этим током?
1) рис А 2) рис Б 3) нет правильного ответа
5. В какую сторону отклоняется протон под действием магнитного поля (рис. 29)?
A. Влево. Б. Вправо. B. Вверх.
6. Во всех четырех вариантах определите направление силы Ампера.
A. Влево. Б. Вправо. B. Вверх. Г. От читателя. Д. К читателю. Е. Равна нулю. Ж) вниз
7. Во всех четырех вариантах определите направление силы Лоренца
A. Влево. Б. Вправо. B. Вверх. Г. От читателя. Д. К читателю. Е. Равна нулю. Ж) вниз
Самостоятельная работа по теме «Сила Ампера. Сила Лоренца»
Вариант 2.
1.В магнитном поле находится проводник с током (рис. 28). Каково направление силы Ампера, действующей на проводник?
А. От читателя. Б. К читателю. В. Равна нулю.
2. Прямолинейный проводник длиной 5 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 5 Тл и расположен под углом 30° к вектору магнитной индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, если сила тока в проводнике 2 А?
3. Определите направление силы. Рис. №2
А → Б. ↓ В. ← Г. ↑
Рис. №2
4. В какую сторону отклоняется электрон под действием магнитного поля (рис. 30)?
А. Влево. Б. Вправо. В. Вверх.
5. В магнитном поле с индукцией 5 Тл движется электрон со скоростью 104 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. Чему равен модуль силы, действующей на электрон со стороны магнитного поля?
6. Во всех четырех вариантах определите направление силы Ампера
г)
A. Влево. Б. Вправо. B. Вверх. Г. От читателя. Д. К читателю. Е. Равна нулю. Ж) вниз
7. Во всех четырех вариантах определите направление силы Лоренца
A. Влево. Б. Вправо. B. Вверх. Г. От читателя. Д. К читателю. Е. Равна нулю. Ж) вниз
Магнитное поле. Силы – онлайн-тренажер для подготовки к ЕНТ, итоговой аттестации и ВОУД
Как мы сказали, магни́тное по́ле – силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, также является магнитной оставляющей электромагнитного поля. Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты). Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля.
Сила, действующая со стороны магнитного поля на элемент проводника длиной l с током I, определяется законом Ампера:
\(F = IBI sin α,\)
где \(\alpha\) – угол между направлениями тока и магнитной индукции.
Правило левой руки
Ее направление можно определить по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление действия силы.
Магнитное поле действует не только на проводники с током, но и на отдельные движущиеся электрические заряды. Силу, действующую на движущиеся заряды в магнитном поле, называют силой Лоренца:
|
\(F = q υ B \sin α\). |
|
Здесь \(υ\) – скорость заряда \(q, α\) – угол между направлением движения заряда и магнитной индукцией. Направление силы Лоренца, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки. При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает, так как она всегда направлена перпендикулярно скорости заряженной частицы. Сила Лоренца |
В однородном магнитном поле частица будет двигаться по спирали, ось которой совпадает с направлением магнитной индукции. Радиус спирали будет равен \(R = \frac {mv_\perp}{qB},\) где m и \(q\) – масса частицы и ее заряд, \(v_\perp\) – составляющая скорости, перпендикулярная магнитной индукции \(\vec B.\) Период обращения равен \(T=\frac{2\pi m}{qB}.\) Шаг спирали равен \(I=v_{||}T,\) где \(v_{||}\) – составляющая, параллельная магнитной индукции.
Движение частицы в однородном магнитном поле
Тест с ответами по физике “Правило левой руки” 9 класс
1. Какие силы проявляются во взаимодействии двух проводников с током:
а) силы магнитного поля +
б) сила всемирного тяготения
в) силы электрического поля
2. Магнитная индукция является такой величиной:
а) поверхностной
б) векторной +
в) частотной
3. Если электрический заряд неподвижен, то вокруг него существует:
а) магнитное поле
б) электрическое и магнитное поле
в) электрическое поле +
4. Направление магнитной индукции совпадает с направлением:
а) магнитных линий +
б) протонов
в) электронов
5. Для определения направления силы, действующей на положительно заряженную частицу, следует четыре пальца левой руки располагать по направлению скорости частицы, так ли это:
а) нет
б) отчасти
в) да +
6. Сила F, действующая на проводник с током в магнитном поле:
а) не пропорциональна магнитной индукции
б) пропорциональна магнитной индукции +
в) параллельна магнитной индукции
7. Для определения направления силы, действующей на отрицательно заряженную частицу, следует четыре пальца левой руки располагать против направления скорости частицы, так ли это:
а) нет
б) отчасти
в) да +
8. Необходимо поставить левую ладонь таким образом, чтобы линии индукции поля входили в неё под прямым углом (перпендикулярно). Четыре вытянутых пальца ладони должны совпадать с направлением электрического тока в проводнике. В этом случае отставленный большой палец левой ладони покажет направление действующей на проводник силы, так ли это:
а) да +
б) нет
в) отчасти
9. Магнитное поле действует с ненулевой по модулю силой на:
а) ион, движущийся вдоль линий магнитной индукции
б) покоящийся атом
в) ион, движущийся перпендикулярно линиям магнитной индукции +
10. Обнаружить магнитное поле можно по:
а) заряженный теннисный шарик, подвешенный на тонкой нерастяжимой нити
б) действию на проводник, по которому течет электрический ток +
в) по действию на любой проводник
11. Основное назначение электродвигателя заключается в преобразовании:
а) электрической энергии в механическую энергию +
б) механической энергии в электрическую энергию
в) механической энергии в различные виды энергии
12. Если электрический заряд движется, то вокруг него существует:
а) электрическое поле
б) электрическое и магнитное поле +
в) магнитное поле
13. В основе работы электродвигателя лежит:
а) действие магнитного поля на проводник с электрическим током +
б) действие электрического поля на электрический заряд
в) электростатическое взаимодействие зарядов
14. Какие силы проявляются во взаимодействии двух проводников с током:
а) силы электрического поля
б) сила всемирного тяготения
в) силы магнитного поля +
15. Направление тока в магнетизме совпадает с направлением движения:
а) положительных частиц +
б) отрицательных ионов
в) электронов
16. В природе существуют электрические заряды, так ли это:
а) нет
б) да +
в) отчасти
17. Направление тока, согласно его представления в магнетизме, совпадает с направлением движения:
а) отрицательных ионов
б) электронов
в) положительных частиц +
18. В природе существуют магнитные заряды, так ли это:
а) да
б) нет +
в) не изучено
19. Основное назначение электродвигателя заключается в преобразовании:
а) внутренней энергии в механическую энергию
б) механической энергии в электрическую энергию
в) электрической энергии в механическую энергию +
20. Два параллельных проводника, по которым текут токи противоположных направлений:
а) никак не взаимодействуют
б) взаимно отталкиваются +
в) взаимно притягиваются
21. Если расположить левую руку так, чтобы магнитные линии пронизывали ладонь, а вытянутые четыре пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление движения проводника, так ли это:
а) да +
б) нет
в) отчасти
22. Если в магнитное поле помещен проводник с током, то силы Лоренца, действующие на движущиеся носители заряда в этом проводнике, складываются в силу, называемую:
а) силой Ома
б) силой Ампера +
в) силой Теслы
23. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, зависит как от тока в проводнике, так и от интенсивности магнитного поля, так ли это:
а) нет
б) отчасти
в) да +
24. На заряд, движущийся в магнитном поле действует сила:
а) Вольта
б) Лоренца +
в) Ампера
25. Основной величиной, характеризующей интенсивность магнитного поля, является магнитная индукция В, так ли это:
а) нет
б) отчасти
в) да +
26. Силы Лоренца, действующие на носители зарядов в проводнике, складываются в общую силу:
а) инерции
б) Ампера +
в) тяжести
27. Единицей измерения магнитной индукции является:
а) тесла +
б) ампер
в) ом
28. Для того, чтобы найти направление силы Ампера используется правило:
а) обхвата правой рукой
б) буравчика
в) левой руки +
29. О магнитной индукции можно судить по силе действия магнитного поля на проводник с током:
а) помещенный в это поле +
б) находящимся за этим полем
в) зависит от условий
30. Если на проводник длиной 1 м и с током 1 А, расположенный перпендикулярно магнитным линиям в равномерном магнитном поле, действует сила в 1 Н (ньютон), то магнитная индукция такого поля равна:
а) 1 Ом
б) 1 Тл +
в) 1 А
Тест по физике с ответами Магнитное поле (Что такое магнит …)
Рубрика: Физика
- Что такое магнит?
А) это соединение определенных каменных пород Б) тело, обладающее собственным магнитным полем В)это взаимодействие заряженных частиц Г) это тела, состоящие из железа - Как обозначается Северный полюс магнита?
А)N Б)U В) S Г)C - Как обозначается Южный полюс магнита?
А)N Б)U В) S Г)C - Заполните пропуски: разноименные полюсы магнитов ___________(1), а одноименные _______________(2).
А) 1-отталкиваются, 2отталкиваются Б)1-притягиваются, 2 –притягиваются В) 1-приятгиваются, 2-отталкиваются Г)1-отталкиваются, 2 – притягиваются - Силовые линии магнитного поля представляют собой
А)прямые Б)замкнутые кривые В) окружности Г) параболу - Вокруг проводника, по которому течет ток, возникает
А)магнитное поле Б)множество силовых линий В) магнитная индукция Г)ЭДС - По какому из этих правил нельзя определить направление силовых линий?
А)по правилу буравчика Б) по правилу правой руки В) по правилу левой руки - Два параллельных проводника, по которым текут одинаково направленные токи
А)отталкиваются Б)остаются на местах В)меняют форму Г) притягиваются - Два параллельных проводника, по которым текут противоположно направленные токи
А)отталкиваются Б)остаются на местах В)меняют форму Г) притягиваются - Единица магнитной индукции
А)Вт Б)Ом В)А Г)Тл - За направление вектора магнитной индукции принимается направление от _______(1) полюса к ___________(2) свободно устанавливающейся магнитной стрелки.
А) 1- южного, 2- северному Б) 1-северного, 2- южному - Силу, действующую на движущиеся заряды в магнитном поле, называют
А)силой Ампера Б)силой Фарадея В)силой Ленца Г)силой Лоренца - Направление силы Лоренца определяется по правилу
А)левой руки Б)правой руки В) буравчика - Сопоставьте угол α между векторами v и B с видом траектории движения заряженной частицы в магнитном поле
1. α = 0⁰ А. окружность 2. α = 90⁰ Б. винтовая линия 3. 0⁰ <α <90⁰ В. Прямая - Тесламетры – это
А)прибор для измерения магнитной проницаемости вещества Б)прибор для измерения силовых линий В) магнитометры, применяемые для измерения магнитной индукции Г) прибор для измерения тока - Ферромагнетики – это
А)сильномагнитные вещества Б)слабомагнитные вещества В) сильномагнитные вещества и слабомагнитные вещества - Температура Кюри для железа равна
А) 1250⁰ Б) 956⁰ В) 770⁰ Г)203⁰ - Магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от
А)индукции внешнего магнитного поля Б)магнитного поля В)индукции магнитного поля - При прекращении действия внешнего магнитного поля ферромагнетик
А)размагничивается Б) усиливает свои магнитные свойства В)остается намагниченным - Магнитное поле – это
А) силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их Б) движения магнитная составляющая электромагнитного поля В) поток заряженных частиц - Магнитное поле не создаётся
А) гальванометром Б) током заряженных частиц В) магнитными моментами частиц - Магнитный диполь —
А) прибор для измерения изменения силовых линий Б)прибор для измерения магнитной индукции В) аналог электрического диполя, который можно представить себе как систему двух «магнитных зарядов» - Основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества это
А)магнитная индукция Б)магнитный момент В)магнитная проницаемость - Можно ли с помощью постоянного магнитного поля разогнать заряженные частицы ( увеличить их скорость)?
А)да Б)нет
Ответы:
- Б
- А
- В
- В
- Б
- А
- В
- Г
- А
- Б
- А
- Г
- А
- В
- Б
- Г
- А
- 1В, 2 А, 3 Б
- В
- Б
- А
- В
- Б
- А
- В
- А
- А
- В
- Б
- Б
Лаборатория 5 — Усилие на проводе
Введение
Стационарный или движущийся электрический заряд будет испытывать силу при помещении в электрическое поле. С другой стороны, электрический заряд должен двигаться, чтобы испытать силу, создаваемую магнитным полем. Ток в проводе возникает из-за движущихся электронов. Следовательно, провод с током будет испытывать силу при помещении в магнитное поле. Измерение силы, прилагаемой магнитным полем к проводу при протекании через него известного тока, предлагает один из методов определения силы магнитного поля.Обсуждение принципов
Величина силы, прилагаемой магнитным полем B к короткому прямому проводу длиной L , по которому проходит ток I , определяется уравнением где θ — угол между направлением B и L. Здесь вектор L дает направление протекания тока в проводе. В этом эксперименте угол между L и B всегда будет 90 °, поэтому Направление силы задается правилом правой руки — .Указательный, средний и большой пальцы держите под прямым углом. Направьте указательный палец в направлении тока (L), средний палец — в направлении магнитного поля (B), а большой палец задает направление силы. См. Рис. 1 ниже. На бумаге мы используем X для обозначения магнитного поля, направленного внутрь страницы, и для обозначения магнитного поля, направленного за пределы страницы.Рисунок 1 : Правое правило
В этом эксперименте прямоугольная петля из проволоки будет частично вставлена между северным и южным полюсами постоянного магнита, как показано на рис.2. X означает, что магнитное поле направлено внутрь страницы.Рисунок 2 : Два вида прямоугольной петли в магнитном поле
Магнитное поле будет оказывать направленное вверх усилие на горизонтальный участок провода. Согласно третьему закону движения Ньютона, равная и противоположная сила будет приложена проволокой к магниту. На рис. 3 ниже приведена силовая диаграмма для этой ситуации. В результате кажущаяся масса магнита, который находится на балансе, увеличится.Это изменение кажущейся массы магнита является прямой мерой силы, действующей на провод. Используя это измеренное значение силы и зная ток, протекающий в проводе, можно определить напряженность магнитного поля.Рисунок 3 : Силовая диаграмма
Цель
Цель этого эксперимента — определить величину магнитного поля путем измерения силы, действующей на провод с током, помещенный в это магнитное поле.Оборудование
- Магнитная сборка
- Цифровой баланс
- Прямоугольная петля из проволоки из нескольких витков
- Подставка под кольцо
- Сигнальный интерфейс с выходной мощностью
- Программное обеспечение Capstone
- Мультиметр
- Печатная плата PASCO RLC
- Метрическая палка
- Соединительные провода
Процедура
Распечатайте лист для этой лабораторной работы.Этот лист понадобится вам для записи ваших данных. Проволочная петля имеет разное количество витков. Это позволяет изменять длину провода, по которому течет ток. Вы будете проводить эксперимент, изменяя длину провода для постоянного тока. Во второй части эксперимента вы будете измерять силу для разных токов, протекающих по одной и той же длине провода.1
Откройте файл Capstone, связанный с этой лабораторной работой, которая запускает программу Capstone.Появится экран, аналогичный показанному на рис. 4.Рисунок 4 : Скриншот файла Capstone
2
Включите цифровые весы и подождите, пока на дисплее не появится ноль граммов. Затем осторожно поместите магнитный узел на мерную чашу. Падение магнита на измерительную чашу приведет к необратимому повреждению весов .3
Измерьте массу магнита и запишите это значение в рабочий лист.4
Прикрепите основной блок к кольцевой стойке так, чтобы рычаг мог отклоняться вверх от горизонтали.5
Присоедините токовую петлю к концу основного блока.6
Расположите оборудование так, чтобы токовая петля заходила в верхний вырез магнитного узла, не касаясь боковых сторон или дна. См. Рис.5.Рисунок 5 : Вид сбоку на устройство
Рисунок 6 : Фотография экспериментальной установки, вид спереди и сбоку
7
Выполните подключения схемы следующим образом.•
Подключите положительную клемму выхода питания интерфейса к резистору 10 Ом, расположенному на плате PASCO RLC.•
Подключите другую клемму резистора к плечу основного блока.•
Подключите оставшуюся руку основного блока к мультиметру, который будет служить амперметром.•
Затем подключите вторую клемму амперметра обратно к отрицательной клемме выхода питания.Это завершит вашу схему. Теперь ваша схема должна выглядеть как на рис.7.
Рисунок 7 : Принципиальная схема
Контрольная точка 1:
Попросите своего технического специалиста проверить вашу цепь, прежде чем продолжить.
Процедура A: Сила в зависимости от длины
В этой части эксперимента вы будете использовать токовые петли 37, 38, 39 и 40.На рис. 8 показаны примеры трех таких токовых петель.Рисунок 8 : Фотография трех различных токовых петель
8
Измерьте и запишите длину каждого провода. Подумайте, какую часть текущего контура вам следует измерить. Запишите эту длину на листе.9
Убедитесь, что в окне генератора сигналов активна кнопка AUTO, а не кнопка ON. См. Рис.9.Рисунок 9 : Окно генератора сигналов
Ток начнет течь, когда вы нажмете START , и перестанет течь через 10 секунд или когда вы нажмете STOP .Это гарантирует, что резистор не перегреется между измерениями.10
Проденьте край токовой петли в магнитный узел. Подайте в цепь ток около 0,3 ампер, увеличив напряжение до 5 вольт в окне генератора сигналов.11
Щелкните START и запишите текущее и новое значение массы в Таблице данных 1.12
Повторите шаги 10 и 11 для всех четырех петель.13
Заполните Таблицу данных 1 на рабочем листе.14
Рассчитайте средний ток, подаваемый на контуры.15
Используя Excel, постройте график зависимости силы от длины. См. Приложение G.16
Используйте опцию линии тренда в Excel, чтобы получить наиболее подходящую линию для ваших данных и вычислить наклон. См. Приложение H. Введите это значение в рабочий лист.17
Рассчитайте величину B по наклону и введите это значение в рабочий лист. Контрольная точка 2:
Попросите своего технического специалиста проверить значения в таблице и график.
Процедура B: Зависимость силы от силы тока
18
Используйте токовую петлю SF 38.19
Измените ток для диапазона 5 значений от –0,3 до 0,3 ампер, регулируя напряжение в окне генератора сигналов.20
Щелкните START и запишите абсолютную массу для каждого из пяти текущих значений.21
Заполните Таблицу данных 2 на рабочем листе. Обязательно используйте правильный знак для силы на проводе.22
Используя Excel, постройте график зависимости силы от силы тока.23
Используйте опцию линии тренда в Excel, чтобы получить наиболее подходящую линию для ваших данных и вычислить наклон. Введите это значение в рабочий лист.24
Рассчитайте величину B по наклону и введите это значение в рабочий лист.25
Определите процентную разницу между значениями для B , рассчитанными в процедурах A и B. См. Приложение B. Контрольная точка 3:
Попросите своего технического специалиста проверить значения в таблице и график.
Copyright © 2012 Advanced Instructional Systems, Inc. и Государственный университет Северной Каролины | Кредиты
Определение, формула, единица, решенные примеры
Магнитная сила: Вы когда-нибудь замечали, какая сила действует на стрелку магнитного компаса? Вы знаете, как вращаются двигатели постоянного и переменного тока? Все из-за магнитной силы. Взаимодействие движущихся электрических зарядов — фундаментальная природа магнетизма.Электрические силы действуют на электрические заряды независимо от того, движутся они или нет, но магнитные силы действуют только на движущиеся заряды и токоведущие провода.
Что такое
Магнитная сила ? Магнитная сила является следствием электромагнитной силы и вызывается движением зарядов. Неизвестное электрическое поле может быть определено по величине и направлению силы, действующей на пробный заряд \ ((q) \) в состоянии покоя. Чтобы исследовать неизвестное магнитное поле (обозначенное \ (\ overrightarrow B \)), мы должны измерить величину и направление силы, действующей на движущийся пробный заряд.
Величина: Величина магнитной силы \ ((F) \), действующей на заряд \ ((q) \), движущийся со скоростью \ ((v) \) в магнитном поле с напряженностью \ ((B) \) определяется по формуле:
\ (\ overrightarrow F = \; qvB \, \ sin \ theta \, \ widehat n \)
, где \ (θ \) — угол между направлениями \ (v \) и \ (В \).
Направление: Направление магнитной силы \ ((F) \) перпендикулярно плоскости, образованной \ (v \) и \ (B \), и его легко определить по правилу правой руки.
Согласно правилу правой руки, чтобы найти направление магнитной силы на положительный движущийся заряд, большой палец правой руки должен указывать в направлении \ (v \), а пальцы должны быть в направлении \ (B \), а сила \ ((F) \) направлена перпендикулярно правой ладони.И направление силы \ ((F) \) на отрицательный заряд противоположно указанному выше (так что направлено в сторону от тыльной стороны вашей руки). Два объекта, содержащие заряд с одинаковым направлением движения, имеют между собой силу магнитного притяжения. Точно так же объекты с зарядами, движущимися в противоположных направлениях, имеют между собой силу отталкивания.
Рассмотрим точечный заряд \ ((q) \) (движущийся со скоростью \ (v \) и находящийся в \ (r \) в данный момент времени \ (t \)) в присутствии как электрического поля \ ( [E (r)] \) и магнитное поле \ ([B (r)] \). Теперь полную силу, действующую на электрический заряд \ ((q) \), создаваемую как электрическим, так и магнитным полями, можно записать как:
\ (\ overrightarrow F = \; q \ left [{\ overrightarrow E \ left (r \ right) + \ overrightarrow v \ times \ overrightarrow B \ left (r \ right)} \ right] \ Equiv {\ overrightarrow F _ {{\ text {electric}}}} + {\ overrightarrow F _ {{\ text {magnet}}}} \)
Эту силу первым придал H.A. Lorentz на основе обширных экспериментов Ампера и других. При взаимодействии с магнитным полем наблюдались следующие особенности:
- Это зависит от заряда \ ((q) \) частицы, скорости \ ((v) \) и магнитного поля \ ((B) \), а сила, действующая на отрицательный заряд, противоположна силе, действующей на отрицательный заряд. на положительном заряде.
- Магнитная сила \ (\ left [{q \ left ({\ overrightarrow v \ times \ overrightarrow B} \ right)} \ right] \) включает векторное произведение скорости и магнитного поля.Если скорость и магнитное поле параллельны или антипараллельны, то векторное произведение создает силу, обусловленную магнитным полем, равной нулю. Сила действует в направлении, перпендикулярном скорости и магнитному полю. Его направление задается правилом винта или правилом правой руки для векторного (или перекрестного) произведения, как показано на рисунке ниже.
- Магнитная сила равна нулю, если заряд не движется (как тогда \ (| v | = 0 \)).
Когда заряженная частица движется, на нее действует магнитная сила в магнитном поле.Точно так же, когда токопроводящий провод помещается в магнитное поле, он также испытывает силу. На провод с током действует магнитная сила из-за движущихся в нем электронов. Предположим, что провод, по которому течет ток \ (\ left (i \ right) \), помещен в магнитное поле \ (\ left ({\ overrightarrow B} \ right) \).
Рассмотрим небольшой элемент \ ((dl) \) провода, показанный на Рис. (C). Свободные электроны дрейфуют со скоростью \ (v_d \), противоположной направлению тока. Соотношение между текущей \ ((i) \) и скоростью дрейфа \ ((v_d) \) составляет
Фиг.(в)
\ (i = jA = nev_d A \)… .. (i)Где \ (A \) — площадь поперечного сечения провода, а \ (n \) — количество свободных электронов в единице объема. Каждый электрон испытывает среднюю магнитную силу
\ (\ overrightarrow f = — e \ overrightarrow {{v_d}} \ times \ overrightarrow B \)
А количество свободных электронов в рассматриваемом малом элементе равно \ (nAdl \). Тогда магнитная сила на проводе длиной \ ((dl) \) будет
\ (d \ overrightarrow F = \ left ({nAdl} \ right) \ left ({- e \ overrightarrow {{v_d}} \ times \ overrightarrow B} \ right) \)
Если обозначить длину \ ((dl) \) вдоль направления тока как \ (d \ overrightarrow {l} \), полученное выше уравнение станет как
\ (d \ overrightarrow F = nAe {v_d} d \ overrightarrow {l} \ times \ overrightarrow B \)
Используя уравнение (i)
\ (d \ overrightarrow F = i d \ overrightarrow {l} \ times \ overrightarrow B \) …….(ii)
Величина \ (i d \ overrightarrow {l} \) называется текущим элементом. Если прямой провод длиной \ ((l) \), по которому проходит ток \ ((i) \), поместить в однородное магнитное поле \ (\ overrightarrow B \), сила на нем будет равна
\ (\ overrightarrow F = i \ overrightarrow l \ times \ overrightarrow B \) ……. (iii) Сводка
Если заряженная частица со скоростью \ ((v) \) движется в магнитном поле \ ((B) \), то из-за взаимодействия между магнитным полем, создаваемым движущимся зарядом, и приложенным магнитным полем, заряд \ ((q) \) испытывает магнитную силу.
Дана величина магнитной силы \ ((F) \) на заряде \ ((q) \), движущемся со скоростью \ ((v) \) в магнитном поле напряжённостью \ ((B) \). Автор: \ (F = qvB \ sin \, \ theta \ widehat n \). Где \ (θ \) — угол между направлениями \ (v \) и \ (B \), а направление магнитной силы \ ((F) \) перпендикулярно плоскости, образованной \ (v \) и \ (B \), и его легко определить по правилу правой руки.
Сила Лоренца — это полная сила, действующая на заряд \ ((q) \), движущийся со скоростью \ ((v) \) в присутствии как магнитных, так и электрических полей.{- 1}} \; \ overrightarrow i \;} \ right) \ times \ left ({0.20 \, \ overrightarrow j + 0.40 \, \ overrightarrow k} \ right) {\ text {T}} \)
\ (\ Rightarrow F = 4.0 \ left ({0.20 \, \ overrightarrow i \ times \ overrightarrow j + 0.40 \, \ overrightarrow i \ times \ overrightarrow k} \ right) {\ text {N}} \)
\ (\ Rightarrow F = \ left ({0.8 \, \ overrightarrow k — 1.6 \, \ overrightarrow j} \ right) {\ text {N}}. \)
Q.1. Как создается магнитная сила?
Ответ: Магнитная сила создается либо постоянными магнитами, либо электрическим током, либо другими движущимися зарядами.Магнитная сила может быть как отталкивающей, так и притягивающей.
Q.2. Как найти направление магнитной силы по правилу правой руки?
Ответ: Правило правой руки гласит, что для определения направления магнитной силы на положительный движущийся заряд большой палец правой руки должен указывать в направлении \ (v \), пальцы лежат в направлении \ (B \), а сила \ ((F) \) направлена перпендикулярно правой ладони.
В.{-4} \, \ rm {T}) \) вместо этого используется.
Q.4. Каковы общие примеры магнитной силы?
Ответ: Существует множество примеров магнитной силы, такой как притяжение и отталкивание двух магнитов, сила, которая действует на стрелку компаса, является магнитной силой, силы, действующие в двигателях постоянного / переменного тока, из-за которых они rotate — это магнитные силы, и магнитные силы также используются в ускорителях частиц.
Q.5. Какой тип силы является магнитной силой?
Ответ: Магнитная сила — это электромагнитная сила.Это сила поля, магнитная сила, притяжение или отталкивание, возникающее между электрически заряженными частицами из-за их движения. Это основная сила, ответственная за такие эффекты, как действие электродвигателей и притяжение магнитов к железу.
Мы надеемся, что эта подробная статья о магнитной силе поможет вам в вашей подготовке. Если вы застряли, дайте нам знать в разделе комментариев ниже, и мы свяжемся с вами в ближайшее время.
259 Просмотрыэлектромагнетизм — Могут ли электрические и магнитные силы воздействовать на их источники?
В разделе Griffiths, который вы цитируете, ничего не говорится об источниках или тестовых расходах.Он их совсем не различает. Он просто предполагает, что заряд и ток являются регулярными распределениями, поэтому выражение $ \ mathbf E \ cdot \ mathbf J $ интегрируемо. В обсуждении и в результирующей теореме электромагнитное поле и источники являются суммарными — если вы различаете поле источников и поле тестовых зарядов, он использует суммарное поле $ \ mathbf E = \ mathbf E_ {sources} + \ mathbf {E} _ {test} $.
Если вопрос в том, могут ли заряды воздействовать на себя посредством электромагнитных сил, независимо от этого происхождения, то на самом деле это тонкий вопрос, на который нет однозначного ответа.Это зависит от того, как мы решаем моделировать распределение заряда в пространстве. Точнее, это зависит от того, конечно ли электрическое поле везде в области тела. Это, в свою очередь, зависит от того, как заряд распределяется в пространстве.
Если заряд сосредоточен в точке или на линии, электрическое поле вообще не определяется в этих местах. Невозможно вычислить электромагнитную силу самодействия для тела с такой геометрией. Можно по-прежнему рассчитывать внешнюю силу, создаваемую полями других тел, но нужно использовать внешнее поле, а не полное поле (которое не определено).Для такого типа распределения заряда / тока теорема Пойнтинга действительна только вне распределения, поэтому ее нельзя использовать для соотнесения работы, выполняемой над заряженным телом, с ЭМ энергией. Математически $ \ mathbf E \ cdot \ mathbf J $ не интегрируется в том месте, где находятся заряды.
Если заряд распределен на плоскости или на сфере, или по всему трехмерному телу, электрическое поле из-за его заряда в теле конечно, поэтому сила, обусловленная его электромагнитным полем (так называемая сила самодействия), может быть вычислена. .Для сферы в состоянии покоя или в прямолинейном движении эта сила равна нулю; но если он ускоряется, он не равен нулю.
Эта сила самодействия — это то, что демпфирует движение заряда в антенне, когда она излучает электромагнитные волны — сила самодействия является объяснением затухания излучения. Можно рассматривать это как результат воздействия всех (неточечных) частей антенны на все остальные (неточечные) части.
Другой пример самодействия — эффекты электромагнитной самоиндукции. Когда в катушке изменяется ток, в соседнем пространстве возникает вихревое электрическое поле из-за этих зарядов.Это поле действует обратно на заряды, образующие ток, чтобы противостоять первоначальному изменению. Это приводит к своего рода инерции электрического тока.
Магнитная сила, создаваемая токоведущим проводом
223 и 224 Обзор лаборатории | Вернуться в лабораторию Physics 223Назначение
Цель этого лабораторного эксперимента — изучить магнитную силу токоведущий провод.В этом эксперименте мы исследуем эффекты ток, длина провода и напряженность магнитного поля от магнитной силы.
Фон
Если заряженная частица движется с некоторой скоростью, , через однородное магнитное поле, , он испытывает магнитную силу, заданную
| (1) |
куда , — заряд частицы.Если угол между частицами вектор скорости и направление магнитного поля , величина магнитной силы может быть переписана как
| (2) |
Затем направление вектора магнитной силы может быть найдено с помощью знакомая правая линейка . Обратите внимание, что величина силы равна максимум, когда и тождественно равен нулю при .
На рисунке 1 показаны две заряженные частицы, попадающие в однородное магнитное поле. . Вектор скорости каждой частицы задается как , что указывает на то, что оба вектора скорости перпендикулярны направление магнитного поля. Следовательно, количество становится , или в направлении вверх для обеих частиц. Однако из уравнения 1 мы видим, что направление магнитной силы зависит от заряд частиц.Как показано на рисунках 2 и 3, положительно заряженная частица испытывает восходящую силу, , в то время как отрицательно заряженная частица испытывает нисходящую силу, . Проявление этих магнитных сил показано на рисунке 1 значком отклонение положительно заряженной частицы вверх и отклонение вниз отклонение отрицательно заряженной частицы.
| Рисунок 2. Как показано на рисунке 1, эта положительно заряженная частица испытывает восходящую магнитную силу. | Рис. 3. Как показано на Рис. 1, эта отрицательно заряженная частица испытывает направленную вниз магнитную силу. |
На рисунке 4 показан отрезок провода, по которому проходит ток. который находится в однородном магнитном поле,
.Сила, действующая на каждую заряженную частицу, определяется выражением
| (3) |
куда — скорость дрейфа заряженных частиц. Объем проволоки существующее в магнитном поле , куда — площадь поперечного сечения провода, а — длина провода , заключенного в магнитное поле .Если мы определим быть числом заряженных частиц в единице объема, в любой момент есть заряды в этом сегменте провода. Следовательно, из уравнения 3 мы можем напишите магнитную силу на проводе длиной в качестве
| (4) |
Поскольку ток, текущий в проводнике, имеет вид 1 , г. приведенное выше уравнение становится
| (5) |
куда это векторная длина провода, который указывает в направлении тока .Обратите внимание, что направление тока определяется как направление в котором движутся положительные заряды.
| Рисунок 4. Представление заряженных частиц, с некоторой скоростью дрейфа, , протекает по проволоке, часть длины которой , находится в однородном магнитном поле, .Проволока имеет равномерную площадь поперечного сечения, . Когда заряды проходят через однородное магнитное поле они испытывают магнитную силу, , как описано в тексте. Суммарная магнитная сила на провод , куда это ток в проводе. Здесь , куда — количество заряженных частиц, . |
Наша экспериментальная установка показана на рисунке 5 и описывается следующим образом.Узел постоянного магнита, состоящий из шести съемных подковообразных магнитов,
помещается на трехлучевые весы, после чего весы обнуляются.
Источник переменного тока подключен к сборке токовых весов,
который имеет на одном конце съемную проволочную петлю, выгравированную на печатной плате.
Эта проволочная петля затем помещается в узел постоянного магнита, чтобы
проволочная петля перпендикулярна магнитному полю, но не касается магнитов.
Затем, когда через проволочную петлю протекает ток, создается магнитная сила.Поскольку проволочная петля неподвижна, магнитная сила действует на постоянную
узел магнита, вызывающий увеличение или уменьшение его веса в зависимости от
от направления тока и ориентации магнитного поля. Изменение веса магнитного узла на произошло из-за магнитного
сила, определяемая уравнением 5.
| Рисунок 5. Экспериментальная установка. Магнитная сила создается, когда ток проходит через проволочную петлю печатной платы. Эта сила действует на узел постоянного магнита, вызывая изменение его веса. Изменение магнитного узла в сборе вес прямо пропорционален магнитной силе. |
В этом эксперименте можно изменить три параметра, и они следующие:
- Длина провода может быть изменена путем замены одного провода петля для другого.
- Амплитуда тока может быть изменена путем регулировки выхода от источника питания. (Направление тока также может быть изменено.)
- Напряженность магнитного поля может быть изменена путем изменения количество подковообразных магнитов в магнитном узле. (Направление магнитного поля также может быть изменено.)
| (6) |
Если ток измеряется в амперах (), тогда можно показать, что единица тесла
| (7) |
Следует отметить, что напряженность магнитного поля часто выражается в единицы гаусса (), куда .В таблице 1 приведены значения напряженности магнитного поля различных тел. дается в единицах тесла и гаусса.
| Напряженность магнитного поля различной Тела | ||
| Источник поля | Напряженность поля (Т) | Напряженность поля (G) |
|---|---|---|
| Сверхпроводящий магнит | 30 | 3х10 5 |
| Сильный демонстрационный магнит | 2 | 2х10 4 |
| Медицинский аппарат МРТ | 1.5 | 1,5х10 4 |
| Типичный стержневой магнит | 0,01 | 100 |
| Поверхность Солнца | 0,01 | 100 |
| Поверхность Земли | 0.5х10 -4 | 0,5 |
| Человеческий мозг | 10 -15 | 10 -11 |
- См. Serway and Beichner, page 910.
Цели
- Используйте прибор магнитной силы, чтобы убедиться, что магнитная сила из-за
токоведущий провод, погруженный в перпендикулярное однородное магнитное поле
пропорционально каждые следующих параметров:
- длина провода
- электрический ток течет в проводе
- величина магнитного поля
Оборудование и установка
| [Для увеличения нажмите на картинки.] |
Советы и предостережения
- Осторожно !!! Не прикасайтесь к металлическим рычагам печатной платы. держателя, пока через них течет ток!
- Внимание !!! Будьте осторожны с небольшими печатными платами с травлением, когда вставляя и снимая их — они легко ломаются!
- Внимание !!! Держите текущее значение ниже 5А на протяжении всего эксперимента!
- Источник питания должен быть установлен на режим постоянного тока .Для этого поверните ручку DC VOLTAGE ADJUST по часовой стрелке до упора, затем отрегулируйте постоянный ток. Регулятор CURRENT ADJUST для получения желаемого выходного тока.
Онлайн-поддержка
- ххх
- Добавление линии тренда к графику Excel
- Добавление нелинейного линия тренда к графику Excel
- Создайте графики из двух ряд данных на одном графике
- Фитинг кратный кривые (линии тренда) к одному набору данных
- Clemson Physics Лабораторные уроки
- Измерение неопределенности
- Использование Excel
- Графические данные используя Excel
- Использование ошибки бары в Excel
Шаблон лабораторного отчета
Каждая лабораторная группа должна скачать шаблон лабораторного отчета и заполните соответствующую информацию при выполнении эксперимента .Каждый человек в группе следует распечатать раздел Вопросы и ответить на них индивидуально. Поскольку каждая лабораторная группа сдает электронную копию лабораторного отчета, не забудьте переименовать файл шаблона лабораторного отчета. Соглашение об именах: следует:
[Номер таблицы] [Краткое название эксперимента] .doc.Например группа в лаборатории таблица № 5, работающая над экспериментом с законом идеального газа, переименовала бы свой файл шаблона as «5 Закон о газе.doc «.
Вопросы подталкивания
Эти подталкивающие вопросы предназначены для ваша группа ответит и ваш TA проверит, как вы делаете лабораторию . Они должны быть даны ответы в вашей лабораторной тетради.
Общие подталкивания
- Как вы проверите, что магнитная сила пропорциональна к каждому параметру.
- Сколько «экспериментов» нужно провести, чтобы проверить взаимосвязь ?
- Какое направление ?
- Какое направление тока, или ?
- В этом эксперименте какая должна быть связь между направлением а также ?
- Какое направление относительно направлений а также ?
- Как вы будете использовать трехлучевые весы для измерения магнитной силы, ?
- Важно ли правильно обнулить трехлучевые весы перед эксперимент начинается? Почему или почему нет?
- Как вы вставите проволочные петли печатной платы в постоянный магнит сборка? Ориентация и положение провода относительно магниты важны?
- Как вы измерили длину провода? Вы измерили по всей длине проводника?
- Для этой части, какие экспериментальные параметры вы будете поддерживать постоянными и что вы будете варьировать?
- Какую длину провода вы будете использовать в этом эксперименте?
- Сколько магнитов вы будете использовать для этого эксперимента? Почему?
- Какие текущие значения вы будете использовать для этого эксперимента? Не забывай превышают 5А!
- Какова величина магнитного поля, используемого в этом эксперименте?
- Для этой части, какие экспериментальные параметры вы сохраните постоянными и что вы будете варьировать?
- Какую длину провода вы будете использовать в этом эксперименте? Почему?
- Сколько магнитов вы будете использовать для этого эксперимента? Почему?
- Какие текущие значения вы будете использовать для этого эксперимента? Не забывай превышают 5А!
- Какова величина магнитного поля, используемого в этом эксперименте?
- Каким образом напряженность магнитного поля в этом эксперименте сравнивается с что части 1?
- Для этой части, какие экспериментальные параметры вы будете поддерживать постоянными и что вы будете варьировать?
- Какую длину провода вы будете использовать в этом эксперименте? Почему?
- Влияет ли длина провода на результаты?
- Сколько магнитов вы будете использовать для этого эксперимента? Почему?
- Какие текущие значения вы будете использовать для этого эксперимента? Не забывай превышают 5А!
Вопросы
Эти вопросы также можно найти в шаблоне описания лабораторной работы.На них должен ответить каждый человек в группе. Это не командная деятельность. Каждый человек должен приложите их собственную копию к лабораторному отчету непосредственно перед передачей лаборатории в ваш TA.
TA Примечания
- Эта лаборатория была разработана как недельный эксперимент.Ожидания относительно длина и качество письменного лабораторного отчета должны быть снижены. По сути, студенты должны работать эффективно и быстро, чтобы решить Цели и краткий отчет о своих выводах.
- Храните магниты парами, прикрепив полюса N к полюсам S!
Данные, результаты и графики
Руководство лаборатории
Эксперименты CUPOL
На данный момент нет CUPOL эксперименты связанных с этим экспериментом.
Если у вас есть вопрос или комментарий, отправьте электронное письмо в Lab Coordiantor: Джерри Хестер 223 и 224 Обзор лаборатории | Вернуться в лабораторию Physics 223
Электромагнетизм
Электромагнетизм описывает взаимосвязь между магнетизмом и электричеством. Понятие электрического поля было впервые введено Майклом Фарадеем; электрическое поле описывает не только область, окружающую электрически заряженное тело, но, кроме того, силу, испытываемую любыми дополнительными зарядами, помещенными в эту область.Когда электрические заряды находятся в движении, они вызывают магнитное поле. поля. Такие явления наблюдаются, когда железная стружка выравнивается в присутствии магнитного поля, вызванного прохождением тока через соседний провод. Изменяющееся магнитное поле индуцирует электрическое поле; аналогично изменяющееся электрическое поле будет индуцировать магнитное поле. Это концепция электромагнитной индукции, принцип, по которому приводятся в действие генераторы, двигатели, трансформаторы, усилители и многие другие электрические устройства.
Теория электрического поля
Закон Кулона
Электрическая сила между двумя заряженными телами — это неконтактная сила. Эти силы действуют вдоль линии, соединяющей геометрические центры двух зарядов. Сила пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату их разделения. Из третьего закона Ньютона видно, что сила, действующая со стороны первого заряда на второй, равна силе, прилагаемой к заряду два, и противоположна ей.
по зарядке два на зарядку один.{-1} $ (электрическая постоянная)
$ F $ — Сила
$ \ bf r $ — разделение между центрами заряда
$ Q $ — Заряд
$ \ bf {r_ {12}} $ — единичный вектор, который указывает от центра заряда один к центру заряда два. Сила отталкивающая, если два заряда одного знака, и притягивающая, если заряды противоположного знака. Следует отметить, что обычная материя приобретает лишь небольшое количество заряда (измеряется в кулонах). Пример ниже лучше всего иллюстрирует это.
Пример:
Найдите силу между двумя точечными зарядами, каждый из которых заряжен +1 кулон и находится на расстоянии 1 метра.9 $ N
Очевидно, это очень большая сила; обычно заряженное тело несет заряд порядка нано / микрокулонов.
Электрический потенциал
Разность потенциалов между двумя точками — это работа, совершаемая (или им) единицей положительного заряда при перемещении из одной точки в другую. Когда заряд проходит через импеданс (когда цепь управляется постоянным током, нет разницы между импедансом и сопротивлением), он должен работать, но при прохождении через батарею с ним выполняется работа.b \ bf {E} d \ bf {r} $
Чтобы определить электрический потенциал в какой-то точке, мы должны найти разность потенциалов между этой точкой и другой точкой, в которой потенциал равен нулю (это условие выполняется в бесконечное расстояние от точечного заряда, поле которого мы описываем). Следовательно, электрический потенциал — это работа, совершаемая против электрического поля при перемещении единичного положительного заряда от бесконечности к некоторому расстояние r от центра заряда, в поле которого он входит. 2} $.Фактически, это правда, что любой точечный источник, который распространяет свое влияние одинаково во всех направлениях, будет подчиняться такому закону, это можно вывести только из геометрических соображений, примеры включают гравитационные поля, электромагнитное излучение и звук.
Общие условные обозначения, принятые для рисования электрических полей, описаны ниже.
Плотность силовых линий:
Плотность силовых линий описывает величину поля. Более плотная упаковка силовых линий указывает на более сильное поле.Силовые линии обычно расходятся по мере увеличения расстояния от заряженного тела — это указывает на уменьшение напряженности поля.
Ориентация силовых линий для проводников:
Силовые линии всегда проводят перпендикулярно поверхности тела, поле которой они описывают; никогда не бывает компонента электрического поля, параллельного поверхности тела.
Пересечение силовых линий:
Силовые линии электрического поля никогда не должны пересекаться. Линии электрического поля указывают направление электромагнитной силы в данной области пространства.Если бы силовые линии могли пересекаться в некоторой точке пространства, тогда направление силы было бы неопределенным в этой точке пересечения (мы бы фактически определяли два отдельных поля)
Electric Flux
Electric Flux is equal to общее количество электрического поля, проходящего через виртуальную площадь поверхности, перпендикулярную полю.
Flux = $ \ phi = \ int \ bf {E} \ cdot \ bf {dA} $
Здесь $ \ bf E $ — электрическое поле, а $ dA $ — дифференциальный элемент единичной площади на замкнутой поверхность с обращенной наружу нормалью, определяющей ее направление.
Суперпозиция
Принцип суперпозиции гласит, что отклик любой линейной системы на несколько входов равен сумме ответов, произведенных, если каждый из входов был применен отдельно. Применяя эту идею к электростатике, мы видим, что при наличии нескольких зарядов результирующее электрическое поле может быть найдено путем векторного суммирования электрического поля, создаваемого каждым отдельным зарядом. Это Следует отметить, что принцип суперпозиции — очень важная концепция, встречающаяся во многих инженерных приложениях.
Закон Гаусса
Закон Гаусса гласит, что общее количество электрического потока, исходящего от поверхности и перпендикулярного ей, равно общему приложенному электрическому заряду. Как следствие, электрический заряд, заключенный внутри поверхности, равен нулю, когда поток, входящий в поверхность, равен выходящему потоку. В интегральной форме закон Гаусса выглядит следующим образом:
$ \ int \ bf {D} \ cdot \ bf {da} = Q $,
где
$ \ bf {D} $ — напряженность диэлектрического поля, Напряженность диэлектрического поля принимает одно и то же значение при переходе от одного диэлектрика к другому.2 $
Для линии заряда мы должны выбрать цилиндр в качестве нашей гауссовой поверхности. $ A = 2 \ pi r l $
Для плоскости заряда (например, конденсатора) мы должны просто выбрать плоскость в качестве нашей гауссовой поверхности. Следует позаботиться о том, чтобы учитывались обе стороны плоскости.
Емкость
Мы определяем емкость как заряд, накопленный на единицу вольт:
$ C = \ frac {dQ} {dV} $
Конденсатор — это просто пара проводников, разделенных диэлектрическим материалом, устройство, которое обеспечивает кратковременное хранение энергии в виде смещенного заряда.Когда к проводникам прикладывается разность потенциалов, в диэлектрике создается электрическое поле, и именно это электрическое поле обеспечивает средство хранения энергии. При достаточно высоком напряжении молекулярная структура изолятора выходит из строя, электроны вырываются из своих атомов, и материал начинает проводить. Максимальное напряжение, которое мы можем приложить к материалу до того, как он схлопнется и начнет проводить, известно как напряжение пробоя. Мы всегда должны использовать конденсатор ниже этого напряжения пробоя.Выбор диэлектрического материала будет определять область применения конденсатора, типичные области применения. перечислены ниже.
Air: Используется в устройствах настройки радио.
Стекло: используется в высоковольтных приложениях, НАСА, как известно, использует стеклянные диэлектрические конденсаторы для инициализации схем космических челноков и помощи в развертывании космических зондов.
Керамика: Используется в высокочастотных устройствах, таких как антенны и рентгеновские аппараты.
Мы знаем, что напряжение — это работа, совершаемая на единицу заряда, теперь мы можем использовать эту идею, чтобы найти энергию, запасенную в электрическом поле.2} {2} $
Простейшей формой конденсатора является конденсатор с параллельными пластинами, показанный ниже:
Каждая пластина заряжается одинаковым и противоположным зарядом, если пластины бесконечного размера, однородное электрическое поле будет существуют между ними. Именно равномерное распределение заряда, вызванное взаимным отталкиванием одноименных зарядов (на пластине), приводит к генерации однородного поля. На практике площадь пластины, намного превышающая расстояние между пластинами, дает минимальное расхождение поля на концах пластины. (эффекты окантовки), поэтому мы можем рассматривать поле как однородное.
Вопрос:
Используя концепции закона Гаусса, суперпозиции, электрического потенциала и емкости, докажите, что поле E между пластинами параллельного пластинчатого конденсатора однородно, и найдите емкость. Расстояние между пластинами равно d, а относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика $ \ epsilon_r $, кроме того, можно предположить, что A намного больше d.
Решение:
Шаг 1. Закон Гаусса определяет электрическое поле, создаваемое одной пластиной.
$ \ int \ bf {D} \ cdot \ bf {da} $ = $ \ epsilon_0 \ epsilon_r \ bf {E} A = Q $
$ \ bf {E} = \ frac {Q} {A \ epsilon_0 \ epsilon_r} $
Шаг 2: Принцип суперпозиции
У нас есть две пластины; каждая пластина накапливает заряд и, следовательно, создает электрическое поле.На расстоянии x от верхней пластины каждая из верхней и нижней пластины создает поле размером
$ \ bf {E} = \ frac {Q} {A \ epsilon_0 \ epsilon_r} $
Входит только половина этого поля. диэлектрик между проводниками, другая половина выступает с противоположной стороны пластины и не вносит вклад. Таким образом, полное электрическое поле находится суперпозицией.
$ \ bf E = \ frac {1} {2} \ frac {Q} {A \ epsilon_0 \ epsilon_r} + \ frac {1} {2} \ frac {Q} {A \ epsilon_0 \ epsilon_r} = \ frac {Q} {A \ epsilon_0 \ epsilon_r} $
Эта функция $ \ bf E $ не зависит от положения между пластинами (x), поэтому поле однородно.d \ frac {Q} {A \ epsilon_0 \ epsilon_r} dr $ = $ \ frac {Qd} {A \ epsilon_0 \ epsilon_r} $
Шаг 4: Емкость
$ C = \ frac {dq} {dv} $
Если заряд не меняется со временем.
$ C = \ frac {Q} {V} $
$ C = \ frac {Q} {V} $ = $ \ frac {A \ epsilon_0 \ epsilon_r} {d} $
Это показывает нам, что Емкость пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна их расстоянию.
Заряд и разряд конденсатора
Это разность потенциалов между источником питания и конденсатором, которая заставляет заряд течь от одной пластины к другой.Система желает находиться в состоянии равновесия. Таким образом, заряд будет течь до тех пор, пока разность потенциалов на конденсаторе не совпадет с разностью потенциалов источника питания (пока не исчезнет разность потенциалов между источником питания и конденсатором). Электроны берутся с одной пластины и переносятся
к другому; один становится положительным, а другой — все более отрицательным. По мере накопления заряда на конденсаторе напряжение на нем увеличивается, разность потенциалов между батареей и конденсатором уменьшается, и, следовательно, скорость зарядки уменьшается.Это может быть проанализировано с помощью закона напряжения Кирхгофа; мы знаем, что сумма ЭДС равна сумме падений напряжения.
$ V_ {supply} = V_c + V_R = V_c + IR $
$ I = \ frac {V_ {supply} — V_c} {R} $
Мы видим, что ток (скорость потока заряда) и, следовательно, скорость зарядки / разрядки пропорциональна разности потенциалов между источником питания и конденсатором. Напряжение источника питания постоянно, но напряжение конденсатора меняется в зависимости от заряда согласно $ C = \ frac {Q} {V} $
Заряд: $ V = V_0 e ^ {\ frac {-t} {RC} } $
Разряд: $ V = V_0 (1 — e ^ {\ frac {-t} {RC}}) $
Вопрос:
Используйте закон Ома, закон Кирхгофа и определение емкости для получения уравнение зарядного конденсатора для простой схемы, состоящей из ячейки, резистора и конденсатора.{\ frac {-t} {RC}}) $
Конденсаторы в серии:
Что касается конденсаторов, соединенных последовательно, мы знаем, что каждый из них будет хранить одинаковое количество заряда, но может иметь разное напряжение на нем.
$ V_ {total} = V_1 + V_2 + … + V_n $
$ C = \ frac {Q} {V} $
$ \ frac {Q} {C_ {total}} = \ frac { Q} {C_1} + \ frac {Q} {C_2} + … + \ frac {Q} {C_n} $
$ \ frac {1} {C_ {total}} = \ frac {1} {C_1 } + \ frac {1} {C_2} + … + \ frac {1} {C_n} $
Параллельно подключенные конденсаторы:
Для конденсаторов, подключенных параллельно, мы знаем, что каждый из них имеет одинаковое напряжение на нем, но может иметь хранится другой заряд.{-6} = 3,67 мкФ $
Теория магнитного поля
Магнитные поля являются результатом движения электрических зарядов; это могут быть токи, протекающие по проводам, или просто электроны на своих атомных орбитах.
Напряженность магнитного поля
Плотность магнитного потока (или напряженность поля) $ \ bf {B} $ определяется силой Лоренца. Сила Лоренца описывает силу, испытываемую зарядом $ Q $, движущимся со скоростью $ \ bf {v} $ в наложенных друг на друга электрическом и магнитном полях.
$ \ bf {F} = q (\ bf {E} + \ bf {V} \ times \ bf {B}) $
В отсутствие электрического поля указанное выше становится
$ \ bf {F } = q \ bf V \ times \ bf {B} $,
где:
$ q $ — величина заряда
$ V $ — вектор скорости заряда
$ B $ — плотность магнитного потока
Приведенное выше уравнение описывает Учитывая векторную природу поля B, следует обратить внимание на перекрестное произведение в приведенном выше уравнении, оно указывает на то, что поле B всегда перпендикулярно как потоку заряда, так и магнитной силе.Направление плотности магнитного потока можно найти с помощью правила для большого пальца правой руки. Когда большой палец правой руки указывает в направлении тока (в направление вектора скорости), ваши пальцы будут сгибаться в направлении $ \ bf {B} $.
Отметив, что I = $ \ frac {dq} {dt} $, мы можем получить силу, испытываемую проводом с током, помещенным в магнитное поле. Если мы подставим $ q = It $ в закон сил Лоренца, то получим:
$ \ bf {F} = q \ bf {V} \ times \ bf {B} = It \ bf {V} \ times \ bf {B} $
Но скорость заряда, умноженная на величину заряда, — это просто длина провода, пройденного за единицу времени ($ L $).
$ \ bf F = L \ bf I \ times \ bf B = BIL \ sin \ theta $
Если мы знаем направление любого из силы, поля или тока, то два других могут быть выведены с помощью левой формулы Флеминга. ручное правило. Вытяните большой, указательный и средний пальцы левой руки так, чтобы все три пальца были взаимно перпендикулярны друг другу; если большой палец указывает в направлении силы, то указательный палец указывает в направлении поля B и среднего пальца. в направление течения.Это проиллюстрировано ниже.
Магнитный поток
Концепция магнитного потока очень удобна для описания закона Фарадея (который будет вскоре обсужден). Магнитный поток — это общая величина магнитного поля, проходящего через виртуальную площадь поверхности, перпендикулярную полю.
Поток $ \ phi = \ int \ bf {B} \ cdot \ bf {dA} $
Где $ B $ — плотность магнитного потока, а $ dA $ — дифференциальная область на замкнутой поверхности с обращенной наружу поверхностью. нормаль, определяющая его направление.
Потоковая связь равна произведению магнитного потока на количество витков связываемого объекта.
$ \ phi ‘= \ phi N $
Закон Ампера
Закон Ампера описывает взаимосвязь между магнитными полями и токами аналогично тому, как закон Гаусса описывает взаимосвязь между электрическими полями и зарядом. Закон Ампера гласит, что для любого замкнутого контура линейный интеграл напряженности поля ($ H = \ frac {B} {\ mu_0 \ mu_r} $) равен связанному току.
$ \ int \ bf {H} dl = N I $
Закон Ампера позволяет найти выражение для поля B как функции тока. Ниже приведен пример, иллюстрирующий это.
Вопрос:
Используя закон Ампера, найдите выражение для напряженности магнитного поля вокруг токоведущего провода.
Решение:
Сначала мы должны определить путь, по которому пойдет B-поле. Используя правило правой руки, мы знаем, что B-поле будет окружать ток, поэтому дифференциальный путь, по которому будет проходить ток, будет dl = $ 2 \ pi dr $ (где r — расстояние от провода).
$ \ int \ bf {H} dl = \ int \ bf {H} 2 \ pi dr = I $ (N = 1, поскольку мы рассматриваем только один провод)
$ \ frac {B 2 \ pi r} {\ mu_0 \ mu_r} = I $
$ B = \ frac {\ mu_0 \ mu_r I} {2 \ pi r} $
Закон индукции Фарадея
Закон электромагнитной индукции Фарадея является чрезвычайно важным принципом, он имеет фундаментальное значение для выработки большей части электроэнергии в современном мире. Закон Фарадея описывает, как изменение магнитного потока в цепи индуцирует напряжение, стремящееся противодействовать этому изменению потока.Индуцированное напряжение пропорционально скорости изменения магнитной связи.
$ V = — N \ frac {d \ phi} {dt} $
Знак минус просто указывает на то, что направление индуцированного тока таково, что его магнитное поле противодействует изменению потока (закон Ленца). Обычно существует два метода наведения напряжения: резка флюсом и флюсовая связь.
Резка флюса: Когда линии флюса перерезаются проводниками. Например. Пропускание магнита через моток проволоки.
Связывание потока: изменение направления или величины B-поля.{-4} \ times 42 \ times 130 = 2,73 В $
Катушки индуктивности
Катушки индуктивности — это пассивные электрические компоненты. Они хранят энергию в виде движущегося заряда (или магнитного поля). Обычно индукторы имеют форму катушки с проволокой (похожей на соленоид). Причина создания петли в катушке — увеличить потокосцепление и, следовательно, увеличить потенциал накопления энергии. Электрический ток, проходящий через катушку индуктивности, создает вокруг нее магнитное поле, время переменный ток создаст изменяющееся во времени магнитное поле и, в соответствии с Фарадеем, напряжение.Следовательно, индуктивность — это напряжение, индуцированное на единицу заряда, ее единицы — Генри (Гн).
$ V = L \ frac {dI} {dt} = Lq $
Показан символ идеального индуктора:
Последовательные индукторы:
Для последовательно соединенных индукторов известно, что ток через каждую из них будет быть таким же, но может иметь другое напряжение на нем.
$ V_ {total} = V_1 + V_2 + … + V_n $
$ L = \ frac {V} {Q} $
$ \ frac {L_ {total}} {Q} = \ frac {L_1 } {Q} + \ frac {L_2} {Q} +… + \ frac {L_3} {Q} $
$ L_ {total} = L_1 + L_2 + … + L_n $
Параллельные индукторы:
Для индукторов, размещенных параллельно, мы знаем, что все индукторы имеют одинаковые напряжение на нем, но через него может проходить другой ток.
$ Q_ {total} = Q_1 + Q_2 + … + Q_n $
$ \ frac {V} {L_ {total}} = \ frac {V} {L_1} + \ frac {V} {L_2} + … + \ frac {V} {L_n} $
$ \ frac {1} {L_ {total}} = \ frac {1} {L_1} + \ frac {1} {L_2} + … + \ frac {1} {L_n} $
Применение электромагнитной индукции
Многие электрические устройства работают по принципу электромагнитной индукции.К ним относятся двигатели, генераторы, трансформаторы, микрофоны и динамики (некоторые из которых описаны ниже).
Генератор переменного тока
Генераторы переменного тока работают по принципу электромагнитной индукции; это устройства, преобразующие механическую энергию в электрическую. Вращение катушки в магнитном поле вызывает разность потенциалов на катушке и, следовательно, ток через нее. Индуцированная ЭДС заставляет заряд (уже присутствующий в проводе) проходить через внешнюю цепь и, следовательно, производить электричество.Первоначальная механическая энергия может быть произведена рядом устройств, таких как вода, проходящая через турбину, ветряные турбины или паровые турбины.
Двигатель переменного тока
Токоведущий провод в магнитном поле будет испытывать силу; это основной принцип двигателя. Ток проходит через катушку, это создает B-поле вокруг катушки, это B-поле затем взаимодействует с постоянным B-полем, в котором находится катушка, векторное суперпозиция полей приводит к отмене в некоторых областях и добавлению в других. , чистый эффект является результирующим сила и, следовательно, вращающий момент относительно катушки.Этот крутящий момент заставляет проволоку вращаться; Таким образом, механическая энергия была преобразована в электрическую.
Трансформатор
Трансформатор — это устройство, которое используется для преобразования электроэнергии с одного уровня напряжения и тока на другой. В самом простом виде трансформатор состоит из первичной обмотки, вторичной обмотки и железного сердечника. железный сердечник передает поток от одной обмотки к другой, как показано ниже.
Трансформаторы работают в соответствии с законом Фарадея об электромагнитной индукции.Пропуская переменный ток через первичную обмотку, мы индуцируем изменяющееся во времени B-поле, которое затем передается через железный сердечник во вторичную обмотку. Изменение этого B-поля на вторичной обмотке вызовет на ней переменное напряжение и, следовательно, переменный ток через нее. Если трансформатор идеален, индуцированное напряжение описывается приведенной ниже формулой.
$ \ frac {V_1} {V_2} = \ frac {N_1} {N_2} $
Таким образом, мы видим, что возможны два типа трансформаторов: один, который повышает напряжение, а другой — понижает.Если количество витков вторичной обмотки больше, чем количество витков первичной, напряжение будет увеличиваться. Если количество витков первичной обмотки больше, чем число витков вторичной обмотки, напряжение будет понижаться.
Чтобы настоящий трансформатор можно было смоделировать как идеальный, он должен удовлетворять перечисленным ниже условиям:
Внутреннее сопротивление обмоток должно быть пренебрежимо малым.
Сопротивление железа должно быть пренебрежимо малым (мы должны предположить, что железо является идеальным проводником потока).
Весь поток, связывающий первичный, должен связывать вторичный; утечки флюса не происходит, поскольку флюс изгибается по углам.
Реальная или реактивная мощность не потребляется.
Настоящие трансформаторы обычно могут достигать очень высокого КПД, часто до 99%. Потери трансформатора делятся на две подкатегории; потери в меди (потери, связанные с обмотками) и потери в стали (потери, связанные с сердечником). 2 R $ и очень сильно зависят от величины тока.На высоких частотах возникают дополнительные потери из-за явления, известного как скин-эффект, электрический ток пропускается только через внешнюю оболочку проводника. Мы знаем от Фарадея и Ленца, что индуцированное Напряжение пропорционально скорости изменения магнитного потока, кроме того, оно действует в направлении, противоположном изменению, вызвавшему его. Следовательно, ток высокой частоты будет вызывать большой ток, который будет противодействовать самому себе. Мы знаем, что B-поле, индуцированное токоведущим проводом, затухает с расстоянием от центра провода, B-поле и, следовательно, противоположный ток, следовательно, самый большой в центре В обмотке этот сильный противоположный ток приводит к гашению тока по центру провода, следовательно, ток течет только по коже.
Потери в стали чаще всего связаны с гистерезисом и вихревыми токами. Каждый раз, когда магнитное поле меняет направление на противоположное, оно должно совершать некоторую работу с атомными диполями, которые оно было выровнено ранее, это известно как гистерезисные потери. 2 R $, связанных с джоулями. обогрев.Когда питание поступает к потребителю, напряжение необходимо снова понизить перед использованием в домашних условиях.
Измерение высоких напряжений и токов:
Трансформаторы часто используются для понижения высокого напряжения или тока до безопасного уровня перед измерением.
Непрерывное изменение уровней напряжения и тока:
Машинному оборудованию часто требуется питание при постоянно меняющемся уровне напряжения и тока.
Амперная сила, сила Лоренца.
За это задание можно получить 1 балл на экзамене 2020
Задание 13 экзамена по физике посвящено всем процессам, в которых участвуют электрические и магнитные поля.Это один из самых широких вопросов по количеству охваченных учебных тем. Итак, студент может натолкнуться на тему «Закон Кулона, напряженность и потенциал электрического поля», и он найдет разность потенциалов между точками поля, силу взаимодействия между телами или напряжение, приложенное к концам дирижер.
Тема 13-го экзамена по физике также может относиться к магнитному потоку и подразумевать вычисление модуля вектора индукции магнитного поля или его направления.Часть вопросов посвящена вычислению силы Ампера и силы Лоренца.
Задание № 13 экзамена по физике подразумевает краткий ответ на ваш вопрос. В этом случае для некоторых вариантов требуется записать числовое значение значения (округленное до требуемых дробей, если ответ является десятичной дробью), а в некоторых учащийся должен будет выбрать один из четырех предложенных ответов, который он считает правильным. Поскольку время на прохождение всего теста ограничено определенным количеством минут, долго останавливаться на тринадцатом вопросе не стоит.Если это сложно, лучше оставить его в самом конце экзаменационного времени.
Задание № 13 ЕГЭ по физике проверяет знания по теме «Электромагнетизм». В задачах этого типа необходимо решать задачи, связанные с электрическим или магнитным полем.
Теория к заданию № 13 ЕГЭ по физике
Электрический заряд
Величина, которая определяет силу электромагнитного воздействия и связывает ее силу с расстоянием между телами, действующими друг на друга, называется электростатическим зарядом, который характеризует способность тела — носителя заряда — создавать вокруг себя электромагнитное поле. а также испытать влияние внешних полей.
Обвинения разных знаков. В международной системе считается, что заряд электрона отрицательный, а заряд, притягивающий этот заряд, положительный.
Сила электростатического поля — это векторная величина, направленная от положительного заряда к отрицательному. Это силовая характеристика электрического поля.
Закон Ампера
ЗаконАмпера говорит о взаимодействии токов: в параллельных проводниках токи, текущие в разных направлениях, отталкиваются друг от друга.Если токи направлены в одну сторону, проводники притягиваются.
Разбор типовых вариантов задания № 13 ЕГЭ по физике
Демо-версия 2018
Отрицательный заряд -q находится в поле двух стационарных зарядов: положительного + Q и отрицательного -Q (см. Рисунок). Куда он направлен относительно фигуры (вправо, влево, вверх, вниз, в сторону наблюдателя, от наблюдателя) ускорение заряда -q в этот момент времени, если на него действуют только заряды + Q и -Q ? Запишите ответ словом (ами).
Алгоритм решения:
- Разбираем рисунок, прикрепленный к задаче.
- Делаем вывод о направлении взаимодействия зарядов.
- Определите направление ускорения.
- Записываем ответ.
Решение:
1. Из 2-й з-на Ньютона следует, что направление ускорения физического тела в любом случае совпадает с направлением вектора равнодействующей силы.Поэтому, узнав направление равнодействующей силы, мы получим ответ на вопрос задачи.
На рисунке показаны три заряда, с зарядами разных знаков вверху (1) и внизу (2), а слева — заряд с тем же названием, что и верхний:
2. Результирующие силы будут равны: 𝐹⃗ = 𝐹⃗ 1 + 𝐹⃗ 2, где векторы F 1 и F 2 — силы, действующие на заряд q со стороны зарядов 1 и 2 соответственно.
Известно, что заряды одного знака отталкиваются, а заряды противоположных знаков притягиваются.Изображаем силы взаимодействия между зарядами:
3. Векторная сумма сил F1 F2 находится по правилу параллелограмма. При этом следует иметь в виду, что величины сил (длины векторов) будут одинаковыми, поскольку заряды –Q и + Q равны по величине. Это означает, что векторы направлены симметрично относительно вертикальной оси, как если бы они были зеркальными. А их равнодействующая, следовательно, направлена вертикально вниз, то есть вдоль оси симметрии.
Ответ: вниз
Первый вариант задания (Демидова, №1)
Точечные заряды + q, -2q и + q (q> 0) расположены в трех вершинах ромба. Где кулоновская сила F, действующая на отрицательный точечный заряд -Q, помещенный в центр этого ромба, направленная относительно фигуры (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя к наблюдателю)? Запишите ответ словом (ами).
Алгоритм решения:
- Разбираем рисунок, прикрепленный к заданию.Определите силы, действующие на заряд –Q .
- Изображаем силы и находим равнодействующую.
- Записываем ответ.
Решение:
1. На рисунке показано, какие заряды имеют одинаковые знаки, а какие разные. Слева и справа от заряда –Q расположены положительные заряды (+ q) , которые притягивают заряд –Q, с одинаковой силой. А вверху — одноименный заряд с ромбом в центре.Этот заряд отталкивает –Q .
2. Изобразим все силы, действующие на заряд:
Поскольку модули зарядов + q одинаковы, силы двух зарядов, расположенных на горизонтальной линии (взаимодействие –Q с + q), равны друг другу, но противоположны по направлению. Это означает, что равнодействующая этих двух сил равна 0. Отсюда следует, что равнодействующая всех сил совпадает с направлением третьей силы — сил взаимодействия –Q и –2q.Это направление вертикально вниз, то есть по вертикали меньшей диагонали ромба.
Ответ: вниз
Второй вариант задания (Демидова, №7)
Точечные заряды -2q, + q> 0 и -2q расположены в вершинах равнобедренного треугольника (см. Рисунок). Где вектор результирующей напряженности электростатического поля в точке O пересечения медиан треугольника, направленного относительно фигуры (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя к наблюдателю)?
Алгоритм решения:
- Рассмотрим картинку прикрепленную к задаче,
- Делаем вывод относительно направления векторов напряжения, создаваемых каждым зарядом в точке O.
- Определите, куда направлено наложение напряжений.
- Записываем ответ.
Решение:
1. Треугольник, изображенный на рисунке, равнобедренный. O — точка, одинаково удаленная от вершин основания, поскольку это пересечение медиан. Равные заряды -2q помещаются на верхушках базы.
2. Вектор напряжения имеет начало при положительном заряде и направлен в сторону отрицательного (красные стрелки):
Поскольку заряды –2q одинаковы по величине, величина векторов E одинакова.Это означает, что их результат (синяя стрелка) находится на одинаковом расстоянии от каждого из них, то есть будет иметь направление вправо по средней линии, проведенной к основанию, а это направление вправо по горизонтали.
Ответ : вправо
Третий вариант задания (Демидова, №25)
Как направлена сила Ампера (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя к наблюдателю), действующая на проводник № 3 со стороны двух других (см. Рисунок)? Все жилы прямые, тонкие, длинные, лежат в одной плоскости и параллельны друг другу.Сила тока I во всех проводниках одинакова. Запишите ответ словом (словами). Третий вариант задания (Демидова, №25)
Алгоритм решения:
- Разбираем схему направления токов в проводниках.
- Ищем направление силы Ампера, действующей на проводник №3.
- Аналогично ищем направление силы со стороны 1-го проводника.
- Определите результирующее направление.
- Записываем ответ.
Решение:
1. Из З-на Ампер следует, что тонкие параллельные проводники с постоянным током, движущимся в одном направлении, притягиваются, а с токами, движущимися в противоположном направлении, отталкиваются. Это означает, что проводники №2 и №3 притягиваются, а проводники №1 и №3 отталкиваются.
2. Поскольку проводники параллельны друг другу и расположены горизонтально, силы притяжения проводов направлены вертикально (т. Е. Перпендикулярно).В этом случае сила притяжения проводника №3 к проводнику №2 направлена вертикально вверх (красная стрелка), а сила отталкивания проводника №3 от проводника №1 — вертикально вниз (синяя стрелка). .
3. Но так как провод №2 ближе к 3-му, чем №1, то при одинаковых силах токов удар от 2-го проводника будет сильнее, т.е. сила притяжения будет больше силы отталкивания. . Следовательно, получившаяся направлена вертикально вверх.
Прямой провод длиной 0,2 м находится в однородном магнитном поле с индукцией 4 Тл и расположен под углом к вектору индукции. Каков модуль силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля при токе в нем 2 А? (Ответ в ньютонах.)
2. Прямой провод длиной 0,5 м, по которому протекает ток 6 А, находится в однородном магнитном поле. Вектор магнитной индукции величиной 0,2 Тл, проводник расположен под углом к вектору В, … Какая сила действует на проводник со стороны магнитного поля? (Ответ в ньютонах.)
3. При силе тока в проводнике 20 А сила Ампера 12 Н действует на отрезок прямого проводника длиной 50 см в однородном магнитном поле. Вектор магнитной индукции направлен под углом 37 ° к проводнику. Определите модуль индукции магнитного поля. Выразите свой ответ в теслах и округлите до ближайшего целого числа.
4. Отрезок прямого проводника длиной 50 см дается в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл при токе в проводнике 20 А и направлением вектора индукции магнитного поля под углом к проводнику. Какая сила Ампера действует на этот сайт? (Ответ в ньютонах.)
5. Проводник с током длиной 2 м находится в однородном магнитном поле с индукцией Кроме того, направление магнитного поля составляет 30 ° с направлением тока.Какая сила со стороны магнитного поля действует на проводник? (Ответ в ньютонах.)
6. Два длинных прямых провода, по которым проходят постоянные электрические токи, параллельны друг другу. В таблице представлена зависимость модуля силы F магнитного взаимодействия этих проводов от расстояния r между ними.
Каким будет модуль силы магнитного взаимодействия между этими проводами, если расстояние между ними сделать равным 6 м, без изменения силы токов, протекающих в проводах? (Ответьте в мкН.)
8. Прямой провод длиной 50 см движется равномерно поступательно в однородном постоянном магнитном поле, направление которого совпадает с направлением вертикальной оси Y (на рисунке эта ось направлена «на нас»). Скорость проводника перпендикулярна ему и составляет угол 30 ° с горизонтальной осью X , как показано на рисунке. Разность потенциалов между концами проводника — 25 мВ, модуль магнитного поля — 0.1 Т. Определите модуль скорости движения этого проводника. (Ответ в метрах в секунду.)
Примечание
9. Прямой провод длиной 25 см движется равномерно поступательно в однородном постоянном магнитном поле, направление которого совпадает с направлением вертикальной оси Y (на рисунке эта ось направлена «на нас»). Скорость проводника составляет 1 м / с, он направлен перпендикулярно проводнику и составляет угол 60 ° с горизонтальной осью X , как показано на рисунке.Разность потенциалов между концами проводника составляет 75 мВ. Определите модуль индукции магнитного поля. (Ответ в теслах.)
Примечание : вектор скорости лежит в плоскости рисунка.
10.
Как сила Ампера, действующая на проводник 1 со стороны проводника 2, направлена относительно фигуры (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя), если проводники тонкие, длинные, прямые, параллельно друг другу? ( I — сила тока.) Запишите ответ словом (словами).
При создании картины с учетом творческой концепции и сюжета композиции художник выбирает или задает высоту точки обзора и на ее основе определяет положение линии горизонта.
При изучении перспективы очень часто линия горизонта считается изогнутой, учитывая сферическую форму Земли. Однако, сравнивая размеры Земли с ничтожно малой частью ее контура, охватываемой полем зрения человека, край поверхности моря (или Земли) воспринимается как горизонтальная воображаемая линия.
Это можно легко увидеть, если вы встанете на открытой ровной площадке или на берегу моря и положите линейку или карандаш горизонтально на уровне глаз. Тогда в пределах поля зрения край линейки совпадает с краем моря или равнины, то есть с воображаемой линией горизонта. Следовательно, при небольшой зоне видимости космоса эта округлость Земли не воспринимается нашим взором, поэтому горизонт воспринимается как горизонтальная линия. В то же время, если повернуть взгляд в обе стороны, не двигая головой, то при большом покрытии зрением человека открытого пространства эта незначительная округлость земной поверхности слегка ощущается.
Сферичность Земли особенно проявляется в глубоком покрытии космического пространства моря. Представьте себе, что мы стоим на берегу моря и наблюдаем за парусным кораблем, фиксируя его видимость по мере удаления.
На схеме отмечаем начальное положение отпаривателя на небольшом расстоянии и с небольшим уменьшением его значения (I). При приближении к горизонту пароход с берега все равно будет полностью виден, но очень маленького размера (II). Тогда будет видна его верхняя часть палубы с дымовой трубой (III), и, наконец, будет виден только шлейф дыма (IV).
Таким образом, схематический рисунок, сделанный на основе наблюдений, наглядно показывает имеющуюся в действительности сферическую форму поверхности Земли.
На основе этого примера давайте запишем наблюдение зрителя, стоящего на берегу моря, следящего за движением вереницы парусных судов, плывущих к горизонту.
Обратите внимание, что на самом деле траектория их движения визуально воспринимается по кривой с учетом сферичности Земли.При этом изображение вереницы парусных кораблей на снимке, выполненное по строгим законам перспективы, будет другим. Направление пути парусных кораблей, движущихся к горизонту один за другим, теоретически представляет собой прямую линию с предельной точкой на горизонте, а при их построении — двумя параллельными прямыми линиями с точкой схода.
Таким образом, при глубоком видении человека в открытом космосе (морская даль) с движущимися объектами слегка ощущается округлость Земли.Учитывая далекое пространство на горизонте, слегка заметен и дугообразный контур земного шара. Однако, когда поле зрения покрывает небольшой участок края земли, горизонт воспринимается как горизонтальный. Закрепим эти примеры на память и учтем при рисовании с натуры и создании композиций, связанных с похожим сюжетом.
С учетом положения на снимке линия горизонта может быть высокой, средней и низкой. Если он находится на одинаковом расстоянии от верхнего и нижнего рая картины, то это средний горизонт.
Принято считать линию горизонта высокой, если она расположена выше середины рисунка, и низкой, если она ниже середины. Неважно, где расположены верхний и нижний горизонты в верхней и нижней половинах картинки. Обратите внимание, что в этих примерах различное положение линии горизонта на изображении связано с изменением высоты точки обзора (то есть рисунка) относительно плоскости объекта. Расстояние, определяемое положением точки зрения на картинку, при этом не изменилось.Поэтому на каждой из картинок условно заданное значение ширины магистрали, на которой стоит зритель, одинаково.
При изменении высоты положения зрителя и линии горизонта соответственно меняется и композиция изображения. Каждый раз для более удачного размещения изображения на листе стоит думать, какое положение линии горизонта будет наиболее удачным в этом случае.
Итак, расстояние от основания картинки до линии горизонта определяет высоту точки обзора, то есть положение зрителя относительно плоскости объекта.Однако в некоторых случаях при изображении на снимке одного и того же объекта (пейзаж, натюрморт, жанровая композиция) можно установить другое положение линии горизонта, сохраняя при этом ту же высоту точки обзора. В этом случае изменяется расстояние от зрителя до картины. Давайте посмотрим на пример.
На картине изображена окраина города, ограниченная тремя одинаковыми по размеру рамками. В связи с удалением картины изменяется расстояние от нее до зрителя и положение линии горизонта на ней — высокое, среднее, низкое.
При этом высота точки обзора осталась неизменной, так как зритель находился на том же месте.
Рассмотрим другой пример. На двух картинах изображен один и тот же натюрморт, который ограничен рамой одинакового размера, но в разном положении.
На горизонтальном снимке высокий горизонт, так как он расположен ближе к верхнему краю кадра, а на вертикальном снимке — средний. При этом не изменилась высота точки обзора, а, следовательно, и положение линии горизонта на картине относительно предметов натюрморта, поскольку художник находился на том же месте, а дистанция дистанции оставалась неизменной. .
Положение горизонта на снимке и высота зрителя по отношению к изображаемым объектам иногда могут не совпадать. В рассмотренных выше примерах определение высоты горизонта дается с учетом его положения на картинке. На практике при рисовании с натуры высоту линии горизонта иногда определяют иначе — в зависимости от положения зрителя относительно изображаемых объектов. Так, например, пейзаж (см. Рис. 28) рассматривается с высокой позиции зрителя.Однако, выбирая положение рисунка с учетом композиции, линия горизонта на нем может быть средней и низкой. В этом случае «несоответствие! Высокая точка зрения с положением горизонта на картине.
Полезно знать, как осуществляется поиск удачного размещения объекта на листе. При рисовании с натуры известен практический прием использования видоискателя для определения положения листа бумаги с местоположением изображенных на нем объектов, расстоянием, расстоянием и высотой линии горизонта.Для этого на бумаге вырезается прямоугольник, стороны которого пропорциональны листу, выбранному для рисования. Держа в руках видоискатель и направляя его на изображаемый объект, художник фиксирует через прямоугольное отверстие наиболее удачное композиционное размещение предметов при горизонтальном или вертикальном положении листа с учетом высоты линии горизонта.
Рисуя с натуры, нужно уметь правильно определять линию горизонта по отношению к изображаемым объектам и задавать ее положение на картинке.На ровной местности при рисовании пейзажа линия горизонта хорошо видна, как граница между небом и видимой частью земли. Если он закрыт какими-либо предметами, то его находят с помощью стакана с водой, поднятого на такую высоту, что уровень воды можно увидеть в виде прямой линии, которая визуально определяет положение горизонта. Эта же техника используется в помещении при рисовании с натуры.
Итак, как правильно выставить линию горизонта на картинке и от чего она зависит? Ящик выбирает высоту линии горизонта с учетом возложенных на него задач.В зависимости от того, рисует ли он с натуры или по памяти, работает ли он над созданием творческой композиции или выполняет перспективное изображение по рисунку объекта (например, плана и фасада здания) — на основе этого, определяется высота точки обзора и положение линии горизонта на снимке …
Высокий горизонт, как правило, выбирается в пейзаже, изображающем бескрайние просторы степей и полей, леса и расстояния рек до раскрыть большую глубину пространства.Используется при изображении панорамы города с высоты птичьего полета или улицы при просмотре ее с высокой позиции зрителя.
Низкий горизонт используется в пейзаже, чтобы показать большой участок неба с грозовыми или залитыми солнцем облаками.
В сочетании с вытянутостью рисунка низкий горизонт создает впечатление его панорамного вида, охвата большого пространства и непрерывности движения предметов при изображении любого характерного сюжета (скачки, ралли, бег лыжников, и т.п.)
Художники используют низкий горизонт, когда картина размещается вертикально, чтобы придать монументальность высоким объектам или передать величие персонажа.
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 B которого направлен вертикально вниз. (см. рисунок, вид сверху). Куда направлена сила Ампера на проводник 1-2?
Электрическая цепь, состоящая из четырех прямых горизонтальных проводников (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) и источника постоянного тока, находится в однородном магнитном поле, направленном вертикально вниз (см. Рисунок, вид сверху).Как сила Ампера, вызванная этим полем, действующая на проводник 2-3, направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, в сторону наблюдателя, от наблюдателя)? Запишите ответ словом (ами).
Прямой провод длиной l = 0,1 м, по которому протекает ток I = 2 А, находится в однородном магнитном поле под углом 90 ° к вектору В. Каков модуль индукции магнитное поле B, если сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, равна 0.2 N?
4. В однородном магнитном поле прямой горизонтальный проводник массой 0,2 кг без трения скользит по вертикальным направляющим, по которым протекает ток 2 А. Вектор магнитной индукции направлен горизонтально перпендикулярно проводнику (см. Рисунок), B = 2 Тл. Какова длина проводника, если известно, что ускорение проводника направлено вниз и равно 2 м / с2. ?
Прямой проводник, по которому протекает ток 3 А, находится в однородном магнитном поле с индукцией B = 0.4 Тл под углом 30 ° к вектору В. Модуль силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля, составляет 0,3 Н. Какова длина проводника?
Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 0,085 Тл со скоростью 4,6 107 м / с, направленная перпендикулярно линиям индукции поля. Определите радиус круга, по которому движется электрон.
Электрон движется в однородном магнитном поле в вакууме перпендикулярно линиям индукции по окружности радиусом 1 см.Определите скорость электрона, если магнитная индукция поля равна 0,2 Тл.
В заштрихованной области на рисунке однородное магнитное поле действует перпендикулярно плоскости рисунка, B = 0,1 Тл. Квадратная проволочная рамка с сопротивление R = 10 Ом, а сторона l = 10 см постепенно перемещается в плоскости рисунка со скоростью v = 1 м / с. Какой индукционный ток в кадре в состоянии 1?
Расчет величины силы — Использование магнетизма — Высшее — Шлюз OCR — Редакция GCSE Physics (Single Science) — Шлюз OCR
Для расчета силы, действующей на провод, по которому проходит ток под прямым углом к магнитному полю, используйте уравнение :
сила на проводнике (под прямым углом к магнитному полю), по которому проходит ток = плотность магнитного потока × ток × длина
Это когда:
- сила измеряется в ньютонах (Н)
- плотность магнитного потока ( напряженность магнитного поля) измеряется в теслах (Тл)
- ток измеряется в амперах (А)
- длина измеряется в метрах (м)
Пример
2 А течет по 50-сантиметровому проводу.Вычислите силу, действующую на провод, когда он расположен под прямым углом в магнитном поле 0,4 Тл.
Сначала преобразуйте единицы:
50 см = 50 ÷ 100 = 0,5 м
Затем подставьте значения в уравнение:
сила на проводнике, по которому проходит ток = плотность магнитного потока × ток × длина
сила = 0,4 × 2 × 0,5
усилие = 0,4 Н
- Вопрос
Провод 5,0 см пропускает ток 0.
