Как определить направление магнитных линий по рисунку

Все задачи в этом разделе решают путем применения правила левой руки:

Левую руку располагают так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, четыре пальца были направлены по току; тогда отставленный на 90° большой палец расположится вдоль направления действующей на проводник силы.

302 (э). Соберите установку, изображенную на рисунке 58. Определите направление силы, действующей на проводник с током. Правильность решения проверьте опытом.

Ответ. Проводник будет отклоняться вправо.

303. Укажите направление силовых линий магнитного поля, изображенного на рисунке 59.

Ответ. Силовые линии направлены снизу вверх.

304. Правильно ли указано направление сил, действующих на рамку (рис. 60)?

Решение. По правилу левой руки определяют направление сил, действующих на обе стороны рамки. Получившаяся пара сил соответстйует показанной на рисунке 60.

305. Что нужно сделать для того, чтобы изменить направление поворота рамки (рис. 60)? Как следует усовершенствовать установку, чтобы рамка вращалась непрерывно?

Ответ. Направление поворота рамки можно изменить, меняя направление тока в рамке или направление силовых линий магнитного поля (поменять местами магнитные полюса).

Непрерывного вращения рамки достигают с помощью особого устройства, которое называется коллектором. К концам рамки присоединяют в этом случае полукольца (рис. 61), к которым через скользящие контакты подводят ток. Хотя рамка и будет вращаться, но у северного и южного полюсов магнита все время будут проводники рамки с одним и тем же направлением тока в них.

В заключение курса физики VII класса изучают явление электромагнитной индукции. Направление индукционного тока учащиеся не должны определять, так как правило правой руки изложено в параграфе для дополнительного чтения.

Если же будет необходимость, то учитель может рассмотреть несколько задач на определение направления индукционного тока, но задач чрезвычайно простых, где применение правила правой руки не встречает затруднений.

Примером такой простой и в то же время необязательной задачи может служить следующая задача.

306. На рисунке 62 показаны полюса магнита. Как будет направлен индукционный ток в замкнутом проводнике, который движется между полюсами магнита сверху вниз перпендикулярно силовым линиям магнитного поля?

Решение. Правую руку располагаем так, чтобы в ее ладонь входили силовые линии магнитного поля. Отставленный на 90° большой палец направляем по движению проводника (вниз). Четыре пальца руки показывают направление индукционного

тока. На рисунке 62 этот ток обозначен

Также в ознакомительном плане рассматривают явление радиоактивного распада.

Для сильных учащихся здесь возможно предложить задачи, которые приводим ниже.

Если построить при изложении вопроса о радиоактивном распаде диаграмму, характеризующую процесс распада радиоактивного вещества (рис. 63), то учащиеся смогут оперировать понятием периода полураспада. На диаграмме столбиками показано первоначальное количество вещества и оставшиеся количества вещества по истечении времени, равного одному, двум, трем и т. д. периодам полураспада.

307. Период полураспада радия 1590 лет. Через какое время имеющееся сейчас количество радия уменьшится в 4 раза?

Решение. Пользуясь диаграммой (рис. 63), устанавливаем, что количество вещества уменьшится в 4 раза через 2 периода полураспада. Для радия — через 1590 лет лет.

Очень важно подчеркнуть, что время, за которое распадется все вещество, бесконечно велико.

Возможно также предложить обратную задачу, когда известно время распада и часть оставшегося после распада вещества, а требуется определить период полураспада,

В учебнике рассматривается случай отклонения а- и -лучей в электрическом поле.

Можно этот случай разобрать в виде задач.

308. Как отклонятся а- и -лучи в электрическом поле (рис. 64, а)?

Решение, -лучи представляют собой поток положительно, а -лучи — поток отрицательно заряженных частиц. На заряженные частицы действует

Рис. 63. (см. скан)

электрическое поле, возникшее между заряженными пластинками, -частицы будут отклоняться влево, -частицы — вправо, у-лучи в электрическом поле не отклоняются. В итоге пучок, выходящий из ампулы, распадается на три пучка лучей (рис. 64, б).-частиц и в противоположном направлении для -частиц). Большой отогнутый палец показывает, куда отклоняются частицы.

Лекция 9. Действие магнитного поля на

проводники с током и движущиеся электрические заряды

План лекции

Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.

Контур с током в магнитном поле. Работа перемещения проводника с током в магнитном поле.

Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.

Закон Ампера : силас которой магнитное поле действует на элемент проводникас током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе токаи векторному произведению элемента длинына магнитную индукцию :

Если

,

Направление силы Ампера определяется правилом левой руки (рис. 1).

Закон Ампера применяется для определения силы взаимодействия двух бесконечных прямолинейных параллельных проводников с токами и, расположенных в вакууме на расстоянии. Каждый из проводников создает магнитное поле, которое, по закону Ампера, действует на другой проводник.

Определим силу, с которой магнитное поле токадействует на элемент

второго проводника с током(рис. 2).

.

Рассуждая аналогично, можно показать, что

.

По IIIзакону Ньютонат.е. два параллельных тока одинакового направления притягиваются друг к другу с силой

Аналогично можно доказать, что токи противоположного направления отталкиваются с такой же силой.

Если I 1 =I 2 = 1A,r=1м,l=1м,F 1 =F 2 = 210 -7 H, что соответствует определению величины 1 ампера.

Контур с током в магнитном поле. Работа перемещения проводника с током в магнитном поле.

Магнитный момент контура с током — это векторная физическая величина, численно равная произведению силы тока на площадь контура.

1 Ам 2 — это магнитный момент контура с током силой 1А, площадь которого равна 1м 2 .

Единичный вектор внешней нормали к поверхностиS, ограниченной контуром с током.

Внешней (положительной) называется нормаль, которая связана с направлением тока в контуре правилом правого винта (рис. 3а). Таким образом, направление определяется правилом правого винта: если рукоятку винта вращать по току в контуре, поступательное движение винта совпадет с направлением (рис. 3 а,б).

Поместим в однородное магнитное поле с индукцией рамку с токомтак, чтобы плоскость рамки была параллельна магнитным силовым линиям (рис. 4). При этом на стороны рамки, перпендикулярные силовым линиям (

и

) будут действовать силыи, создающие вращающий момент сил относительно закрепленной оси вращения 00.

где

— площадь рамки,p m — магнитный момент рамки с током.

.

Вращающий момент стремится привести контур в положение устойчивого равновесия, при котором векторы исонаправлены (рис.5), т.е. ориентированы параллельно друг другу. При этом М=0, силы

действуют в одной плоскости, они лишь деформируют рамку (растягивают).

Следовательно, действие однородного магнитного поля на рамку (контур) с током сводится к повороту в направлении, параллельном(сонаправлено).

Из предыдущей формулы может быть дано определение : модуль вектора магнитной индукции в данной точке магнитного поля равен максимальному вращающему моменту сил, действующих на рамку с током, обладающую единичным магнитным моментом:

.

Если поле неоднородно, под действием силы незакрепленный контур с током втягивается в область более сильного магнитного поля.

На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера. Если проводник не закреплен (например, одна сторона контура изготовлена в виде подвижной перемычки), то под действием силы Ампера он будет перемещаться в магнитном поле, т.е. сила Ампера совершает работу. Для ее определения рассмотрим проводник длинойс токомI, который может свободно перемещаться в однородном магнитном поле с индукцией(рис. 6),

.

Под действием этой силы проводник переместится параллельно самому себе на

из положения 1 в положение 2 . Работа, совершенная при этом:

где

— площадь, пересекаемая проводником при его движении;

— магнитный поток, пронизывающий эту площадь.

Полученная формула справедлива и для произвольного направления вектора , т.к.можно разложить на нормальнуюи тангенциальную(по отношению к плоскости контура) составляющие.

Поскольку в создании силы ампера не участвует, то

Если

,

т.е. работа по перемещению проводника с током в магнитном поле равна произведению силы тока на магнитный поток, пересеченный движущимся проводником.

Работа совершается не за счет энергии внешнего магнитного поля, а за счет источника, поддерживающего неизменным ток в контуре, или в перемещаемом проводнике.

Вычислим работу по перемещению замкнутого контура с током в магнитном поле. Для упрощения вычислений рассмотрим контур прямоугольной формы, плоскость которого перпендикулярнаи с которым сцеплен магнитный поток

(рис. 7). Поскольку магнитное поле в общем случае может быть неоднородным, при перемещении контура 1234 в плоскости чертежа в новое положение 1234с ним будет сцеплен магнитный поток

. Магнитный поток сквозь площадку 4321обозначим

.

Полная работа, совершаемая при перемещении контура, равна алгебраической сумме работ, совершаемых при перемещении 4-х сторон:

(т.к.

и

перпендикулярны перемещению).

Т.к. сила составляет с вектором перемещения 180 0 ,

.

Сила сонаправлена с вектором перемещения,

>0.

,

где

— изменение магнитного потока через площадку, ограниченную замкнутым контуром.

Работа, совершаемая силами Ампера при перемещении замкнутого контура с током в магнитном поле, равна произведению силы тока на изменение магнитного потока, сцепленного с контуром.

Соотношение (1), полученное для простейшего случая, справедливо для контура любой конфигурации в произвольном магнитном поле при любых его перемещениях (вращении, сминании и т.п.).

Вчастности, при повороте контура в однородном магнитном поле (рис. 8) из положения 1, при котором

в положение 2, при котором

над контуром совершается работа:

Если контур неподвижен, а изменяется значение или направление , работа рассчитывается также по формуле (1).

Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

Опыт показывает, что магнитное поле действует не только на проводники с током, но и на отдельные заряды, движущиеся в магнитном поле. Сила, действующая на заряд q,движущийся в магнитном полесо скоростью, называетсясилой Лоренца .

Опытным путем установлено, что

.

Направление силы Лоренца определяется для положительных зарядов правилом левой руки (т.к. направлениеи для

совпадают): если ладонь левой руки расположить так, чтобы векторвходил в нее, а 4 вытянутых пальца сонаправить с движением положительного заряда, то отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца (рис. 9).

Для отрицательных зарядов берется противоположное направление.

Сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно скорости заряда и сообщает ему нормальное ускорение. Не изменяя модуля скорости, а лишь изменяя ее направление, сила Лоренца не совершает работы, и кинетическая энергия заряженной частицы при движении в магнитном поле не изменяется.

Если на движущийся электрический заряд помимо магнитного поля действует и электрическое поле напряженностью , то результирующая сила

— формула Лоренца.

1. Движение заряженной частицы вдоль силовой линии , (рис. 10).

,

магнитное поле не действует на частицу.

Заряженная частица движется по инерции равномерно прямолинейно.

2.Движение заряженной частицы перпендикулярно силовым линиям ,

(рис. 11).

Пусть в однородное магнитное поле с индукцией влетела заряженная частица массойmс зарядомqперпендикулярно магнитным силовым линиям со скоростью.

В каждой точке поля на частицу действует

. Т.к.

, то

. Ускорениеизменяет только направление скорости,

, значит,

. В этих условиях заряженная частица движется равномерно по окружности.

Согласно IIзакону Ньютона:

,

. (2)

Т.к. все величины, входящие в правую часть выражения (2), постоянны, радиус кривизны Rменяться не будет. Постоянный радиус кривизны имеет только окружность. Следовательно, движение заряда в плоскости, перпендикулярной магнитному полю, будет происходить по окружности. Чем больше, тем меньшеR.

Важным результатом является тот факт, что период обращения заряда в однородном магнитном поле не зависит от его скорости.

если . (3)

Частицы, имеющие бóльшую скорость, движутся по окружности бóльшего радиуса, однако время одного полного оборота будет таким же, что и для более медленных частиц, движущихся по окружности меньшего радиуса. Данный результат положен в основу действия циклических ускорителей элементарных частиц.

3.Движение заряженной частицы произвольно по отношению к линиям магнитной индукции (рис. 12). Вектор скорости можно разложить на 2 составляющие:

.

В направлении сила Лоренца на заряд не действует, поэтому в этом направлении он движется равномерно прямолинейно с

. В направлении, перпендикулярном , он движется по окружности со скоростью

. Движение заряда представляет собой суперпозицию этих двух движений и происходит по винтовой линии, ось которой параллельна .

Радиус витка с учетом (2):

. (4)

Шаг винтовой линии (расстояние между соседними витками) с учетом (3):

.

Если движение происходит в неоднородном магнитном поле, индукция которого возрастает в направлении движения частицы (рис. 13), то Rуменьшается с ростомсогласно (4). На этом основана фокусировка пучка заряженных частиц в магнитном поле. Таким образом, с помощью неоднородного магнитного поля можно управлять пучками заряженных частиц, собирать их или рассеивать подобно тому, как управляют поведением пучков световых лучей с помощью оптических линз.

Рассмотренный принцип положен в основу действия электронных микроскопов.

Ускорители заряженных частиц — устройства, в которых создаются управляемые пучки высокоэнергетических заряженных частиц под действием электрических и магнитных полей.

Свойство независимости периода от скорости обращения используют для того, чтобы превратить траекторию ускоряемой частицы в спираль и уменьшить размеры ускорителя. Такой принцип положен в основу работы циклотрона — родоначальника целого семейства ускорителей с магнитным полем: синхротрона, синхрофазотрона и т.д.

Ускорительная камера циклотрона представляет собой вакуумную цилиндрическую коробку, помещенную между полюсами сильного электромагнита (рис. 14а). Камера состоит из двух металлических половинок — дуантов, в зазоре между которыми создается с помощью генератора переменное электрическое напряжение с амплитудой порядка

(рис. 14б). Частицы вводятся внутрь камера с помощью специального впускного устройства.

При каждом пересечении зазора частица приобретает энергию

. За

оборотов

~10 7 эВ.

Бóльшая энергия в циклотроне не может быть достигнута из-за релятивистских эффектов. В этом случае применяют принцип автофазировки, предложеный советским физиком Векслером (1944 г.) и американским физиком Мак-Милланом (1945 г.).

В синхроциклотронах (фазотронах) медленно уменьшается частота подаваемого напряжения. В синхротронах меняется индукция магнитного поля . В синхрофазотронах — изменяетсяи . При этом возможно увеличение

~10 9 — 10 10 эВ.

Проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает действие механической силы «F » со стороны поля, которая стремится двигать проводник под прямым углом к магнитным силовым линиям.

Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.

Действие силы возникает в результате взаимодействия основного магнитного поля с магнитным полем проводника с током. Эта сила зависит от магнитной индукции «B «, тока в проводнике «I «и длины той части проводника ℓ , которая находится в магнитном поле:

F=B·I·ℓ, H

Сила «F» будет наибольшей, когда проводник расположен перпендикулярно к магнитным силовым линиям. Если проводник расположен вдоль силовых линий, то поле не оказывает на него механического воздействия.

Направление действия силы определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы силовые линии входили в ладонь, четыре пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление действия силы на проводник.

Рис. 4.9. Правило левой руки

Возникновение механической силы, действующей на проводник с током, находящийся в магнитном поле, поясняет следующий рисунок:

Рис. 4.10. Возникновение механической силы, действующей на проводник с током

Справа от проводника с током основное магнитное поле и поле тока совпадают по направлению и общее магнитное поле усиливается. Слева от проводника основное магнитное поле действует навстречу полю тока и общее магнитное поле ослабляется.

Учитывая боковой распор магнитных силовых линий и их стремление сократить свою длину, появляется механическая сила, выталкивающая проводник влево.

Электромагнитная индукция

В проводнике, который двигаясь в магнитном поле, пересекает магнитные линии, возникает Э.Д.С. Это явление называется магнитной индукцией.

Рис. 4.11. Возникновение ЭДС в движущемся проводнике с током

При движении проводника со скоростью «v» с той же скоростью перемещаются элементарные заряженные частицы.

Т.к. движение провода происходит в магнитном поле, то на каждую заряженную частицу действует электромагнитная сила «F 0 » .

Под действием этих сил свободные электроны перемещаются на один край провода, создавая избыточный отрицательный заряд.

На другом крае провода возникает избыточный положительный заряд. По мере накопления зарядов усиливается напряженность электрического поля этих зарядов и на каждую заряженную частицу кроме силы «F 0 » , будет действовать сила «F» электрического поля, направленная противоположно силе «F 0 » .

По достижении равновесия этих сил движение зарядов прекратится. Разность потенциалов по краям проводника и есть индуктированная в проводе Э.Д.С.

Если соединить концы этого проводника через нагрузку, то по цепи потечет ток.

Величина индуктированной Э.Д.С., возникающей в проводе, пропорциональна магнитной индукции «B» , длине провода «ℓ» и скорости его движения «v» .

E=B·ℓ·v, B

Индуктированная Э.Д.С. возникает только в том случае, если проводник пересекает магнитное поле. Если проводник двигается вдоль силовых линий, то E=0 .

Направление индуктированной Э.Д.С. определяется правилом правой руки: ладонь правой руки располагают так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, отставленный большой палец указывал направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной Э.Д.С.

Явление самоиндукции

Если в проводнике протекает изменяющийся по значению ток, то магнитное поле вокруг него также изменяется

и в проводнике индуктируется Э.Д.С.

Индуктированная Э.Д.С. возникает в том самом проводнике, в котором происходит изменение тока. Это явление называется самоиндукцией.

Эта Э.Д.С. возникает при всяком изменении тока, при замыкании и размыкании цепей, при изменении нагрузки двигателей.

Согласно закону Ленца, Э.Д.С. самоиндукции всегда имеет такое направление, при котором она препятствует изменению вызвавшего ее тока и стремится поддержать его величину на одном и том же уровне.

При замыкании цепи появляется ток и возникает магнитное поле, которое индуктирует в проводе Э.Д.С. самоиндукции, направленную навстречу току и препятствующую его возрастанию.

Рис. 4.12. Возникновение ЭДС самоиндукции

При размыкании цепи, исчезновении магнитного поля, его силовые линии пересекают проводник и возникает Э.Д.С. самоиндукции, которая совпадает по направлению с током, препятствуя его убыванию.

Благодаря тормозному действию Э.Д.С. самоиндукции, ток в электрических цепях при включении нарастает не мгновенно, а достигает своего установившегося значения в течение определенного времени.

При отключении цепи ток не уменьшается мгновенно, а спадает постепенно.

Явление самоиндукции в проводниках характеризуется индуктивностью «L «. Индуктивность характеризует именно Э.Д.С. самоиндукции в зависимости от изменения тока.

Единица измерения — Генри.

1 Генри — это индуктивность проводника, в котором возникает Э.Д.С. самоиндукции в 1 В при изменении тока в 1 А в 1 сек.

1 Гн = 1 В · с / А

Особенно проявляет себя Э.Д.С. самоиндукции при размыкании цепей, содержащих катушки с большим числом витков и со стальными сердечниками. При этом может возникнуть Э.Д.С. самоиндукции больше Э.Д.С. источника тока. Поэтому для гашения электрической дуги при размыкании цепей, применяют контакторы с дугогасительным устройством.

Электрические машины

«Магнитное поле»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОЛЖСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ, ПЕДАГОГИКИ И ПРАВА» « Волжский социально-педагогический колледж»
Физика в курсе «Естествознание»

САМОСТОЯТЕЛЬНая РАБОТа

по теме «Магнитное поле»

Разработал:

преподаватель физики первой квалификационной категории

Бондаренко Людмила Валентиновна

2013
Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 1

1.По какому из приведенных ниже правил можно определить направление силы Ампера?

А. Правило левой руки
Б. Правило правой руки
В. Правило буравчика
Г. Правило Ленца
2.На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в горизонтальной плоскости. В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен:
3. С какой силой выталкивается прямой провод с током силой 17 А из

однородного магнитного поля, индукция которого 1,2 Тл, если активная длина

провода 25 см, а угол, образованный им с линиями индукции, 60 °?

———————————————————————————————————————

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 2

1.  Какое утверждение неправильно? Сила Ампера, действующая на проводник с током Ι в магнитном поле с индукцией В:

А. по модулю прямо пропорциональна модулю В;

Б. прямо пропорциональна Ι;

В. прямо пропорциональна длине проводника;

Г. равна нулю, если проводник перпендикулярен вектору индукции В.
2.На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в вертикальной плоскости. В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен

3. Прямолинейный проводник с током длиной 5 см перпендикулярен линиям индукции однородного магнитного поля. Чему равен модуль индукции магнитного поля, если при токе в 2 А на проводник действует сила, модуль которой равен 0,01 Н?

————————————————————————————————————- Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле» Билет № 3

1.  Как взаимодействуют между собой два параллельных проводника, если по ним протекают токи в противоположных направлениях?

А. Притягиваются.

Б. отталкиваются.

В. Сила взаимодействия равна нулю.

Г. Нет однозначного ответа.
2.Протон p, влетевший в зазор между полюсами электромагнита, имеет скорость , перпендикулярную вектору индукции магнитного поля, направленному вертикально. Куда направлена действующая на него сила Лоренца ?

3. Прямой провод длиной l=10 см, по которому течет ток I=20 А, находится в однородном магнитном поле с индукцией В =0,01 Тл. Найти угол а между направлениями вектора В и тока, если на провод действует сила F=10 мН.

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 4

1.В опыте Эрстеда было обнаружено…

А. отклонение магнитной стрелки при протекании электрического тока по проводу. Б. взаимодействие параллельных проводников с током. В. возникновение тока в замкнутой катушке при опускании в нее магнита. Г. взаимодействие двух магнитных стрелок

2.Частица с отрицательным зарядом q влетела в зазор между полюсами электромагнита, имея скорость , направленную горизонтально и перпендикулярную вектору индукции магнитного поля. Куда направлена действующая на нее сила Лоренца ?
3. Если на линейный проводник длиной 50 см с током 2 А, помещенный в однородное магнитное поле с индукцией 0,1 Тл, действует сила 0,05 Н, то угол между проводником и вектором магнитной индукции равен…
————————————————————————————————————

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 5

1.  Сила Лоренца, действующая на движущуюся заряженную частицу в магнитном поле…

А. всегда направлена параллельно скорости;

Б. всегда равна нулю;

В. всегда направлена параллельно магнитной индукции;

Г. равна нулю или направлена перпендикулярно скорости.
2.На рисунке изображен цилиндрический проводник, по которому течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен вектор магнитной индукции в точке С?

3. В магнитном поле с индукцией 2 Тл движется электрон со скоростью 10⁶ м/с, направленный перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. Чему равен модуль силы, действующей на электрон со стороны магнитного поля?

——————————————————————————————————————-

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 6

1. Сила Лоренца, действующая на движущуюся нейтральную частицу в магнитном поле,

А.всегда направлена параллельно скорости

Б. всегда равна нулю

В. всегда направлена параллельно магнитной индукции

Г. равна нулю или направлена перпендикулярно скорости
2.По рисунку определите направление силы Ампера, действующей на проводник с током

3. Электрон влетает со скоростью 10⁵м/с в однородное магнитное поле с

индукцией 2,5 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции. Вычислить силу,

действующую на электрон (силу Лоренца).

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 7

1.  Что наблюдалось в опыте Эрстеда?

А. взаимодействие двух проводников с током;

Б. взаимодействие двух магнитных стрелок;

В. поворот магнитной стрелки вблизи проводника при пропускании через него тока;

Г. возникновение электрического тока в катушке при поднесении к ней магнита.
2.По рисунку определите направление силы Ампера, действующей на проводник с током
3.Сила Лоренца, действующая на электрон, движущийся в магнитном поле со скоростью 10⁷ м/с по окружности в однородном магнитном поле В = 0,5 Тл, равна:

———————————————————————————————————————

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 8

1.В каком случае вокруг движущегося электрона возникает магнитное поле? 1. Электрон движется равномерно и прямолинейно. 2.Электрон движется равномерно по окружности. 3.Электрон движется равноускоренно прямолинейно.

А. Только 1. Б. Только 2. В. Только 3. Г. 1 и 2. Д. 1 и 3. Е. 2 и 3. Ж. 1,2 и 3.

2.В магнитном поле находится проводник с током. Каково направление силы Ампера.

3.Прямолинейный проводник длиной l = 0,1 м, по которому течет ток, находится в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,4 Тл и расположен под углом 90 к вектору . Какова сила тока, если сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, равна 0,2 Н?
——————————————————————————————————————

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 9

1.Как можно объяснить взаимное притяжение параллельных проводников, по которым протекают постоянные электрические токи?

А) взаимодействием магнитных полей электрических токов в этих проводниках;

Б) взаимодействием электрических полей, существующих вокруг этих

проводников;

В) действием магнитного поля одного тока на второй ток и наоборот;

Г) взаимодействием магнитных и электрических полей, существующих вокруг этих проводников;

2.В магнитном поле находится проводник с током. Каково направление силы Ампера.

3.Электрон движется в вакууме со скоростью 310⁶ м/с в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 0,1 Тл. Чему равна сила, действующая на электрон, если угол между направлениями скорости электрона и линиями магнитной индукции равен 90?

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 10

1.Какое из приведенных ниже утверждений верно?

1) магнитное поле порождается электрическими зарядами;

2) магнитное поле порождается движущимся электрическим зарядом;

3) магнитное поле порождается электрическим током.
А) только1; Б) только 2; В) только 3; Г)1иЗ; Д)2иЗ. 2.В магнитном поле находится проводник с током. Каково направление силы Ампера.
3. Какая сила действует на протон, движущейся со скоростью 2 ∙ 10⁶ м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл? Протон движется под углом 60⁰ к линиям магнитной индукции поля.
—————————————————————————————————————————

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 11

1.Правилом правого буравчика можно воспользоваться для определения направления –

1) магнитной силовой линии;

2) тока в проводнике по известному направлению магнитной силовой линии;

2) силы Лоренца. Какое из этих продолжений фразы верно?

А) только 1; Б) только 2; В) 1 и 2; Г) только 3; Д) 1 и 3.
2.В магнитном поле находится проводник с током. Каково направление силы Ампера.

3.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, если сила тока в проводнике 2 А?

——————————————————————————————————-

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 12

1.Как можно объяснить взаимное отталкивание параллельных проводников, по которым протекают постоянные электрические токи?

А) взаимодействием электрических полей, существующих вокруг этих

проводников;

Б) взаимодействием магнитных полей электрических токов в этих проводниках;

В) действием магнитного поля одного тока на второй ток и наоборот;

Г) взаимодействием магнитных и электрических полей, существующих вокруг этих проводников;
2.В магнитном поле движется положительная заряженная частица. Каково направление силы Лоренца.

3.Протон движется со скоростью 10 ⁵ км/с, в магнитном поле под действием силы Лоренца 8∙10 ^-12 Н. Найти индукцию магнитного поля.
Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 13

1. Какое из приведенных ниже утверждений верно?

1) магнитное поле порождается электрическими зарядами;

2) магнитное поле порождается движущимся электрическим зарядом;

3) магнитное поле порождается электрическим током.
А) только1; Б) только 2; В) только 3; Г)1иЗ; Д)2иЗ.

2.По проводнику течет ток (направление указано стрелкой). Определите направление силы Ампера.

3. Прямолинейный проводник длиной 5 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 5 Тл и расположен под углом 30⁰ к вектору магнитной индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, если сила тока в проводнике 2 мА?

—————————————————————————————————————————
Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 14

1.Правилом левой руки можно воспользоваться для определения направления:

1) магнитной силовой линии;

2) силы Ампера;

3) силы тока в проводнике.

Какое из этих продолжений фразы верно?

А) все три; Б) только 1; В) только 2; Г) только 3; Д) 2 и 3.
2.По проводнику течет ток (направление указано стрелкой). Определите направление силы Ампера.

3.Какая сила действует со стороны однородного магнитного поля с индукцией 30 мТл на находящийся в поле прямолинейный проводник длиной 50 см, по которому идет ток 12 А? Провод образует прямой угол с направлением вектора магнитной индукции поля.

——————————————————————————————————————
Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»

Билет № 15

1.Правилом правой руки можно воспользоваться для определения направления –

1) магнитной силовой линии;

2) тока в проводнике;

3) силы Лоренца.

Какое из этих продолжений фразы верно?

А) только 1; Б) только 2; В) 1 и 2; Г) только 3; Д) 1 и 3.

2. По рисунку определите направление силы Лоренца, действующей

на положительно заряженную частицу, движущуюся в магнитном

поле со скоростью v?

Задачи с решениями 10 — Магнитное поле и электромагнитная индукция — ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ. ОТРАБОТКА ТЕМАТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА — ЕГЭ 2018. Тренажёр: Физика. — ЕГЭ 2018 — Справочное издание

ЕГЭ 2018. Тренажёр: Физика

Магнитное поле и электромагнитная индукция

Задачи с решениями

1. На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в вертикальной плоскости. Как направлен (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вектор индукции магнитного поля тока в центре витка? Ответ запишите словом (словами).

Решение. Направление вектора магнитной индукции можно определить по правилу буравчика. Использование этого правила применительно к току, текущему по витку, дает: в центре витка вектор магнитной индукции направлен горизонтально (вдоль оси витка) вправо.

Ответ: вправо.

2. 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 которого  направлен вертикально вверх перпендикулярно плоскости рисунка (см. рис., вид сверху). Куда направлена (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вызванная этим полем сила Ампера, действующая на проводник 4-1?

Ответ запишите словом (словами).

Решение. Направление силы Ампера, действующей на проводник с током, можно определить по правилу левой руки. Ток в цепи течет от «+» источника к «-». Таким образом, ток на участке 4-1 течет от 1 к 4. Значит, в данном случае сила Ампера направлена горизонтально влево.

Ответ: влево.

3. По трем тонким параллельным проводникам текут одинаковые токиКак направлена (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) сила Ампера, действующая на проводник № 3 со стороны двух других (см. рис.)? Расстояния между соседними проводниками одинаковы. Ответ запишите словом (словами).

Решение. Магнитное взаимодействие проводников с током приводит к тому, что если токи имеют одинаковое направление, то проводники притягиваются, а если токи имеют противоположное направление — проводники отталкиваются. В данном случае токи во всех проводниках имеют одинаковое направление, значит, проводник № 3 притягивается и к проводнику № 1, и к проводнику № 2.

Ответ: вверх.

4. Протон влетает в область пространства, в которой создано однородное магнитное поле, вектор индукции которого направлен от нас, перпендикулярно плоскости рисунка. Куда направлена (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) сила Лоренца, действующая на протон? Ответ запишите словом (словами).

Решение. Направление силы Лоренца, действующей на заряд, движущийся в однородном магнитном поле, определяется по правилу левой руки (если заряд положительный). Заряд протона положительный, поэтому сила Лоренца направлена вверх.

Ответ: вверх.

5. Электрон влетел в однородное магнитное поле с индукцией  перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите радиус окружности, по которой будет двигаться электрон в магнитном поле, если модуль его скорости равен 880 км/с. Отношение заряда электрона к его массе равно 

Ответ: _______________ мм.

Решение. Сила Лоренца, действующая на заряд, движущийся в однородном магнитном поле, равна , где — угол между векторами(в данном случае), и направлена перпендикулярно векторам  (по правилу левой руки). Эта сила сообщает электрону центростремительное ускорение — радиус окружности, по которой движется заряд. Согласно второму закону Ньютона , откуда получаем 

Ответ: 5 мм.

6. Прямолинейный проводник длиной , по которому течет ток , расположен в однородном магнитном поле под углом 90° к вектору . Каков модуль индукции магнитного поля В, если сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, равна 0,2 Н?

Ответ:  Тл.

Решение. На проводник с током в однородном магнитном поле действует сила Ампера, равная по модулю  — длина проводника, I — сила тока в нем, В — модуль индукции магнитного поля, — угол между направлением вектора магнитной индукции и проводником. Тогда 

Ответ: 0,5 Тл.

7. На рисунке приведен график зависимости магнитного потока через плоскость проволочного витка от времени. Определите модуль ЭДС индукции в витке в промежутке времени 1-5 с.

Ответ: __________________ В.

Решение. По закону электромагнитной индукции  

Ответ: 0,25 В.

8. В колебательном контуре, приведенном на рисунке, период электромагнитных колебаний равен 2 мкс. Какой будет частота электромагнитных колебаний в контуре, если ключ К превести из положения 1 в положение 2?

Ответ: ____________________ кГц.

Решение. Период собственных электромагнитных колебаний в колебательном контуре равен  (формула Томпсона). При переводе ключа в положение 2 емкость конденсатора в контуре увеличится в 4 раза, т.е. период увеличится в 2 раза и станет равным 4 мкс. Тогда частота колебаний  

Ответ: 250 кГц.

9. Конденсатор колебательного контура длительное время подключен к источнику постоянного напряжения (см. рис.). В момент  переключатель К переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б представляют изменения физических величин, характеризующих колебания в контуре после этого (Т — период колебаний). Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение. Когда ключ находится в положении 1, ток через катушку равен 0, а конденсатор заряжен до максимального напряжения. После переключения ключа в положение 2, в контуре начнутся электромагнитные гармонические колебания. Заряд правой обкладки конденсатора вначале был положителен и максимален, затем он будет меняться с течением времени по закону . Энергия конденсатора в начальный момент также максимальна, т.к. , а период ее изменений вдвое меньше периода колебания заряда конденсатора.

Ответ: 34 или 43.

10. В таблице показано, как изменялся заряд одной из обкладок конденсатора емкостью 50 пФ в колебательном контуре с течением времени. Выберите два верных утверждения о процессах, происходящих в контуре.

1) Частота колебаний тока в контуре равна 125 кГц.

2) Период колебаний заряда конденсатора равен 4 мкс.

3) Амплитудное значение силы тока в контуре равно 2,84 мА.

4) В момент времени 4 мкс сила тока в контуре максимальна.

5) Энергия магнитного поля катушки в момент времени 6 мкс равна 40 нДж.

Ответ: ___________________ .

Решение. Период колебаний в контуре — минимальный промежуток времени, в течение которого совершается одно полное колебание. В данном случае период колебаний равен Т = 8 мкс. Частота колебаний обратна периоду . Когда заряд конденсатора максимален (по модулю), сила тока через катушку равна 0, а когда заряд конденсатора равен 0 — сила тока через катушку максимальна. Значит, в момент времени 4 мкс сила тока в контуре равна 0. Максимальная энергия конденсатора равна  и равна максимальной энергии магнитного поля катушки , где  — амплитуда тока через катушку, — индуктивность катушки. Максимальная энергия конденсатора в данном случае . Приравнивая друг другу максимальные энергии конденсатора и катушки, можно получить , где учтено, что (формула Томсона). Используя данные задачи, получим  

Ответ: 15 (или 51).

11. На железный сердечник надеты две катушки, как показано на рисунке. По правой катушке пропускают ток, который меняется согласно приведенному графику. На основании этого графика выберите два верных утверждения.

1) В промежутке между 1 с и 2 с показания амперметра были равны 0.

2) В промежутках 0-1 с и 2-3 с направления тока в левой катушке были одинаковы.

3) В промежутке между 1 с и 2 с индукция магнитного поля в сердечнике была равна 0.

4) Все время измерений сила тока через амперметр была отлична от 0.

5) В промежутках 0-1 с и 2-3 с сила тока в левой катушке была одинаковой.

Решение. Ток в левой катушке возникает вследствие явления электромагнитной индукции. Ток, текущий в правой катушке, создает магнитное поле, которое пронизывает и левую катушку. При изменении силы тока в правой катушке, магнитный поток Ф, пронизывающий левую, изменяется, в ней возникает ЭДС индукции и появляется индукционный ток. Модуль ЭДС индукции определяется законом Фарадея . Направление индукционного тока определяется правилом Ленца и зависит от того, возрастает магнитный поток или убывает. Таким образом, ток в левой катушке тек только в те промежутки времени, когда менялась сила тока в правой катушке. В тех промежутках, когда сила тока уменьшалась, индукционный ток имел одно и то же направление, а когда сила тока возрастала, он тек в противоположном направлении.

Ответ: 15 (или 51).



ГДЗ-Физика-задачник-11кл-Рымкевич-2004-www.frenglish.ru (10 — 11 класс — Рымкевич) — DJVU, страница 11

32 Решение. На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. Взаимная ориентация векторов магнитной индукции В, силы Ампера Р и направления тока 1 определяется по правилу левой руки. Следующие задачи могут быть поставлены и решены с помощью рисунка. 1. В каком направлении действует сила Ампера, если направления линий магнитной индукции и тока соответствуют рисунку 32, а — г? Ответ: а) вверх; б) вправо; в) по нормали к плоскости листа, внутрь; г) влево. 2.

Определить направление тока (рис. 32, д). Ответ: по нормали к плоскости листа, внутрь. 3. Определить направление вектораВ (рис. 32, е, ж). Ответ: е) по нормали к плоскости листа, в сторону наблюдателя; ж) вниз. 4. Определить силу Ампера Ра (рис. 32, з). Ответ: Рл = О, так как вектор В направлен в сторону, противоположную направлению тока. 105 830 какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длиной активной части 5 ем действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А.

Проводник расположен перпендикулярно индукции магнитного поля. Г =ПВ~1~~3, где 6 — угол между направлениями вектора В и тока в проводнике. Тогда г В=— А 10йп 6 Вычисления: 6=90′,В= ‘ =40мТл. 25А 0,05м Ответ: В = 40 мТл. 832, Сила тока в горизонтально расположенном проводнике длиной 20 см и массой 4 г равна 10 А. Найти индукцию (модуль и направление) магнитного ноля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновесилась силой Ампера.

Решение. Запишем условие равновесия: Р +Р,=о. Таким образом, сила Ампера Р и сила тяжести Р, должны быть равны по модулю и противоположны по направлению. Согласно правилу левой руки, в случае горизонтально расположенного проводника, сила Г„ направлена вертикально вверх, если вектор В лежит в горизонтальной плоскости гА Рис. ЗЗ 106 Решение. На прямолинейный проводник длиной Ь с током 1 в магнитном поле В по закону Ампера дейст- вует сила 11В з1п )) = пгя, т.

е. В = «‘б Пв)п () Вычисления: В 0,004 кг 10 мус 20 мТл г 10 А 0,2 м Ответ: В = 20 мТл, направление вектора В указано на рисунке. 833. Проводник аЬ, длина которого ) и масса т, подвешен на тонких проволочках. При прохождении по нему тока 1 он отклонился в однородном магнитном поле (рис. 34, а) так, что нити образовали угол а с вертикалью. Какова индукцня магнитного поля? Решение. Запишем условие равновесия для сил Ампе- ра ФА, тяжести Р и реакции Р (рис. 34, б): еА Е з1пя’г У сово’ Х Х Х Х Х Х Х В Ь а) Рис. 34 107 и перпендикулярен направлению тока (рис. 33).

Из условия равенства сил по величине следует: Исключив силу Г из системы уравнений, получим: Р,=Р,18 а, или ИВ в1п )1 = тя $я а. Так как )) = 90′, то В = тд $н а/(П). 834. 8 проводнике с длиной активной части 8 см сила тока равна 50 А. Он находится в однородном магнитном поле индукцией 20 мтл. Какую работу совершил источник тока, если проводник переместился на 10 см перпендикулярно линиям индукции? Решение.

Работа источника тока равна работеА силы Ампера по перемещению проводника на расстояниезп А = газ = ПВз з1п 8. Вычисления: А=50А 0008м 20 10 Тл 01м=8мДж. Ответ: А = 8 мДж. 836 ясли к точкам С и Р (рис. 2б) тонкого металлического листа, по которому проходит электрический ток, подключить чувствительный гальванометр, то в случае наличия магнитного поля (направление линий магнитной индукции показано на рисунке) он покажет возникновение разности потенциалов. Объяснить причину проявления разности потенциалов между точками С и Р. Сравнить потенциалы этих точек. Рис. 35 108 Решение.

Ток в металлах обусловлен движением электронов. На заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, действует сила Лоренца, направление которой для отрицательно заряженных частиц определяется по правилу левой руки. Следовательно, электроны будут отклоняться от точки Р к точке С, создавая разность потенциалов и уменьшая потенциал точки С. 838.

В направлении, перпендикулярном линиям индукции, влетает в магнитное поле электрон со скоростью 10 Мм)с. Найти индукцию поля, если электрон описал в поле окружность радиусом 1 см. Решение. Электрон движется под действием силы Лоренца Гл, направление которой для отрицательно заряженных частиц определяется по правилу правой руки (рис.

36). Следовательно, сила Гл перпендикулярна скорости, что приводит к движению электрона по окружности с ускорением о /В. Таким образом, г Рл = еоВ = лги (В, В= ~» еВ Вычисления: -31 7 В 9,1 . 10 кг. 10 мус 5 7МТЛ. 10-1э кл 10-г ‘ ‘ Рис. 36 Ответ: В = 5,7 мТл. 839 Протон в магнитном поле индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найти скорость протона. Решение. Как следует из решения предыдущей задачи, еВВ У= —. т 109 Вычисления: 1,6 10 Кл 10 Тл 0,1 м 98 км/ 1,67 10 кг Ответ: и = 96 км/с. 840.

В однородное магнитное поле индукцией В = 10 мТл перпендикулярно линиям индукции влетает электрон с кинетической энергией Ж’„= 30 кэВ. Каков радиус кривизны траектории движения электрона в поле? Решение. Кинетическая энергия г ого следовательно, Подставляя это выражение в формулу для скорости из задачи 839, получаем: шо (2%’„лз) г?г В= — = еВ еВ Вычисления: 2 30 1,6 10 Дж 9,1 10 кг -19 см. 1,6 10 Кл . 0,01 Тл Ответ: В = 5,8 см. 41 протон и и-частица влетают в однородное магнитное 8 1 поле перпендикулярно линиям индукции.

Сравнить радиусы окружностей, которые описывают частицы, если у них одинаковы: а) скорости; б) энергии. 1 Заряд а-частицы в 2 раза больше заряда протона, а масса а-частицы в 4 раза больше его массы. 110 Решение. Используем выражение для В из задачи 840 и запишем отношение радиусов кривизны траекторий: В тее 1М~т е В тое ~й~~те а)со=и, -2 =-2 — = — 2= —; В т е а Р Ва тае 4 2′ Ответ:а)В =2В;б)В =В. 842 Электрон движется в однородном магнитном поле индукпией В — 4 мТл.

Найти период Т обращения электрона. Решение. Период обращения электрона, движущегося по окружности под действием силы Лоренца, связан с угловой скоростью го выражением Т = 2п/со. Учитывая, что линейная скорость или еВВ о=— т получаем выражение Т=— 2ят еВ Вычисления: Т 2 3,14 9.1 10 кг 8 9 нс. 1,6 10 Кл 4 10 Тл Ответ: Т = 8,9 нс.

111 843. Линии напряженности однородного электрического поля и линии индукции однородного магнитного поля взаимно перпендикулярны. Напряженность электрического поля 1 кВ/м, а индукция магнитного поля 1 мТл. Какими должны быть направление и модуль скорости электрона, чтобы его движение было прямолинейным? Решение. На рисунке 37 изображены силы, действующие на электрон. В электрическом поле Е действует сила Р, = еЕ, в магнитном— Рл = епВ вбп ~3, направление которой определяется по Рис.

37 правилу правой руки. Электрон движется прямолинейно и равномерно, если сумма всех действующих сил равна нулю. Поэтому вектор о должен лежать в плоскости, перпендикулярной вектору Е. Тогда еЕ = епВ э1п ~3, откуда Е и=— Вэ!и ~3 Вычисления: з р = 90′, и = ~~ = 1000 км/с. 10 Тл Ответ: и = 1000 км/с. 844 В масс-спектрографе (рис. еб) заряженные частицы ускоряются на участке КЬ электрическим полем и, попав в магнитное поле индукцией В, описывают окружность радиусом й. Вывести формулу для расчета удельного заряда частицы д/ж, если ускоряющее напряжение равно У. Начальную скорость частицы считать равной нулю. 112 ° ° ° ° ° В ° а — аи ° уа ° ° ет ° / ° ! ° ‘ ° Рис. 38 Решение.

Найдем скорость, до которой частица разгоняется на участке КЬ. Двигаясь между точками К и Ь с разностью потенциалов У, частица приобретает кинетическую энергию 2 гни — = д1~, 2 следовательно, ~~2У При движении по окружности в магнитном поле ско- рость Приравнивая правые части двух последних выраже- ний,получаем: с 2о’ т В2Вг ‘ 846 По графику (рис. 3й) определить магнитную проницаемость стали пРи инДУкЦии Вс намагничиваюп2его полЯ Огт мТл и 1.2 мТл.

Решение. Магнитная проницаемость Р = В,гВо. 113 В,Тл 1,6 1,2 0,8 0,4 2 Вс, мТл Рис. 39 Вычисления: из графиков находим: рс = 0,8 Тл/0,4 мТл = 2000; ц„= 1,2 Тл/1,2 мТл = 1000. Ответ: 1г, = 2000; 11„= 1000. 847. Во сколько раз изменится магнитный поток, если чугунный сердечник в соленоиде заменить стальным таких же размеров? Индукции намагничивающего поля Во = 2,2 мТл. Использовать рисунок 39. Решение.

Магнитный поток Ф индукции поля В Ф = ВЯ сов а. Если заменить чугунный сердечник стальным таких же размеров, то отношение потоков будет равно отношению индукций поля в соленоидах со стальным и чугунным сердечниками: Ф,/Ф„= В,/В„. Из графика найдем отношение индукций поля при В„= 2,2 мТл: В,/В„= 1,4 Тл/0,8 Тл = 1,75.

Ответ: Ф,/Ф„= 1,75. 114 848, Внутри соленоида аез сердечника индукция поля Ве = 2 мТл. Каким станет магнитный поток, если в соленоид ввести чугунный сердечник площадью поперечного сечения 100 см ? Использовать рисунок 39. 2 Решение. Магнитный поток равен: Ф = ВЗ, где В = рВо находится из графика: В = 0,8 Тл. Вычисления: Ф=0,8Тл 0,01м =8мВб. Ответ: Ф = 8 мВб. ГЛАВА Х Электрический ток в различных средах 40. Электрический ток в металлах, полупроводниках, вакууме 84Э Сила тока в лампочке карманного фонаря 0,32 А.

Сколько электронов проходит через поперечное сечение нити накала за 0,1 с? Решение. Полный заряд, проходящий сквозь поперечное сечение проводника с током 1 за время 1, равен 12. Зная заряд е электрона, нетрудно найти число электронов, проходящих за время и ?у = —. е Вычисления: 0 32А 0 1с 2 1022 1,6 10 Кл Ответ:?ч’ = 2 10 850. найти скорость упорядоченного движения электронов в проводе площадью поперечного сечения 5 мм при силе тока 2 10 А, если концентрация электронов проводимости 5 10 м -28 -2 Решение. Количество электронов, проходящих сквозь поперечное сечение Я проводника, сила тока в котором 1 за время 1 при концентрации и электронов, определяется следующим образом: 116 где и — скорость электронов.

С другой стороны, если заряд электронов е, то о Фе г ‘ Из этих двух выражений следует, что 1 = пиЯе, откуда 1 и= —. лбе Вычисления: 10 А -з а 2 5.10 м 5 10 м .1,0 10 Кл = 0,25 мм/с. Ответ: и = 0,25 мм/с. 851. Через два медных проводника, соединенных последовательно, проходит ток. Сравнить скорость упорядоченного движения электронов, если диаметр второго проводника в 2 раза меньше, чем первого.

левый вниз На рисунке выше направление силы Лоренца на положительную частицу со скоростью V в B-поле Отправить попыток ответа 0/2

Стенограмма видеозаписи

для этого вопроса, мы рассмотрим рисунок p 19.2. Мы будем рассматривать его как часть А как возможно заряженную частицу, движущуюся через магнитное поле, и нас попросили найти направление силы, действующей на этот протон, во всех различных ситуациях на этом рисунке, которые были показаны так хорошо, указывают на то, что это часть а. Итак, импортируйте A.Было задано несколько разных частей рисунка. Итак, первую часть рисунка мы назовем Park Capital A и, используя правило правой руки, укажем пальцем в направлении движущейся частицы. Мы сгибаем пальцы в направлении магнитного поля в том направлении, в котором указательный палец указывает направление отклонения или направления силы. Итак, для части A это слева от сердца E, это на странице для части C. Это не на странице для части D.Это в верхней части страницы, поэтому мы можем сказать, что это в верхней части страницы для части E. Это находится на странице. И, наконец, что касается метамфетамина, это не на странице. В части B этого вопроса попросили сделать то же самое, что и для части A. За исключением того, что нас попросили сделать это для электрона. Итак, если это электрон, поскольку электрон имеет заряд, противоположный протону, он будет отклонен в прямо противоположном направлении, как он был отклонен в части A. Таким образом, ответы на часть B будут прямо противоположны ответы на его часть.Итак, поскольку он был оставлен, этот будет правым, если он будет на странице. Итак, этот будет вне страницы, Понимаете, был вне клетки. Итак, это будет на странице. D был к вершинам. Это будет ближе к низу. E находится на странице. Это будет не на странице. И, наконец, f исчез со страницы. Итак, это будет на странице. Это решения вопроса

% PDF-1.4 % 1 0 объект QlSX_: rH) / Creator (Scientific Research Publishing) / Producer (; изменено с помощью iText 5.4.4 2000-2013 1T3XT BVBA \ (AGPL-версия \)) / Название (Принцип и характеристика пропеллера с силой Лоренца) / Ключевые слова (электрическое поле, магнитное поле, собственное поле, радиационное поле, сила Лоренца) / ModDate (D: 20131224174804 + 08’00 ‘) / Тема (В этой статье анализируются два метода, с помощью которых может быть создано магнитное поле, и они классифицируются на два типа: 1 \) Собственное поле: магнитное поле может создаваться движением электрически заряженных частиц, и его характеристика состоит в том, что он не может быть независимым от электрически заряженных частиц.2 \) Поле излучения: магнитное поле может быть создано изменением электрического поля, и его характеристика состоит в том, что оно существует независимо. Пропеллер с силой Лоренца \ (аббревиатура LFP \) использует характеристику, согласно которой радиационное магнитное поле существует независимо. Носитель движущихся электрически заряженных частиц и устройство, генерирующее изменяющееся электрическое поле, соединены вместе, образуя систему. Когда движущиеся электрически заряженные частицы под действием силы Лоренца в радиационном магнитном поле, система достигает тяги.Как и ракетный двигатель, LFP обеспечивает движение в вакууме. LFP может генерировать движущую силу только за счет электроэнергии, и пропеллент не требуется. Основным недостатком LFP является то, что отношение движущей силы к весу невелико.) / SourceModified (D: 20091217040833) / Author (Jing ZHU) / CreationDate (D: 20091217120842 + 08’00 ‘) >> эндобдж 2 0 obj > поток конечный поток эндобдж 3 0 obj > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font> / Properties >>> / MediaBox [0 0 595 808] / StructParents 1 / Rotate 0 >> эндобдж 13 0 объект > поток

Определение э / м для электрона

Введение

В этом эксперименте вы измеряете e / m , отношение заряда электрона к массе электрон.В настоящее время принятое значение для e / m составляет 1,758820 × 10 ¹¹ C / кг. Когда электрон входит в область, в которой есть однородное магнитное поле, B , перпендикулярное скорость электрона v (Внимание: заглавная буква V будет использоваться ниже для обозначения напряжения. Не путайте v с V !), На электрон действует сила F , величина которой определяется следующим уравнением.Сила перпендикулярна как v , так и B , и ее направление можно определить, используя правую правило. Сила заставит электрон двигаться по круговой орбите с радиусом r (равномерная круговая орбита). движение). Приравнивая эту силу к массе, умноженной на центростремительное ускорение, мы получаем уравнение ниже. Решение уравнения. 2 для e / m , получаем следующее уравнение. Если измерить радиус циклотронной орбиты, мы можем вычислить e / m по формуле.3. Все, что нам нужно, это скорость электрона. В нашем эксперименте электрон ускоряется набором пластин с разность потенциалов В между ними. Следовательно, скорость электрона может быть получена из сохранение энергии. Решение уравнения. 4 для скорости, мы получаем следующее уравнение.

(5)

v =

Наконец, подстановкой скорости из уравнения. 5v =

в уравнение.3 и решая для e / m , мы получаем уравнение. 6

, связывающий e / m с разностью потенциалов, магнитным полем и радиусом круговой окружности электрона. орбита.

Аппарат

Рисунок 1

Установка оборудования, используемого в этом эксперименте, показана на рис. 1. Основными элементами блока e / m являются трехэлементная электронная лампа и катушки Гельмгольца.Электронная лампа, катушки Гельмгольца и источники питания для нити накала трубки и ускоряющего напряжения смонтированы в Единая база под названием e / m unit. Органы управления и разъемы на передней панели этого устройства (слева направо Правильно):

• •

  Разъем катушки Гельмгольца : Пара клемм для подключения к внешнему источнику питания. и амперметр, чтобы ток мог подаваться на катушки.

• •

  Выключатель и индикатор питания : Включает и отключает питание нити накала и ускоряющего напряжения.

• •

  Управление фокусировкой : Отрегулируйте для наилучшей фокусировки электронного луча.

• •

  Управление ускоряющим напряжением и кнопка : Эта ручка управления устанавливает ускоряющее напряжение на любое значение от 45 до 135 вольт. Кнопка позволяет мгновенно подать ускоряющее напряжение для наблюдения за электронным пучком.

• •

  Ускоряющее напряжение / 100 : Пара клемм, на которых приходится 1/100 от ускоряющего напряжения. присутствует — подключите цифровой измеритель 0–2 В для считывания этой 1/100 от ускоряющего напряжения.

Ток на катушки Гельмгольца подается от внешнего источника постоянного тока. Мультиметр — это используется для измерения тока катушек Гельмгольца. Электронная лампа и катушки Гельмгольца — это подробно описано ниже.

Электронная трубка

Внутри электронной трубки установлена ​​«электронная пушка», центральная линия которой совпадает с вертикальная ось трубки. Электронная пушка состоит из трех элементов:

• а

  катод с косвенным нагревом, который питает электроны.

• б

  сетка, заряженная до положительного потенциала по отношению к катоду, которая служит для фокусировки электронный луч.

• с

  круглый диск, который удерживается под высоким положительным потенциалом по отношению к катоду, который служит для ускорения электронов.

Рисунок 2 : Электронная пушка (вид в разрезе)

Электронный пучок проецируется вертикально через небольшое отверстие в центре диска.Диск есть установлен горизонтально на верхнем конце электронной пушки. На верхней грани диска нанесены четыре круга с центрами, совпадающими с отверстием, радиусами 0,50, 1,0, 1,5 и 2,0 см. Лампочка и Диск покрыт материалом, который флуоресцирует при ударе электронов. Трубка содержит следы инертный газ, который помогает фокусировать электронный луч, а также заставляет луч делать видимые след.

Катушка Гельмгольца

Магнитное поле создается парой одинаковых круглых катушек, расположенных так, чтобы расстояние между витками равен радиусу витков.Такое устройство, называемое катушками Гельмгольца, обеспечивает очень однородное магнитное поле в области и около центра пары катушек.

Рисунок 3 : Катушки Гельмогольца

Магнитное поле, создаваемое катушками Гельмгольца, пропорционально электрическому току, I , в катушки. В точном центре катушек Гельмгольца значение j теоретически определяется следующим образом: куда:

• μ ₀ = константа = 1.256 × 10 ^–6 Тесла · метр / Ампер.
• N = количество витков провода на катушке (указано на катушках).
• R = радиус витков.

Значения N и R для катушек Гельмгольца, используемых в этой лаборатории, составляют: N = 196 витков и R = 0,105 метра. Подстановка этих значений в формулу. 8

дает: j = 1.678 × 10 ^–3 Т / А, или 1,678 мТ / А. Уравнение 7

B = jI

, с вычисленным выше значением j , будет использоваться для определения магнитного поля из измеренных значения тока.

Процедура

Подключите прибор согласно схеме, показанной на рис.1, и начните сбор данных. следуя шагам, описанным ниже:

• 1

  Для измерения тока катушки используйте шкалу 10A на мультиметре (при использовании подключения 300 мА перегорает предохранитель!).Чтобы включить питание катушек Гельмгольца, установите регулятор напряжения на внешнем источнике постоянного тока на минимальное значение. Включите питание и осторожно и медленно продвиньте регулятор напряжения, наблюдая за амперметром. Если глюкометр дает положительные показания, все в порядке. хорошо; в противном случае вы подключили глюкометр обратной стороной. Выключите питание и переверните амперметр. соединения. Не допускайте превышения тока катушки Гельмгольца 5А!

• 2

  Включите выключатель питания на аппарате e / m и подождите 2 минуты , пока нить накала трубки не нагреется.Наблюдения за электронным пучком в вакуумной лампе необходимо проводить при выключенном свете в помещении. Обратите внимание, что есть кнопка, которая позволяет мгновенно подавать на трубку ускоряющее напряжение; эта особенность необходима, потому что у трубки довольно короткий срок службы. Сменные лампы дорогие, поэтому подавайте ускоряющее напряжение только на время, достаточное для ваших наблюдений.

• 3

  С другой стороны, нить накала трубки лучше оставить включенной; оставьте выключатель питания включенным, пока столько, сколько необходимо для выполнения ваших измерений, и выключайте его только после того, как закончите.

• 4

  Когда трубка достигнет рабочей температуры, установите ускоряющее напряжение на относительно низкое значение (около 50 вольт). Примечание: клеммы, обеспечивающие масштабированное ускоряющее напряжение ( В, _{согласно} /100) активны только тогда, когда кнопка нажата. Опять не допускайте Гельмгольца ток катушки превышает 5А!

• 5

  Подавая на трубку ускоряющее напряжение (кнопка нажата), увеличьте катушку Гельмгольца. ток до тех пор, пока электронный луч не изогнется и не попадет на самое удаленное кольцо мишени; отрегулируйте ФОКУС управления, чтобы получить как можно более точный луч, а затем отрегулируйте ток катушки Гельмгольца направить электронный луч точно на кольцо мишени.Невозможность определить, когда электронный луч именно на кольце — один источник неуверенности. Поскольку фокусирующее действие сетки и инертного газа вызывает потерю кинетической энергии некоторыми электронами, лучше всего использовать крайний край пучка в качестве он ударяет по кольцу. Выполнение нескольких измерений силы тока может уменьшить ошибки. Запишите ускоряющее напряжение, ток катушки Гельмгольца (проводить измерения вверх и вниз по шкале) и диаметр, d , пути электронного луча, указанного в вашем техническом паспорте.

• 6

  Повторите шаг 5, сохраняя фиксированное ускоряющее напряжение, но увеличивая ток катушек Гельмгольца до тех пор, пока путь луча не станет диаметром 1,75, 1,5, 1,25 и 1,0 см, как показано на рисунке 4. Измерьте и запишите ток, соответствующий каждому из диаметров. . Для диаметров 1,75 и 1,25 см Электронный луч должен попасть в середину между двумя кольцами-мишенями.

Рисунок 4

Луч может не достичь 2.Линия диаметром 0 см.

• 7

  Измените ускоряющее напряжение (которое на самом деле в 100 раз выше значений шкалы) на несколько более высокое значение (около 80-90 вольт) и повторите шаги 5 и 6.
• После сбора данных попробуйте использовать стержневой магнит, чтобы «направить» пучок заряженных частиц. Какие происходит, когда вы подносите северный конец магнита к лучу? Что происходит, когда ты поменять ориентацию магнита? Подтвердите свое понимание направления Сила Лоренца и правило правой руки с помощью компаса для определения направления магнитного поле, создаваемое катушками Гельмгольца.(Помните, что N — это сокращение от северного полюса магнит, что означает, что географический северный полюс Земли действует как южный магнитный полюс). эскиз катушек Гельмгольца и отклоненного луча, чтобы показать направление тока в катушках и результирующее магнитное поле.

• 8

  Отключите блоки питания и мультиметры. Отсоедините все провода и верните их в бункер для хранения.

Убедитесь, что вы и ваш технический специалист инициализируете свои паспорта данных, и что вы передаете копию своего данные перед тем, как покинуть лабораторию.

Анализ

Важная модификация должна быть внесена в формулу. 6

, прежде чем его можно будет использовать для расчета e / m . В модификация необходима, потому что катод, откуда исходит электронный пучок, расположен на расстоянии a = 3,2 ± 0,5 мм ниже выходного отверстия.

Рисунок 5

Как показано на рисунке выше, измеренный диаметр d не является фактическим диаметром d ‘ для орбита электрона.Фактический диаметр может быть получен с помощью уравнения Пифагора, показанного ниже.

(9)

d ‘=

d 2 + a 2

Замена r = d ‘/2 и уравнение. 9d ‘=

d 2 + a 2

в уравнение. 6

, получаем следующее уравнение.

(10)

В ² =

Примечание: буква « V » в этом уравнении используется для обозначения переменной для напряжения.Это НЕ означает, что вы рассчитываете B с использованием 8 вольт, но с использованием напряжения, в 8 раз превышающего измеренное!

1

Используя электронную таблицу, вычислите таблицу d , 1 / ( d ² + a ² ), среднее значение I , u _I , B , u _B , B ² и u _{B ²} из данных для нижнего ускоряющего напряжения (≈50 В).

2

Постройте график B ² против 1 / ( d ² + a ² ) и выполните линейную аппроксимацию методом наименьших квадратов. Определите наклон и точку пересечения подобранная кривая.

3

По наклону определите значение для e / м в C / кг, используя уравнение. 10B ² =

. Обязательно используйте соответствующие единицы для переменных B и d .Неопределенность в e / m может быть рассчитана с использованием метода верхней-нижней границы.

4

Повторите шаги 1, 2 и 3 для данных, полученных при более высоком ускоряющем напряжении.

5

Возьмите средневзвешенное значение двух значений e / m , полученных по формуле:

e / m = w ₁ (e / m) ₁ + w ₂ (e / m) ₂ .

Вес w ₁ и w ₂ считается пропорциональным обратной величине квадрат неопределенности каждого e / m соответственно.Таким образом, значение e / m с меньшим неопределенности будет уделяться больше внимания. Таким образом, где константа пропорциональности k выбрана для нормализации весов так, чтобы w ₁ + w ₂ = 1. значение k определяется уравнением ниже. Вычислите значения w ₁ и w ₂ и проверьте, w ₁ + w ₂ = 1.Рассчитайте средневзвешенное значение e / m .

Обсуждение

Сравните свое экспериментальное значение e / m с принятым значением. Обсудите количественно возможные источники ошибки.

Не забудьте заложить свою работу.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Что такое скорость света?

С древних времен философы и ученые пытались понять свет.Помимо попыток определить его основные свойства (то есть из чего он состоит — частицы или волны и т. Д.), Они также пытались провести конечные измерения того, насколько быстро он движется. С конца 17 века ученые занимались именно этим, и с возрастающей точностью.

Таким образом, они получили лучшее понимание механики света и той важной роли, которую он играет в физике, астрономии и космологии. Проще говоря, свет движется с невероятной скоростью и является самым быстрым движущимся объектом во Вселенной.Его скорость считается постоянной и непреодолимой преградой и используется как средство измерения расстояния. Но как быстро он движется?

Скорость света (

c ):

Свет движется с постоянной скоростью 1 079 252 848,8 (1,07 миллиарда) км в час. Получается 299 792 458 м / с, или около 670 616 629 миль в час (миль в час). Чтобы представить это в перспективе, если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вы могли бы облететь земной шар примерно семь с половиной раз за одну секунду.Между тем, человеку, летящему со средней скоростью около 800 км / ч (500 миль / ч), потребуется более 50 часов, чтобы облететь планету только один раз.

Иллюстрация, показывающая расстояние, на которое свет проходит между Землей и Солнцем. Предоставлено: LucasVB / Public Domain

Чтобы представить это в астрономической перспективе, среднее расстояние от Земли до Луны составляет 384 398,25 км (238 854 мили). Таким образом, свет проходит это расстояние примерно за секунду. Между тем, среднее расстояние от Солнца до Земли составляет ~ 149 597 886 км (92 955 817 миль), что означает, что свету требуется всего около 8 минут, чтобы совершить это путешествие.

Тогда неудивительно, почему скорость света — это показатель, используемый для определения астрономических расстояний. Когда мы говорим, что такая звезда, как Проксима Центавра, находится от нас на расстоянии 4,25 световых лет, мы говорим, что для того, чтобы добраться туда с постоянной скоростью 1,07 миллиарда км в час (670 616 629 миль в час), потребуется около 4 лет и 3 месяцев. Но как мы пришли к этому весьма специфическому измерению «скорости света»?

История обучения:

До 17 века ученые не были уверены, распространяется ли свет с конечной скоростью или мгновенно.Со времен древних греков до средневековых исламских ученых и ученых раннего Нового времени дискуссии продолжались. Только после работы датского астронома Оле Рёмера (1644-1710) было проведено первое количественное измерение.

В 1676 году Рёмер заметил, что периоды внутреннего спутника Юпитера Ио оказались короче, когда Земля приближалась к Юпитеру, чем когда она удалялась от него. Из этого он пришел к выводу, что свет движется с конечной скоростью, и подсчитал, что для пересечения диаметра орбиты Земли требуется около 22 минут.

Проф. Альберт Эйнштейн читает 11-ю лекцию Джозии Уилларда Гиббса в Технологическом институте Карнеги 28 декабря 1934 года, где он изложил свою теорию того, что материя и энергия — одно и то же в разных формах. Предоставлено: AP Photo

Христиан Гюйгенс использовал эту оценку и объединил ее с оценкой диаметра орбиты Земли, чтобы получить оценку 220 000 км / с. Исаак Ньютон также говорил о расчетах Ремера в своей основополагающей работе Opticks (1706).Приняв поправку к расстоянию между Землей и Солнцем, он подсчитал, что свету потребуется семь или восемь минут, чтобы перейти от одного к другому. В обоих случаях они были с относительно небольшим отрывом.

Более поздние измерения, выполненные французскими физиками Ипполитом Физо (1819–1896) и Леоном Фуко (1819–1868), уточнили эти измерения и дали значение 315000 км / с (192 625 миль / с). А ко второй половине 19 века ученые осознали связь между светом и электромагнетизмом.

Это было выполнено физиками, измеряющими электромагнитные и электростатические заряды, которые затем обнаружили, что числовое значение было очень близко к скорости света (измеренной Физо). Основываясь на своей собственной работе, которая показала, что электромагнитные волны распространяются в пустом пространстве, немецкий физик Вильгельм Эдуард Вебер предположил, что свет является электромагнитной волной.

Следующий великий прорыв произошел в начале 20-го века / В своей статье 1905 года, озаглавленной « О электродинамике движущихся тел», Альберт Эйнштейн утверждал, что скорость света в вакууме, измеренная неускоряющимся наблюдателем, равна одинаково во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от движения источника или наблюдателя.

Лазер, светящий через стакан с водой, показывает, сколько изменений скорости (в милях в час) он претерпевает при переходе от воздуха к стеклу, к воде и обратно. Предоставлено: Боб Кинг

Используя этот принцип и принцип относительности Галилея в качестве основы, Эйнштейн вывел специальную теорию относительности, в которой скорость света в вакууме ( c ) была фундаментальной константой. До этого ученые пришли к общему мнению, что пространство заполнено «светоносным эфиром», который отвечает за его распространение — т.е.е. этот свет, проходящий через движущуюся среду, будет увлекаться ею.

Это, в свою очередь, означало, что измеренная скорость света будет простой суммой его скорости через среды плюс скорость из этой среды. Однако теория Эйнштейна фактически сделала бесполезной концепцию неподвижного эфира и произвела революцию в представлениях о пространстве и времени.

Он не только продвинул идею о том, что скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета, но также представил идею о том, что большие изменения происходят, когда вещи движутся со скоростью, близкой к скорости света.К ним относятся пространственно-временная рамка движущегося тела, которая, кажется, замедляется и сжимается в направлении движения при измерении в системе координат наблюдателя (то есть замедление времени, когда время замедляется по мере приближения скорости света).

Его наблюдения также согласовали уравнения Максвелла для электричества и магнетизма с законами механики, упростили математические вычисления, отказавшись от посторонних объяснений, используемых другими учеными, и согласились с непосредственно наблюдаемой скоростью света.

Во второй половине 20-го века все более точные измерения с использованием лазерных инферометров и методов полостного резонанса позволят еще больше уточнить оценки скорости света. К 1972 году группа из Национального бюро стандартов США в Боулдере, штат Колорадо, использовала технику лазерного инферометра, чтобы получить признанное в настоящее время значение 299 792 458 м / с.

Роль в современной астрофизике:

Теория Эйнштейна о том, что скорость света в вакууме не зависит от движения источника и инерциальной системы отсчета наблюдателя, с тех пор постоянно подтверждается многими экспериментами.Он также устанавливает верхний предел скорости, с которой все безмассовые частицы и волны (включая свет) могут перемещаться в вакууме.

Одним из следствий этого является то, что космологи теперь рассматривают пространство и время как единую единую структуру, известную как пространство-время, в которой скорость света может использоваться для определения значений для обоих (например, «световые годы», «световые минуты», и «световые секунды»). Измерение скорости света также стало важным фактором при определении скорости космического расширения.

Начиная с 1920-х годов с наблюдений Леметра и Хаббла, ученые и астрономы осознали, что Вселенная расширяется с точки своего происхождения. Хаббл также заметил, что чем дальше галактика, тем быстрее она движется. В том, что сейчас называется параметром Хаббла, скорость, с которой расширяется Вселенная, рассчитывается до 68 км / с на мегапарсек.

Это явление, предположительно означающее, что некоторые галактики действительно могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света, может накладывать ограничения на то, что наблюдается в нашей Вселенной.По сути, галактики, движущиеся со скоростью, превышающей скорость света, должны пересечь «космологический горизонт событий», где они больше не видны нам.

Кроме того, к 1990-м годам измерения красного смещения далеких галактик показали, что расширение Вселенной ускоряется в течение последних нескольких миллиардов лет. Это привело к появлению таких теорий, как «Темная энергия», где невидимая сила управляет расширением самого пространства вместо объектов, движущихся через него (таким образом, не накладывая ограничений на скорость света или нарушая теорию относительности).

Наряду с специальной и общей теорией относительности, современное значение скорости света в вакууме стало основой космологии, квантовой физики и Стандартной модели физики элементарных частиц. Он остается постоянным, когда говорят о верхнем пределе, при котором могут перемещаться безмассовые частицы, и остается недостижимым барьером для частиц, обладающих массой.

Возможно, когда-нибудь мы найдем способ превзойти скорость света. Хотя у нас нет практических представлений о том, как это может произойти, разумные деньги, похоже, тратятся на технологии, которые позволят нам обойти законы пространства-времени, создавая пузыри деформации (иначе говоря.Варп-Драйв Алькубьерре) или прокладывать через него туннели (также известные как червоточины).

До этого времени нам просто нужно будет довольствоваться Вселенной, которую мы видим, и продолжать исследовать ту ее часть, которая доступна обычными методами.

Мы написали много статей о скорости света для «Вселенной сегодня». Вот какова скорость света ?, «Как галактики удаляются быстрее света?», «Как космос может перемещаться быстрее, чем скорость света?»

Вот классный калькулятор, который позволяет вам переводить множество различных единиц скорости света, и вот калькулятор относительности на тот случай, если вы хотите путешествовать со скоростью, близкой к скорости света.

Astronomy Cast также имеет эпизод, в котором рассматриваются вопросы о скорости света — Вопросы-шоу: Относительность, Относительность и многое другое.