Site Loader

Содержание

Практическое занятие №11 (2ч)

По теме «Сила Ампера, сила Лоренца»

Цель: Закрепить знания по теме «Сила Ампера, сила Лоренца», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы.

Теория:

Сила Ампера – это сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера: сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника. F=IBlsinα. Единица силы Ампера – Н, магнитной индукции – Тл, длины проводника – м, силы тока –А. Направление силы Ампера определяются правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила ладонь. А четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 900  большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника.

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца. Сила Лоренца: F=qvBsinα. Сила Лоренца измеряется в Н.

Задача.

С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1 м? Линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.

Дано:

Найти F.

Решение.

Ответ: F = 0,05 H

 

 

Задания:

1. Какая сила действует  на  проводник длиной 0,1 м в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 2 Тл, если ток в проводнике 5 А, а угол между направлением тока и линиями индукции 30

0 ?

2. Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 1,4 мТл в вакууме со скоростью 500 км/с перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на электрон, радиус окружности, по которой он движется.

3. Определите величину силы Лоренца, действующей на протон с индукцией 80 мТл, со скорость протона 200 км/с перпендикулярно линиям магнитной индукции.

4. Какова  индукция магнитного поля, в котором на проводник с длиной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.

5. С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1 м? Линии индукции магнитного поля и ток взаимно перпендикулярны.

6. Протон в магнитном поле индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найти скорость протона.

7. Электрон движется в однородном магнитном поле индукцией 4 мТл. Найти период обращения электрона.

8. Определите силу тока, если магнитная индукции равна 50 мТл, сила Ампера 40 мН, длина проводника 8 см.

9. Определите силу Ампера, действующей с индукцией с индукцией 0,1 Тл с силой тока 20 А, если длина проводника 14 см.

10. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник стоком 30 А,  длина активной части которого 10 см, действует сила 1,5 Н. Под каким углом к вектору магнитной индукции размещён проводник?

Литература:

· Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10, 11 кл. 2010 г.

· А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.


ГБПОУ РК «Симферопольский колледж сферы обслуживания и дизайна»

Вся подробная информация по вопросам поступления в колледж и работе приемной комиссии находится во вкладке Абитуриенту и Приемная комиссия
ГБПОУ РК «Симферопольский колледж сферы обслуживания и дизайна» осуществляет прием документов в очном и электронном виде по адресу: 295015, Республика Крым,
г. Симферополь,ул. Севастопольская, 54. E-mail:

[email protected]
Дни открытых дверей онлайн

«Горячая линия» по вопросам получения профессионального образования и профессионального обучения лиц с инвалидностью и лиц с ОВЗ, а также их последующего трудоустройства в Республике Крым, деятельности БПО

Просмотреть…


Читать дальше…

7 ноября – памятная дата отечественной военной истории. В этот день в 1941 году на главной площади страны состоялся традиционный военный парад в честь годовщины Октябрьской Революции. Но этот парад стал особенным, поворотным моментом в истории России, а также Великой Отечественной и Второй мировой войн: весь мир увидел, что Красная армия и Советский Союз полны решимости защитить свою Родину при любых обстоятельствах.

Читать дальше…

Администрация ГБПОУ РК «Симферопольский колледж сферы обслуживания и дизайна» сообщает, что в соответствии с приказом Министерства образования, науки и молодежи Республики Крым от 21.10.2021 года № 1651 «О мерах по реализации Указа Президента Российской Федерации от 20 октября 2021 года № 595 «Об установлении на территории Российской Федерации нерабочих дней в октябре – ноябре 2021 года» произошли изменения режима и условий работы колледжа.

Считать дни с 30.10.2021 по 07.11.2021 нерабочими днями.

Читать дальше…

Команда Республики Крым приняла участие в соревнованиях отборочного этапа VII Национального чемпионата по профессиональному мастерству среди инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья «Абилимпикс». Чемпионат прошел в очно- дистанционном формате на распределенных площадках.

Читать дальше…

В колледже проходит «Неделя кибербезопасности»

Читать дальше…

«Миссия Лермонтова — одна из глубочайших загадок культуры. Не всякому человеку, заявляющему, что он одинок, можно верить. Часто это попросту поза. А М.Ю. Лермонтов имел на это право…» Д.Л.Андреев.

Литературную гостиную, посвященную Дню рождения поэта, посетили обучающиеся 711 группы.

Читать дальше…

В Республике Крым прошли соревнования отборочного этапа VII Национального чемпионата по профессиональному мастерству среди инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья «Абилимпикс».
Чемпионат прошел в очно- дистанционном формате на распределенных площадках.

Читать дальше…

13 — 14 октября в рамках месячника правовых знаний, инспектором ОПДН ОП №3 «Центральный» проведена профилактическая беседа с обучающимися о недопущении правонарушений, а так же потреблению тобакосодержащей и алкогольной продукции.

Читать дальше…

В рамках отборочного этапа VII Национального чемпионата по профессиональному мастерству «Абилимпикс» 11.10.2021 прошли соревнования по компетенции Учитель начальных классов. Соревновательная площадка находилась в Инженерно-педагогическом колледже (структурное подразделение) ГБОУ ВО РК «Крымский инженерно- педагогический университет им. Ф. Якубова». Весь коллектив колледжа участвовал в подготовке участницы чемпионата.

Читать дальше…

Администрация колледжа поздравляет Ларионову Дарину, лауреата 1 степени в номинации «Эстрадный вокал».

Просмотреть…

В современном мире потоки передаваемой информации играют важную роль. Все данные систематизируются в определенные группы – базы. Администратор – это лицо, которое обеспечивает квалифицированное управлением этими базами, включая их всестороннюю защиту. На сегодняшний день эта профессия очень востребована на рынке труда. Компетенцию «Администрирование баз данных» от Республики Крым на отборочном этапе VII Национального чемпионата «Абилимпикс» представил Жученко Владислав, обучающийся ГБПОУ РК «Керченский политехнический колледж».

Читать дальше…

В соответствии с графиком отборочного этапа VII Национального чемпионата «Абилимпикс» по профессиональному мастерству среди инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья в Республике Крым

07 октября 2021 г. прошли соревнования по ряду компетенций:

Читать дальше…

Продолжается отборочный этап VII Национального чемпионата по профессиональному мастерству среди инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья «Абилимпикс». 05 октября 2021 года на площадке ГБПОУ РК «Симферопольский колледж сферы обслуживания и дизайна» прошли соревнования по компетенции «Обработка текста» (школьники). Республику Крым представлял Еременко Богдан обучающийся МБОУ «Гимназия № 1 им.И.В. Курчатова» г. Симферополя. Задание по набору и форматированию текста, посвящено подвигу солдат в период Великой Отечественной войны 1941-1945 годов.

Читать дальше…

5 сентября прошла выставка экибан ко Дню учителя

Читать дальше…

Протон в магнитном поле | Облепиха

У нас давно не было, что называется, “практического” параграфа, в котором бы рассматривалась какая-нибудь задача на применение ранее изученного материала. Сейчас мы это исправим.

Пусть есть протон, движущийся в однородном магнитном поле со скоростью, равной 1/10 скорости света. Величина магнитной индукции равна 2 теслам.

Сперва нужно найти как величину, так и направление силы Лоренца, которая будет действовать на эту заряженную частицу.

Как мы помним, для магнитного поля прежде всего важны заряд частицы и ее скорость. Что занимательно, потому что пока не очень понятно, чем таким особенным отличаются движущиеся частицы от неподвижных.{-12}\,Н

Теперь нужно определить ее направление. Для этого воспользуемся правилом левой руки.

Вектор магнитной индукции направлен на нас, а вектор скорости протона направлен вправо. Отогнутый на 90 градусов большой палец левой руки в плоскости рисунка указывает на юг.

Как видите, сила Лоренца направлена перпендикулярно к вектору скорости, поэтому она не будет менять его величину. Но она будет менять его направление. В данном случае сила Лоренца будет центростремительной силой, заставляющей протон двигаться по окружности.

Предположим, что нам нужно определить радиус этой окружности. Это нетрудно сделать, если применить пару фактов из области механики.

Вспомним второй закон Ньютона:

F=ma

В данном случае мы можем не учитывать направления векторных величин, а работать только с их модулями.

Единственная сила, которая будет действовать на протон, – это сила Лоренца. Она будет сообщать ему центростремительное ускорение, которое может быть найдено через квадрат скорости частицы и радиус окружности, по которой она вращается:

F_л=m×\dfrac{v^2}{R}

R=\dfrac{mv^2}{F_л}

Нам осталось посмотреть значение массы протона в справочных таблицах (m\approx{1.{-1}\,м=16\,см

Промежуточная аттестация по физике 11 класс

Пояснительная записка для промежуточной аттестации учащихся 11 класса по физике

Назначение работы: определение уровня и качества подготовки обучающихся 11 классов общеобразовательных учреждений по физике в рамках промежуточной аттестации.

Цель работы: оценка уровня освоения государственного образовательного стандарта по физике учащимися 11 класса. Оценить уровень освоения основных формируемых предметом видов деятельности при изучении данных разделов.

Характеристика структуры и содержания работы:

Выполнение контрольной работы рассчитано на 40 минут.

В работу включаются задания трех уровней сложности. Выполнение заданий базового уровня сложности позволяет оценить уровень освоения наиболее значимых содержательных элементов стандарта по физике основной школы за 11 класс и овладение наиболее важными видами деятельности. Каждое задание оценивается в 1 балл.

Критерии оценок:

Количество правильно выполненных заданий

отметка

0-6

2

7 -9

3

10 — 12

4

13 — 15

5

Коды правильных ответов

Вариант № 1

ответ

ответ

1

А

11

Б

2

Б

12

В

3

А

13

Б

4

А

14

В

5

Г

15

Б

6

Г

7

Б

8

Г

9

В

10

Г

Вариант № 2

ответ

ответ

1

В

11

В

2

Г

12

Б

3

Б

13

Г

4

А

14

А

5

А

15

Б

6

А

7

В

8

Г

9

А

10

А

Вариант 1

  1. Определите направление сил, действующих на проводник с током в магнитном поле (рис. 1).


Рис.1

А. вверх Б. вниз В. вправо Г. влево Д. определить невозможно

  1. Определите величину и направление силы Лоренца, действующей на протон в изображенном на рис. 2 случае. В = 80 мТл, v = 200 км/с.


Рис. 2

А. 5,12 * 104 Н, влево Б. 2,56*104Н, вниз В. 2,5*108 Н, вниз Г.2,56*104 Н, вверх Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. Какой из рисунков (рис. 3) соответствует случаю возникновения магнитного поля при возрастании напряженности электрического поля?



Рис. 3 1 2 3 4 5

А. 1 Б. 2 В. 3 Г. 4 Д. 5

  1. Проводник МN с длиной активной части 1 м и сопротивлением 2 Ом находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Проводник подключен к источнику с ЭДС 1 В (внутренним сопротивлением источника можно пренебречь). Какова сила тока в проводнике, если проводник покоится?

А. 0,5 А Б. 2 А В. 20 А Г. 0,2 А Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. На рис. 4 представлен график зависимости от времени координаты х тела, совершающего гармонические колебания вдоль оси Ох. Чему равен период колебаний тела?

Рис 4. х,м

0,2

0,1

0

-0,1

-0,2 t, с

А. 1 с. Б. 2 с. В. 3 с. Г. 4 с. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. Как изменится частота колебаний математического маятника, если его длину увеличить в 4 раза?

А. Не изменится. Б. Увеличится в 2 раза. В. Увеличится в 4 раза. Г. Уменьшится в 2 раза. Д. Уменьшится в 4 раза.

  1. Какие из перечисленных ниже волн являются поперечными: 1 – волны на поверхности воды, 2 – звуковые волны, 3 – радиоволны, 4 – ультразвуковые волны в жидкостях?

А. Только 1-ое. Б. 1 и 3. В. 2 и 4. Г. 1,2,3, и 4. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. На рис. 5 представлен профиль волны в определенный момент времени. Чему равна длина волны?


Рис. 5

А. 0,1 м. Б. 0,2 м. В. 2 м. Г. 4 м. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. Частота колебаний источника воны равна 0,2 с-1, скорость распространения волны 10 м/с. Чему равна длина волны?

А. 0,02 м. Б. 2 м. В. 50 м. Г. По условию задачи длину волны определить нельзя. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. В идеальном электрическом колебательном контуре емкость конденсатора 2 мкФ, а амплитуда напряжения на нем 10 В. В таком контуре максимальная энергия магнитного поля катушки равна:

А. 100 Дж. Б. 0,01 Дж. В. 10-3 Дж. Г. 10-4 Дж. Д. 20 Дж.

  1. Каким должен быть угол падения светового луча, чтобы отраженный луч составлял с падающим лучом угол 50˚?

А. 20˚. Б. 25˚. В. 40˚. Г. 50˚. Д. 100˚.

  1. При переходе луча из первой среды во вторую угол падения равен 60˚, а угол преломления 30˚. Чему равен относительный показатель преломления второй среды относительно первой?

А. 0,5. Б. √3/3 В. √3 Г. 2. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. Сколько протонов Z и сколько нейтронов N в ядре изотопа кислорода 178О?

А. Z = 8, N = 17. Б. Z = 8, N = 9. В. Z = 17, N = 8. Г. Z = 9, N = 8. Д. Z = 8, N = 8.

  1. Что такое альфа-излучение?

А. Поток электронов. Б. Поток протонов. В. Поток ядер атомов гелия. Г. Поток квантов электромагнитного излучения, испускаемых атомными ядрами. Д. Поток квантов электромагнитного излучения, испускаемых при торможении быстрых электронов веществе.

  1. В какой зоне Солнца происходят термоядерные реакции?

А. лучистая зона

Б. ядро В. зона конвеции.

Вариант 2

  1. О пределите направление сил, действующих на проводник с током в магнитном поле (рис. 1).

Рис.1

А. вверх Б. вниз В. вправо Г. влево Д. определить невозможно

  1. Определите величину и направление силы Ампера, действующей в изображенном на рис. 2 случае. В = 0,1 Тл, I = 20 А.

Рис. 2

А. 20 Н, от наблюдателя Б. 0,2 Н, на наблюдателя В. 20 Н, на наблюдателя. Г. 0,2 Н, от наблюдателя. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. Какой из рисунков (рис. 3) соответствует случаю возникновения магнитного поля при возрастании индукции магнитного поля?



А. 1 Б. 2 В. 3 Г. 4 Д. 5

  1. Проводник МN с длиной активной части 1 м и сопротивлением 2 Ом находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Проводник подключен к источнику с ЭДС 1 В (внутренним сопротивлением источника можно пренебречь). Какова сила тока в проводнике, если проводник движется вправо со скоростью 4 м/с?

А. 0,7 А Б. 3,8 А В. 0,71 А Г. 2,8 А Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. На рис. 4 представлен график зависимости от времени t скорости v тела, совершающего гармонические колебания вдоль оси Ох. Чему равна амплитуда колебаний скорости тела?


Рис. 4

А. 10 м/с. Б. 20 м/с. В. 3 м/с. Г. 6 м/с. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. Как изменится период колебаний математического маятника, если его длину уменьшить в 4 раза?

А.. Уменьшится в 2 раза Б. Уменьшится в 4 раза.. В. Не изменится Г. Увеличится в 2 раза. Д. Увеличится в 4 раза.

  1. Какие из перечисленных ниже волн являются продольными: 1 – волны на поверхности воды, 2 – звуковые волны в газах, 3 – радиоволны, 4 – ультразвуковые волны в жидкостях?

А. Только 1-ое. Б. 1 и 3. В. 2 и 4. Г. 1,2,3, и 4. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. Н а рис. 5 представлен профиль волны в определенный момент времени. Чему равна разность фаз колебаний в точках 0 и 4?

Рис. 5

А. 0. Б. π/2. В. π. Г. 2π. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. Длина волны равна 40 м, скорость распространения 20м/с. Чему равна частота колебаний источника?

А. 0,5 с-1 Б. 2 с-1. В. 800 с-1. Г. По условию задачи частоту определить нельзя. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. В электрическом колебательном контуре емкость конденсатора 1 мкФ, а индуктивность катушки 1 Гн. Если для свободных незатухающих колебаний в контуре амплитуда силы тока составляет 100 мА, то какой должна быть амплитуда напряжения на конденсаторе?

А. 100 В. Б. 10 В. В. 30 В. Г. 80 В. Д. 60 В.

  1. Как изменится угол между падающим и отраженным лучами света, если угол падения уменьшится на 10˚?

А. Уменьшится на 5˚. Б. Уменьшится на 10˚. В. Уменьшится на 20˚. Г. Не изменится. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. При некотором значении α угла падения луча света на границу раздела двух сред отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно n. Чему равно это отношение при увеличении угла падения в 2 раза?

А. n/2. Б. n. В. 2n. Г. √2. Д. Среди ответов А-Г нет правильного.

  1. Сколько протонов Z и сколько нейтронов N в ядре изотопа углерода 146С?

А. Z = 6, N = 14. Б. Z = 14, N = 6. В. Z = 6, N = 6. Г. Z = 6, N = 8. Д. N = 6, Z = 8.

  1. Что такое бета-излучение?

А. Поток электронов. Б. Поток протонов. В. Поток ядер атомов гелия. Г. Поток квантов электромагнитного излучения, испускаемых атомными ядрами. Д. Поток квантов электромагнитного излучения, испускаемых при торможении быстрых электронов веществе.

  1. Космические объекты, удаленные на миллиарды световых лет мощность излучения которых превышает мощность излучения галактик.

А. цефеиды

Б. квазары

В. белые карлики

Формула силы лоренца. Решение задач и упражнений по образцу

Похожие вопросы

  • Для молодших школярiв придбали всього 200 квиткiв: 74 квит.-в ляльковий театр. щосту частину решти-у цирк.а всi iншi- в кiнотеатр. Скiльки придбали в кiнотеатр,
  • спишите текст и продолжите его двумя-тремя предложениями. Жаркий летний день.В знойном воздухе разлита духота.Синее безоблачное небо подернуто легкой дымкой.
  • 1. Мяч упал с высоты 3м, отскочил от пола и был пойман на высоте 1м. Найти путь и перемещение мяча. 2. Скорость перемещения шагающего эскаватора во время работы равна 0,18 км/час. На какое расстояние передвинется эскаватор за 5 мин? 3. Расстояние между городами А и В рано 250 км. Одновременно из обоих городов навстречу друг другу выезжают две автомашины, одна со скоростью 60 км/час, другая 40 км/час. Через какое время они встретятся? 4. Движение материальной точки описывается уравнением x=-25+5t. Найти начальную координату точки величину и направление скорости, координату точки через 5 с. Начертите график зависимости координаты от времени. 5. Какое из тел не двигалось? Какое тело двигалось с меньшей скоростью? В одинаковом ли направлении двигались тела?
  • «Главные причины образования климата» Составьте схему.
  • Вместо многоточия необходимо вставить слово: 1) Believed to be an ancestor of domestic dog, the wolf is generated (1)… a highly intelligent animal. Wolves travel in packs and their territory can be anywhere (2)… 40 to 400 square miles. As well as marking the borders of their territory with scent, they (3)… other wolves know they are around by barking and howling. 2) A pack might (4)… of up to 30 wolves, although where (5)… food supply is limited there might only be six or seven animals in the pack. When hunting, they work together to chase an animal, block (6) … escape, and finally catch it. In (7) … way, they are (8) … to trap large animals, such as deer or moose. 3) If farm animals are available, they (9) … the wolves with an easy source of food. This, of course, brings then (10) … contact with humans. Poisoning and shooting have contributed (11)… the decline in wolf populations around the world. The red wolf is now almost extinct (12) … the wild, while the grey wolf has (13) … its habitat reduced to a few areas in Europe, North America and Asia. (14) … mani other large mammals, the wolf is increasingly (15) … threat from human activity.

Нидерландский физик X. А. Лоренц в конце XIX в. установил, что сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу, всегда перпендикулярна направле­нию движения частицы и силовым линиям магнитного поля, в котором эта частица движется. Направление силы Лоренца можно определить с помощью правила левой руки. Если расположить ладонь левой руки так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали на­правление движения заряда, а вектор магнитной индукции поля входил в отставленный большой палец укажет направление силы Лоренца, действующей на положительный заряд.

Если заряд частицы отрицательный, то сила Лоренца будет направлена в противоположную сторону.

Модуль силы Лоренца легко определяется из закона Ампера и составляет:

F = | q | vB sin? ,

где q — заряд частицы, v — скорость ее движения , ? — угол между векторами скорости и индукции магнитного поли.

Если кроме магнитного поля есть еще и электрическое поле , которое действует на заряд с силой , то полная сила, действующая на заряд, равна:

.

Часто именно эту силу называют силой Лоренца, а силу, выраженную формулой (F = | q | vB sin? ) называют магнитной частью силы Лоренца .

Поскольку сила Лоренца перпендикулярна направлению движения частицы, она не может изменить ее скорость (она не совершает работы), а может изменить лишь направление ее движения, т. е. искривить траекторию .

Такое искривление траектории электронов в кинескопе телевизо­ра легко наблюдать, если поднести к его экрану постоянный магнит — изображение исказится.

Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле. Пусть заряженная частица влетает со скоростью v в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям напряженности.

Сила, действующая со стороны магнитного поля на частицу, заставит ее равномерно вращаться по окружности радиусом r , который легко найти, воспользовавшись вторым законом Ньютона , выражением целеустремленного ускорения и формулой (F = | q | vB sin? ):

.

Отсюда получим

.

где m — масса частицы.

Применение силы Лоренца.

Действие магнитного поля на дви­жущиеся заряды применяется, например, в масс-спектрографах , позволяющих разделять заряженные частицы по их удельным за­рядам, т. е. по отношению заряда частицы к ее массе, и по полу­ченным результатам точно определять массы частиц.

Вакуумная камера прибора помещена в поле (вектор индукции перпендикулярен рисунку). Ускоренные электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы), описав дугу, попада­ют на фотопластину, где оставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории r . По этому радиусу опре­деляется удельный заряд иона. Зная заряд иона, легко вычислите его массу.

  • движение заряженной частицы в однородном магнитном поле;
  • применение силы Лоренца.
В зависимости от планирования материала на изучение этой темы можно отвести от 1 до 3 уроков, включая уроки решения задач.

Цели урока

Изучить движение заряженной частицы в однородном магнитном поле, отработать решение задач по теме «Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца».

Новый материал на данном уроке изучается в ходе одновременной работы учащихся с компьютерной моделью. Ответы на вопросы рабочего листа учащиеся должны получить, используя возможности данной модели.

№ п/п Этапы урока Время, мин Приемы и методы
1 Организационный момент 2
2 Повторение изученного материала по теме «Сила Лоренца» 10 Фронтальная беседа
3 Изучение нового материала с помощью компьютерной модели «Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле» 30 Работа с рабочим листом и моделью
4 Объяснение домашнего задания 3

Домашнее задание: § 6, № 849 (Сб. задач. 10–11 кл. А. П. Рымкевич – Москва Дрофа, 2001).

Рабочий лист к уроку

Примерные ответы
Модель «Движение заряда в магнитном поле»

ФИО, класс __________________________________________________

1.

при каких условиях частица движется по окружности?

Ответ: частица движется по окружности, если вектор скорости перпендикулярен вектору индукции магнитного поля.

2.

При условии, что частица двигается по окружности, выставьте максимальные значения скорости частицы и величины магнитной индукции поля. Чему равен радиус окружности, по которой движется частица?

Ответ: R = 22,76 см.

3.

Уменьшите скорость частицы в 2 раза. Магнитное поле не меняйте. Чему равен радиус окружности, по которой движется частица?

Ответ: R = 11,38 см.

4.

Уменьшите еще раз скорость частицы в 2 раза. Магнитное поле не меняйте. Чему равен радиус окружности, по которой движется частица?

Ответ: R = 5,69 см.

5.

Как зависит радиус окружности, по которой движется частица от величины вектора скорости частицы?

Ответ: радиус окружности, по которой движется частица, прямо пропорционален величине вектора скорости частицы.

6. Вновь установите максимальные значения скорости и величины магнитной индукции поля (частица двигается по окружности).
7.

Уменьшите величину магнитной индукции в 2 раза. Скорость частицы не меняйте. Чему равен радиус окружности, по которой движется частица?

Ответ: R = 45,51 см.

8.

Уменьшите величину магнитной индукции еще раз в 2 раза. Скорость частицы не меняйте. Чему равен радиус окружности, по которой движется частица?

Ответ: R = 91,03 см.

9.

Как зависит радиус окружности, по которой движется частица от величины магнитной индукции поля?

Ответ: радиус окружности, по которой движется частица, обратно пропорционален величине магнитной индукции поля.

10.

Используя формулу радиуса окружности, по которой движется заряженная частица в магнитном поле (в учебнике формула 1.6) вычислите удельный заряд частицы (отношение заряда частицы к его массе).


11.

Сравните удельный заряд частицы с удельным зарядом электрона. Сделайте вывод.

Ответ: полученный результат соответствует табличному значению удельного заряда электрона.

12.

Пользуясь правилом левой руки, определите знак заряда частицы в компьютерном эксперименте. Сделайте вывод.

Ответ: анализ траектории движения частицы по правилу левой руки позволяет сказать, что это отрицательно заряженная частица. Учитывая ранее полученный результат равенства удельных зарядов исследуемой частицы и электрона, можно сделать вывод о том, что частица, представленная в модели, является электроном.

13. Следующие эксперименты выполните при данном условии: υ x = 5∙10 7 м/с, υ z = 0 м/с, B = 2 мТл. 14.

Вычислите силу Лоренца, действующую на заряд.


15.

Вычислите ускорение, которое сообщает этому заряду данная сила (по второму закону Ньютона).

F Л = 1,6∙10 –14 Н,

m = 9,1∙10 –31 кг.

____________________

a – ?

Ответ: ускорение заряда равно 1,76∙10 16 м/с 2 .

16.

Вычислите радиус окружности, по которой движется частица, используя формулу центростремительного ускорения.

υ = 5∙10 7 м/с,

a = 1,76∙10 16 м/с 2 .

____________________

R – ?

1. Вычислите силу Лоренца, действующую на протон, движущийся со скоростью 106 м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,3 Тл перпендикулярно линиям индукции.
2. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник с током 30 А, длина активной части которого 10 см, действует сила 1,5 Н. Под каким углом к вектору магнитной индукции размещен проводник?
3. Какие из частиц электронного пучка
отклоняются на больший угол в одном и том же магнитном поле – быстрые или медленные? (почему?)
4. Ускоренный в электрическом поле разностью потенциалов 1,5 105 В протон влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно к линиям магнитной индукции и движется равномерно по окружности радиусом 0,6 м. Определите скорость протона, модуль вектора магнитной индукции и силу, с которой магнитное поле действует на протон.

Литература: —

Интернет ресурсы.

Тема № 10 Электромагнитные колебания.

Решение задач и упражнений по образцу.

Прочтите теоретический материал, выбрав один из источников, указанных в списке литературы.

Найти формулы для решения задач.

Записать «Дано» к условию задачи.

Задача 1. В колебательном контуре индуктивность катушки равна 0,2 Гн. Амплитуда силы тока 40 мА. Найдите энергию магнитного поля катушки и энергию электрического поля конденсатора в тот момент, когда мгновенное значение силы тока в 2 раза меньше амплитудного. Сопротивлением контура пренебречь.

Задача 2. Рамка площадью 400 см 2 имеет 100 витков. Она вращается в однородном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл, причём период вращения рамки равен 0,1с. Написать зависимость ЭДС от времени, возникающей в рамке, если ось вращения перпендикулярна к линиям магнитной индукции.

Задача 3.На первичную обмотку трансформатора подаётся напряжение220В. Какое напряжение можно снять со вторичной обмотки этого трансформатора, если коэффициент трансформации равен 10? Будет ли он потреблять энергию из сети, если его вторичная обмотка разомкнута?

Литература: — Г.Я. Мякишев Б.Б. Буховцев Физика. Учебник для 11 кл. – М., 2014.

Интернет ресурсы.

Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики – М. Высшая школа 1975.

Яворский Б.М. Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике – М.Наука, 1984.

Решение задач на расчет параметров колебательного контура.

Прочтите теоретический материал, выбрав один из источников, указанных в списке литературы.

Найти формулы для решения задач.

Записать «Дано» к условию задачи.

1. Какую необходимо взять емкость в колебательном контуре, чтобы при индуктивности 250 мГн можно было бы его настроить на звуковую частоту 500 Гц.

2. Найти индуктивность катушки, если амплитуда напряжения равна 160 В, амплитуда силы тока 10 А, а частота 50 Гц.

3. Конденсатор включен в цепь переменного тока стандартной частоты с напряжением 220В. Какова ёмкость конденсатора, если сила тока в цепи 2,5 А.

4. В одном ящике находится резистор, в другом конденсатор, в третьем – катушка индуктивности. Выводы подключены к наружным зажимам. Как, не открывая ящиков, узнать, что находится в каждом из них? (Даются источники постоянного и переменного напряжения одинаковой величины и лампочка.)

Литература: — Г.Я. Мякишев Б.Б. Буховцев Физика. Учебник для 11 кл. – М., 2014.

Интернет ресурсы.

Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики – М. Высшая школа 1975.

Яворский Б.М. Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике – М.Наука, 1984.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сила Лоренца – сила, действующая на точечную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.

Она равна произведению заряда, модуля скорости частицы, модуля вектора индукции магнитного поля и синуса угла между вектором магнитного поля и скоростью движения частицы.

Здесь – сила Лоренца, – заряд частицы, – модуль вектора индукции магнитного поля, – скорость частицы, – угол между вектором индукции магнитного поля и направления движения.

Единица измерения силы – Н (ньютон) .

Сила Лоренца — векторная величина. Сила Лоренца принимает своё наибольшее значение когда векторы индукции и направления скорости частицы перпендикулярны ().

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки:

Если вектор магнитной индукции входит в ладонь левой руки и четыре пальца вытянуты в сторону направления вектора движения тока, тогда отогнутый в сторону большой палец показывает направление силы Лоренца.

В однородном магнитном поле частица будет двигаться по окружности, при этом сила Лоренца будет центростремительной силой. Работа при этом не будет совершаться.

Примеры решения задач по теме «Сила Лоренца»

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание Под действием силы Лоренца частица массы m с зарядом q движется по окружности. Магнитное поле однородно, его напряжённость равна B. Найти центростремительное ускорение частицы.

Решение Вспомним формулу силы Лоренца:

Кроме того, по 2 закону Ньютона:

В данном случае сила Лоренца направлена к центру окружности и ускорение, ею создаваемое, направлено туда же, то есть это и есть центростремительное ускорение. Значит:

Магнитное поле Закон Ампера — Документ

Магнитное поле. Закон Ампера. Сила Лоренца

1: Выразить через основные единицы СИ, единицу вектора магнитной индукции.

А) Тл

B) кг·А·с-2

C) Н·А-1 м-1

D) кг·А-1·с-2

E) кг·м2·А-1·с-2

2: На рисунке показано направление силы с которой внешнее магнитное поле действует на данный проводник с током. Какое направление имеет это магнитное поле?

3: Какой физической величине соответствует выражение: ? Где: — плотность; g — ускорение; q — заряд; n — концентрация; B — вектор магнитной индукции.

А)  Силе тока.

B)  Скорости.

C)  Длине.

D)  Силе.

E)  Моменту силы.

4: вершинах квадрата перпендикулярно его плоскости расположены четыре проводника, по которым проходят одинаковые по величине токи. Как направлен вектор магнитной индукции в точке пересечения диагоналей?

А)  B = 0 B)  C)  D)  E) 

5: Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость силы Ампера от угла между направлением тока и вектором магнитной индукции?

А)  B)  C)  D)  E) 

6: Полупроводник Р-типа, по которому проходит ток, помещен в постоянное магнитное поле, линии магнитной индукции которого перпендикулярны направлению тока. Какое из нижеприведенных соотношений о потенциалах симметричных точек А и С справедливо?

А)  B) 

C)  D) 

E) 

7: Цилиндрический цинковый проводник площадь сечения которого 5мм2 находится в равновесии в однородном магнитном поле, индукция которого 14мТл. Определить силу тока в этом проводнике.

А)  175 А

B)  17,5 А

C)  25 А

D)  40 А

E)  4 А

8: Проводник длиной 20 см и током 2 А помещают в магнитное поле, индукция которого 50 мТл. Определить импульс проводника через 10 с после «включения» магнитного поля. (Направление тока и вектора магнитной индукции взаимно перпендикулярны).

А)  B)  C)  D) 

E)  нельзя определить, т.к. не задана масса.

9: На проводник длиной 60 см и током 2 А, находящимся в магнитном поле индукция которого 5 мТл действует сила 3 мН. Определить величину угла между направлением скорости частиц обуславливающих ток и вектором магнитной индукции.

А)  150°

B)  30°

C)  60°

D)  120°

E)  90°

10: Какой физической величине соответствует выражение: ? Где: R — радиус кривизны; q — величина заряда; B — величина вектора магнитной индукции; m — масса частицы.

А)  Импульсу.

B)  Скорости.

C)  Энергии.

D)  Периоду.

E)  Силе тока.

11: По проводнику длиной 1 м и массой 0,5 кг, находящемуся на горизонтальной плоскости с коэффициентом трения 0,1, течет ток силой 10 А. Данный проводник находится в магнитном поле, индукция которого равна 0,1 Тл. Какую внешнюю силу необходимо приложить в горизонтальном направлении, для того, чтобы проводник двигался равномерно по горизонтали вдоль линий магнитной индукции?

А)  1,5 Н

B)  0,5 Н

C)  0,4 Н

D)  0,6 Н

E)  нельзя определить.

12: Поток отрицательно заряженных частиц влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции. На рисунке показано направление силы, действующее на каждую из частиц и направление магнитного поля. Какое из нижеприведенных направлений соответствует направлению движения этих частиц?

А)  B)  C)  D)  E) 

13: В однородное поле влетают перпендикулярно линиям магнитной индукции протон, электрон и нейтрон. На приведенном рисунке показаны траектории их движения. Установить какой траектории соответствует какая частица.
\

А)  1- протону; 2 — электрону; 3 — нейтрону.

B)  1- протону; 2 — нейтрону; 3 — электрону.

C)  1 — нейтрону; 2 — электрону; 3 — протону.

D)  1- нейтрону; 2 — протону; 3 — электрону.

E)  1 — электрону; 2 — нейтрону; 3 — протону

14: Какие из нижеприведенных графиков отражают зависимость силы Лоренца от величины вектора магнитной индукции и от направления между вектором скорости и вектором магнитной индукции?

А)  I; III

B)  I; V

C)  II; V

D)  I; V

E)  II; IV

15: В каком из нижеприведенных приборов (устройств) используется разделение заряженных частиц плазмы, движущихся в магнитном поле?

А)  МГД — генераторе.

B)  Масс-спектрографе.

C)  Амперметре.

D)  Громкоговорителе.

E)  Электромагните.

16: Во сколько раз должно измениться значение вектора магнитной индукции, чтобы радиус окружности, по которой движется заряженная частица в магнитном поле, увеличился в четыре раза?

А)  Увеличился в 4 раза.

B)  Уменьшился в 4 раза.

C)  Увеличился в 2 раза.

D)  Уменьшился в 2 раза.

E)  Увеличился в 8 раз.

17: Какие из нижеприведенных утверждений справедливы?
I. При электролизе медного купороса в пространстве между электродами можно зафиксировать магнитное поле.
II. На влетающие в радиационный пояс Земли заряженные частицы действуют силы как со стороны электрического поля так и со стороны магнитного поля Земли.
III. На поток нейтронов движущихся перпендикулярно линиям магнитной индукции, действует сила Лоренца.
IV. Протон, влетающий по направлению линий магнитной индукции испытывает действие силы Лоренца.

А)  I; II

B)  I; III

C)  I; IV

D)  III;IV

E)  I; II; IV

18: Заряженная частица влетает в однородное магнитное поле и движется по окружности радиуса R. По какой из нижеприведенных формул можно определить импульс этой частицы?

А)  B)  C)  D)  E) 

19: Заряженная частица влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции. На сколько процентов изменится действующая на неё сила Лоренца, если скорость частицы уменьшится на 40 %, а вектор магнитной индукции возрастет на 140 %?

А)  Увеличится на 144 %.

B)  Уменьшится на 144 %.

C)  Увеличится на 56 %.

D)  Уменьшится на 56 %.

E)  Увеличится на 44 %.

20: Частица, обладающая зарядом q и массой m, пройдя ускоряющую разность потенциалов U, влетает в магнитное поле, перпендикулярно линиям магнитной индукции. Какая из нижеприведенных формул позволяет рассчитать радиус кривизны траектории этой частицы?

А)  B)  C)  D)  E) 

21: Какое из нижеприведенных утверждений не справедливо? Если частица, масса которой m и заряд q, влетает в магнитное поле с индукцией В, перпендикулярно силовым линиям, то её период обращения:
I. зависит от скорости движения этой частицы
II. прямо пропорционален массе этой частицы
III. прямо пропорционален величине заряда этой частицы
IV. обратно пропорционален численному значению вектора магнитной индукции
V. обратно пропорционален скорости движения этой частицы.

А)  I, III

B)  II, IV, V

C)  I, III, V

D)  II, IV

E)  I, III, IV.

22: Положительно заряженная частица влетает в область магнитного поля перпендикулярно линиям магнитной индукции. При этом вектор магнитной индукции этого поля начинает возрастать по линейному закон. Какой из нижеприведенных рисунков наиболее точно описывает вид траектории этой частицы?

А)  B)  C)  D)  E) 

23: Двухвалентный ион влетает в магнитное поле индукцией 2 Тл со скоростью 1,6 мм/с и движется по окружности радиуса 20 см. Определить массу этого иона.

А)  0,4 · 10-25 кг.

B)  0,8 · 10-25 кг.

C)  0,4 · 10-26 кг.

D)  0,8 · 10-26 кг.

E)  0,4 · 10-20 кг.

24: На рисунке показано направление внешнего магнитного поля и силы с которой это поле действует на проводник с током. Какое из нижеприведенных направлений соответствует направлению тока в проводнике?

А)  B)  C)  D)  E) 

1: Какие из нижеприведенных утверждений справедливы? Если заряженная частица влетает в однородное магнитное поле:

I. перпендикулярно линиям магнитной индукции, то траектория движения — окружность.

II. перпендикулярно линиям магнитной индукции, то траектория движения — спираль.

III. под углом к линиям магнитной индукции, то траектория движения — окружность.

IV. под углом к линиям магнитной индукции, то траектория движения — спираль.

V. под углом к линиям магнитной индукции, то траектория — прямая линия.

А)  II; IV

B)  II; V

C)  I; IV

D) I; III

E) I; V

2: Проводник массой 20 г и длиной 1 м находится на горизонтальной поверхности, которая помещена в однородное горизонтально направленное магнитное поле с индукцией 20 мТл (см. рис.). Какой ток и какого направления необходимо пропускать через проводник, чтобы сила давления его о стол увеличилась вдвое?

А)  B)  C) 

D)  E) 

3: Два бесконечно длинных параллельных проводника, по которым проходят токи, расположены перпендикулярно плоскости рисунка. Максимальное значение результирующего вектора магнитной индукции находится посередине между ними и направлено так, как показано на рисунке. определить направление токов в этих проводниках и сравнить их значения
А)  B)  C)  D)  E) 

4: Определить значение вектора магнитной индукции магнитного поля, в котором для перемещения проводника со скоростью 10 см/с затрачивается мощность 0,4 мВт. Длина проводника 20 см, сила тока в нем 5 А, направление поля и тока образует угол 30°.

А)  8 Тл

B)  4 Тл

C)  0,8 Тл

D)  4 мТл

E)  8 мТл

5: По двум проводникам, изображенным на рисунке проходят одинаковые токи. В каком направлении начнет двигаться второй проводник в магнитном поле первого проводника? (Силой трения и силой тяжести пренебречь)

А)  B)  C)  D)  E) 

6: Полупроводник обладающий собственной проводимостью, помещен в однородное магнитное поле (см. рис.). Определить знаки потенциалов в точках С и D, если по полупроводнику проходит ток I.

А) 

B) 

C) 

D) 

E) 

7: Заряженная частица влетела в магнитное поле, которое изменяется с течением времени так, как показано на рисунке. Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость действующей на неё силы от времени?

А)  B)  C)  D)  E) 

8: Ион, удельный заряд которого равен 1000 Кл/кг, влетает в область постоянного магнитного поля, индукция которого 0,628 Тл. Каково будет направление вектора скорости иона через промежуток времени 5 мс, от момента вхождения в магнитное поле? ( = 3,14)

А)  B)  C)  D)  E) 

9: Электроны в количестве 54 миллионов двигаются по окружности в однородном магнитном поле, образуя ток 0,256 мА. Определите значение вектора магнитной индукции этого поля.

А)  0,2 мТл

B)  2 мТл

C)  0,01 мТл

D)  0,1 мТл

E)  1 мТл

10: На гладкой горизонтальной плоскости находится цилиндрический проводник, плотность материала которого 2000 кг/м3. При пропускании по нему тока, плотность которого 1,5 А/мм2, и включении вертикального магнитного поля он начинает двигаться с ускорением 3 м/с2. Определите величину вектора магнитной индукции.

А)  2,25 мТл.

B)  22,5 мТл.

C)  4·109 Тл.

D)  4 Тл.

E)  4 мТл.

11: Проводник длиной 0,4 м, по которому проходит ток 1 А, под действием внешней силы пересекает однородное магнитное поле с индукцией 0,5 Тл. Определить работу силы Ампера. (Границы магнитного поля указаны на рисунке).

А)  -1 Дж

B)  1 Дж

C)  -2 Дж

D)  2 Дж

E)  0,8 Дж

12: Заряженная частица влетает в магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции. Какой из нижеприведенных графиков соответствует зависимости радиуса кривизны её траектории от времени, если её заряд изменяется с течением времени по закону: q = q0 — t?

А)  B)  C)  D)  E) 

13: Заряженная частица массой m влетает в магнитное поле индукция которого В и движется по окружности. Какие из нижеприведенных графиков отражают зависимость частоты обращения этой частицы от её массы и значения магнитной индукции данного поля?

А)  I, IV

B)  II, V

C)  III, VI

D)  III, IV

E)  II, V.

14: Проводник массой 400 г длиной 10 см, по которому проходит ток 10А, находится в магнитном поле индукция которого 2 Тл. Определить массу груза прикрепленного к правому концу невесомого рычага, чтобы он находился в равновесии. Точка опоры делит рычаг в отношении 1:4.

А)  0,05 г.

B)  50 г.

C)  0,15 г.

D)  15 г.

E)  30 г.

15: Между пластинами плоского конденсатора перпендикулярно линиям напряженности существует магнитное поле с индукцией 2 мТл. Определить заряд этого конденсатора, если влетающий между пластинами конденсатора электрон со скоростью 2 мм/с двигается прямолинейно. (Площадь одной пластины конденсатора 5 см2).

А)  35,2 Кл

B)  17,6 Кл

C)  8,8 Кл

D)  3,52 Кл

E)  1,76 Кл

16: По проводнику который находится в однородном магнитном поле проходит ток, который изменяется так, как показано на рисунке. Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость проекции скорости этого проводника от времени? (При t = 0, V = 0).

А) B) C) D) E) 

№1: Через проводник массой которого можно пренебречь, проходит ток, который изменяется так, как показано на рисунке. Проводник помещают в магнитное поле линии индукции которого перпендикулярны току. По какому закону должна изменяться сила, при действии которой проводник будет находиться в равновесии. (При t = 0 F = 5H).

А)  F = 2t H

B)  F = 6t H

C)  F = 4t H

D)  F = (5+4t) H

E)  F = (5+2t) H

2: Под действием силы Ампера проводник с током 2 А и длиной 50 см перемещается в неоднородном магнитном поле, которое изменяется в направлении перемещения так, как показано на рисунке. Определить работу силы Ампера при перемещении из точки с координатой 5 см в точку с координатой 10 см. (Направление тока и перемещения образуют угол 90°).

А)  75 Дж.

B)  7,5 мДж.

C)  0,75 мДж.

D)  0,5 мДж.

E)  5 мДж.

3: По проводнику, который находится в однородном магнитном поле проходит ток, который изменяется так, как показано на рисунке. Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость проекции перемещения этого проводника от времени?

А)  B)  C)  D)  E) 

4: В однородное магнитное поле влетают две одинаковые заряженные частицы с одинаковыми по модулю скоростями, но образующие разные углы с линиями магнитной индукции (1 2). Какое из нижеприведенных утверждений о параметрах, характеризующих траектории движений этих частиц справедливо?

А)  Радиус и шаг спирали траектории движения первой частицы больше чем у второй.

B)  Радиус и шаг спирали траектории движения первой частицы меньше чем у второй.

C)  Радиус спирали траектории первой частицы больше чем у второй, а шаг спирали меньше.

D)  Радиус спирали траектории первой частицы меньше чем у второй, а шаг спирали больше.

E)  Траектории обеих частиц характеризуются одинаковыми параметрами.

5: Проводник длиной l и током I пересекает под действием силы F область пространства в которой существует однородное магнитное поле с индукцией В (см.рис.). Величина силы F изменяется таким образом, что ускорение данного проводника всё время остается постоянным. Определить, какой из нижеприведенных графиков, наиболее точно отражает зависимость силы Ампера от времени.

А)  B)  C)  D)  E) 

6: В пространстве созданы однородные электрические и магнитные поля (см. рис.). Какая из нижеприведенных траекторий наиболее точно соответствует движению электрона, влетевшего перпендикулярно силовым линиям?

А)  B)  C) 

D)  E) 

7: Электрон влетает в магнитное поле под углом 30° к линии магнитной индукции и двигается по спирали радиусом 0,5 см. Определить перемещение электрона вдоль линий магнитной индукции за три полных оборота.

А)  0,153 м

B)  1,53 м

C)  0,53 м

D)  0,051 м

E)  Нельзя определить, т.к. не указано значение скорости и вектора магнитной индукции.

1) увеличится в 2 раза 2) уменьшится в 4 раза 3) не изменится 4) уменьшится в 2 раза

Отложенные задания (23)

Отложенные задания (23) Виток провода находится в магнитном поле, перпендикулярном плоскости витка, и своими концами замкнут на амперметр. Магнитная индукция поля меняется с течением времени согласно графику

Подробнее

Магнитное поле. Тест 1

Магнитное поле. Тест 1 1. Магнитное поле: чем создается, чем обнаруживается. 1.1 Магнитное поле создается (выберите правильные варианты ответа): 1) заряженными частицами 2)!!! постоянными магнитами 3)!!!

Подробнее

Задания А13 по физике

Задания А13 по физике 1. Прямой тонкий провод длиной 1,5 м находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,4 Тл. По проводу течет постоянный электрический ток силой 5 А. Чему может быть равна по модулю

Подробнее

/10. 1) к нам 2) от нас 3) вверх 4) вниз

Направление магнитного поля 1. По двум тонким прямым проводникам, параллельным друг другу, текут одинаковые токи I (см. рисунок). Как направлен вектор индукции создаваемого ими магнитного поля в точке

Подробнее

Решение задач по теме «Магнетизм»

Решение задач по теме «Магнетизм» Магнитное поле- это особая форма материи, которая возникает вокруг любой заряженной движущейся частицы. Электрический ток- это упорядоченное движение заряженных частиц

Подробнее

2,5 2,5. a x, м/с 2 2,5

Часть 1 Ответами к заданиям 1 4 являются цифра, число или последовательность цифр. Запишите ответ в поле ответа в тексте работы, а затем перенесите в БЛАНК ОТВЕТОВ 1 справа от номера соответствующего задания,

Подробнее

9 класс Тесты для самоконтроля ТСК

ТСК 9.3.21 1.Выберите верное(-ые) утверждение(-я). А: магнитные линии замкнуты Б: магнитные линии гуще располагаются в тех областях, где магнитное поле сильнее В: направление силовых линий совпадает с

Подробнее

Решение задач ЕГЭ части С: Магнетизм

С1.1. Рамку с постоянным током удерживают неподвижно в поле полосового магнита (см. рисунок). Полярность подключения источника тока к выводам рамки показана на рисунке. Как будет двигаться рамка на неподвижной

Подробнее

Задание 1. Ответ: 31.

Задание 1. Установите соответствие между физическими величинами, описывающими протекание постоянного тока через резистор, и формулами для их расчёта. В формулах использованы обозначения: R сопротивление

Подробнее

Движение зарядов и токов в магнитном поле

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) Кафедра физики Утверждаю Зав. каф. Физики Е.М. Окс 2012г. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ Часть 2 Движение

Подробнее

Отложенные задания (25)

Отложенные задания (25) В области пространства, где находится частица с массой 1 мг и зарядом 2 10 11 Кл, создано однородное горизонтальное электрическое поле. Какова напряжённость этого поля, если из

Подробнее

Вариант 1 Часть

Вариант 1 При выполнении заданий части 1 запишите номер выполняемого задания, а затем номер выбранного ответа или ответ. Единицы физических величин писать не нужно. 1. По проводнику течѐт постоянный электрический

Подробнее

Отложенные задания (40)

Отложенные задания (40) На рисунках изображены постоянные магниты с указанием линий магнитной индукции полей, создаваемых ими, и магнитные стрелки. На каком из рисунков правильно изображено положение магнитной

Подробнее

1) к нам 2) от нас 3) вверх 4) вниз

Направление магнитного поля 1. По двум тонким прямым проводникам, параллельным друг другу, текут одинаковые токи I (см. рисунок). Как направлен вектор индукции создаваемого ими магнитного поля в точке

Подробнее

Ответ: 35. Ответ: 21.

Задачи по теме «Электродинамика» (тексты Демидовой М.Ю. ЕГЭ-2017) Вариант 1 Задание 14. Пять одинаковых резисторов с сопротивлением 1 Ом соединены в электрическую цепь, через которую течёт ток I = 2 А

Подробнее

Электричество и магнетизм

Электричество и магнетизм Электростатическое поле в вакууме Задание 1 Относительно статических электрических полей справедливы утверждения: 1) поток вектора напряженности электростатического поля сквозь

Подробнее

Вариант 1 I 3 I 1 I 2 I 4

Вариант 1 1. В некоторой системе отсчета электрические заряды q 1 и q 2 неподвижны. Наблюдатель А находится в покое, а наблюдатель В движется с постоянной скоростью. Одинакова ли по величине сила взаимодействия

Подробнее

ФИЗИКА ЗАДАЧИ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ОКР 2

ФИЗИКА ЗАДАЧИ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ОКР 2 1.1. По мере удаления от заряда напряженность поля, создаваемого им, А) усиливается; В) не изменяется; Б) ослабевает; Г) однозначного ответа нет. 1.2. Движение каких

Подробнее

Постоянные магниты. Магнитное поле

КОНТРОЛЬ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ 1 ВАРИАНТ 1 Постоянные магниты. Магнитное поле 1 На рис. 1 показано взаимодействие двух полосовых магнитов. Укажите неизвестные полюса магнитов. 2 Отметьте один правильный

Подробнее

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ И манит за собой Загадочный магнит… Д. Долинин 5. МАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Fa = BII sina, = qvb sina УСТНАЯ РАЗМИНКА 5.1. На какие частицы или тела действует электрическое

Подробнее

Сила Лоренца и сила Ампера

Вариант 1. 1. С какой силой действует магнитное поле индукцией 1Тл на отрезок прямого провода длиной 2м, расположенного перпендикулярно линиям индукции, если по проводу течет ток 1кА? (2кН) 2. Рамка гальванометра

Подробнее

ЗАДАНИЙ ЧАСТЬ «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ».

ФИЗИКА 11.1 класс. Профиль. БАНК ЗАДАНИЙ ЧАСТЬ 2 «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ». 1. Подберите наиболее правильное продолжение фразы «Магнитные поля создаются…»: A. атомами железа. Б. электрическими зарядами. B. магнитными

Подробнее

11 класс. 1 полугодие

Обязательный минимум по предмету физика 11 класс 1 полугодие Основные понятия: Магнитное поле. Взаимодействие токов. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Ампера. Сила Лоренца. Электромагнитная

Подробнее

Вариант Задание 1

Параграфы 88-93 повторить выполнить упражнение 12. Выполнить тест Вариант 3679536 1. Задание 1 На рисунке изображены графики зависимости модуля скорости движения четырёх автомобилей от времени. Один из

Подробнее

Часть А. n n A A 3) A

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Кириллов А.М., учитель гимназии 44 г. Сочи (http://kirilladrey7.arod.ru/) Данная подборка тестов сделана на основе учебного пособия «Веретельник В.И., Сивов Ю.А., Толмачева Н.Д., Хоружий

Подробнее

Магнитное поле токов

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Магнитное поле токов В основе учения о магнитном поле лежат два экспериментальных наблюдения: 1) магнитное поле действует на движущиеся заряды; ) магнитное поле

Подробнее

Задачи. Принцип суперпозиции.

Задачи. Принцип суперпозиции. 1. В вершинах квадрата находятся одинаковые заряды Q = 0, 3 нкл каждый. Какой отрицательный заряд Q x нужно поместить в центре квадрата, чтобы сила взаимного отталкивания

Подробнее

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 ВАРИАНТ 1

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 ВАРИАНТ 1 1. Три источника тока с ЭДС ξ 1 = 1,8 В, ξ 2 = 1,4 В, ξ 3 = 1,1 В соединены накоротко одноименными полюсами. Внутреннее сопротивление первого источника r 1 = 0,4 Ом, второго

Подробнее

1) F OC 2) 0 3) F DC 4) F AC

ФИЗИК, класс Вариант, Октябрь ФИЗИК, класс Вариант, Октябрь Краевая диагностическая работа по ФИЗИКЕ ВРИНТ 4. На рисунке схематически изображено бревно, прислонённое к стене. Каков момент силы тяжести,

Подробнее

Электромагнитная индукция

И. В. Яковлев Материалы по физике MthUs.ru Электромагнитная индукция Задача 1. Проволочное кольцо радиусом r находится в однородном магнитном поле, линии которого перпендикулярны плоскости кольца. Индукция

Подробнее

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 3 МАГНЕТИЗМ

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 3 МАГНЕТИЗМ 1-1. Определить величину индукции магнитного поля, создаваемого горизонтальным отрезком проводника длиной l = 10 см с током i = 10 А в точке над ним на высоте 5 м. Найти

Подробнее

Электромагнитная индукция

И. В. Яковлев Материалы по физике MthUs.ru Электромагнитная индукция Задача 1. Проволочное кольцо радиусом r находится в однородном магнитном поле, линии которого перпендикулярны плоскости кольца. Индукция

Подробнее

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 2.

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ. Вариант 1 1. Два параллельных бесконечно длинных провода, по которым в одном направлении текут токи силой 60 А, расположены на расстоянии 10 см друг от друга. Определите магнитную

Подробнее

Тема 9. Электромагнетизм

1 Тема 9. Электромагнетизм 01. Магнитное поле создается постоянными магнитами и движущимися зарядами (токами) и изображается с помощью силовых линий линий вектора магнитной индукции. Рис. 9.1 Силовые линии

Подробнее

ПОДГОТОВКА к ОГЭ ЧАСТЬ 1

ПОДГОТОВКА к ОГЭ ЧАСТЬ 1 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 1.Внутри катушки, соединенной с гальванометром, находится малая катушка, подключенная к источнику постоянного тока. В каком из перечисленных опытов гальванометр

Подробнее

1. Взаимодействие постоянных магнитов

Глава I. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 1. Магнитные взаимодействия. Магнитное поле 1. Взаимодействие постоянных магнитов Вспомним свойства постоянных магнитов, знакомые вам из курса физики основной школы. 1. На рисунке

Подробнее

Банк заданий по физике 11 класс

Банк заданий по физике 11 класс ЭЛЕКТРОДИНМИК Электрическое поле 1 Во сколько раз уменьшится энергия электростатического поля конденсатора, если напряжение на его окладках уменьшить в 2,5 раза? 2 Два неподвижных

Подробнее

(б) В каком направлении действует сила Лоренца на частицу? отметка) Какие силы действуют в вертикальном направлении? Метки) Какие силы действуют при горизонтальном погружении? (3 балла_

Стенограмма видеозаписи

для этого вопроса, мы рассмотрим рисунок p 19.2. Мы будем считать, что часть А — это возможно заряженная частица, движущаяся 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 не будет со страницы. И, наконец, f исчез со страницы. Итак, это будет на странице. Это решения вопроса

Протон проходит через однородные магнитные и электрические поля.Магнитное поле отрицательное

Магнитная сила, действующая на протон, определяется следующим образом:

F = qv × B

F — вектор магнитной силы

q — заряд

v — вектор скорости

B — вектор магнитного поля

F — это перекрестное произведение qv и B, и правило правой руки можно использовать для легкого определения направления F. Один из способов использования правила правой руки:

  • Направьте большой палец в направлении of v
  • Укажите другие пальцы в направлении B
  • Ладонь будет обращена в направлении F

точки v в направлении + y и точки B в направлении -x, поэтому F указывает в направлении + z направление .Поскольку v перпендикулярно B, величина F определяется как:

| F | = q (| v |) (| B |)

Заданные значения:

q = 1,60 × 10⁻¹⁹C

| v | = 2790 м / с

| B | = 3,21 × 10⁻³T

| F | = 1,60 × 10⁻¹⁹ (2790) (3,21 × 10⁻³)

| F | = 1.43 × 10⁻¹⁸N

У нас также есть E-поле, действующее на протон. Величина электрической силы, действующей на протон, составляет:

| F | = q (| E |)

| F | — величина электрической силы, q — заряд, а | E | — величина поля E.

Для каждого случая используйте q = 1,60 × 10⁻¹⁹C для вычисления | F |

а) E направлено в + z и | E | = 5,97 В / м, поэтому F будет указывать на + z с величиной | F | = 9,55 × 10⁻¹⁹N. Электрическая сила направлена ​​в том же направлении, что и магнитная сила, поэтому величина результирующей силы является просто суммой их величин, 2,39 × 10⁻¹⁸N .

б) E направлено в -z и | E | = 5,97 В / м, поэтому F будет указывать на -z с величиной | F | = 9,55 × 10⁻¹⁹N. Электрическая сила направлена ​​в направлении, противоположном магнитной силе, поэтому величина результирующей силы равна разнице их величин, 4.{2})

= 1.72 × 10⁻¹⁸N

Набор задач — Магнитные поля и силы

Обзор — Магнитные поля и силы

1.

Учитывая, что магнитная сила F м на положительно заряженная частица с зарядом q, путешествующая с скорость v в магнитном поле B составляет F м = q ( v x B ), где единицей B является Тесла (T) найдите Тесла в следующих единицах: N, C, m и s или N, A и m.

2.

Магнитная сила F м на заряде q, движущемся со скоростью v в магнитном поле B задается как F m = q ( v х B ).Какие из следующих утверждений всегда правда? (a) F м всегда перпендикулярно против . (b) v всегда перпендикулярно B . (c) F м всегда перпендикулярно B .

3.

А однородное магнитное поле В , с величина B = 1.2 x 10 -3 T, указывает вертикально вверх по всему объему лабораторной камеры. Протон с скорость v = 3,2 x 10 7 м / с входит в лабораторию движется горизонтально с юга на север. Найдите а) величину и (б) направление магнитной силы на протон.

4.

Протон движется в однородной магнитной поле B со скоростью 10 7 м / с и опыты ускорение 2 x 10 13 м / с 2 дюйм + X-направление, когда его скорость находится в + Z-направлении. Определите величину и направление магнитного поля. для которых величина поля минимальна.

5.

Электрон движется со скоростью v = 2. x 10 7 м / с через магнитное поле B = 0,080 Н-с / К-м. (а) Каковы наибольшие и наименьшие силы магнитное поле может воздействовать на электрон? (б) Если ускорение электрона равно 1.41 x 10 17 м / с 2 , какой угол составляет скорость с магнитным полем? Электрон имеет массу m = 9,1 x 10 -31 кг и его заряд е = 1,6 х 10 -19 кл.

6.

Частица заряда q = 10 -6 Кл движется вправо со скоростью v = 10 3 м / с в магнитное поле B = 2 Н · с / К · м, которое составляет угол 30 o с v .Найдите величину силы на заряженном частица.

7.

Электрон движется со скоростью v попадает в постоянное магнитное поле. Через что пройдет его путь поле выглядит так, если оно входит (а) параллельно полю направление? б) перпендикулярно направлению поля? (c) под каким-то другим углом к ​​направлению поля? (d) в котором из вышеперечисленных случаев электрон будет ускоряться?

8.

Две заряженные частицы с одинаковой массой и заряд q движутся по круговым траекториям в магнитном поле B что перпендикулярно их скоростям. Если частица A имеет скорость v A и частица B имеет скорость v B , сравните время, за которое частицы совершают один полный оборот.

9.

Одиночные ионизированные атомы неона (атомы неона потерявшие один электрон) входят в однородное магнитное поле В . Все атомы имеют одинаковую скорость v , которая перпендикулярна B . Радиус круговой путь атомов с массой m 1 составляет 20 см, а для у тех с массой m 2 это 22 см.Какое соотношение м 2 м 1 ?

10.

В космической лаборатории объект массы. m = 10 -3 кг и заряд q = 2 x 10 -5 C движется по круговой орбите радиуса r = 10 2 м. о фиксированном заряде Q = -10 -4 Кл.Есть униформа магнитное поле B = 4 Н · с / К · м вниз в плоскость орбиты. Найдите а) величину и направление электрической силы действующее на объект массой m, (б) магнитная сила, действующая на объект с точки зрения его скорости v, (c) направление движения магнитная сила, если (i) объект движется по часовой стрелке направление, когда вы смотрите вниз на орбиту, и (ii) если объект движется в обратном направлении.(d) Используйте секунду Ньютона закон движения, чтобы определить, для какой скорости v объект будет двигаться по кругу радиусом 10 2 м. Ваше решение приведет вас к квадратному уравнению. Ваши знания физики позволит вам интерпретировать решения.

11.

Частица с массой m = 2,0 x 10 -12 кг скорость v = 10 6 м / с и заряд
q = 10 -6 C входит в область 1 между параллельные пластины, где есть электрическое поле E = 10 6 N / C. Найдите а) направление и величину магнитного поле B перпендикулярно скорости частицы в области 1, который позволяет частице проходить через область 1 без отклонение, (б) направление отклонения частицы с B, как указано в (a), если его скорость (i) 5 x 10 5 м / с и (ii) 5 x 10 6 м / с.Теперь частица входит в область 2, где нет электрического поля, но есть магнитное поле B ’ = 2,0 T перпендикулярно v . Величина v снова 10 6 м / с. (c) Какое направление B ’ заставить частицу двигаться по круговой траектории против часовой стрелки? (г) Каков радиус круга?

12.

В определенной области пространства есть магнитное поле B, но не электрическое. Частица заряда +10 -6 C, перемещение вправо на v 1 = 500 м / с, испытывает силу F 1 , направлено из бумаги, величина 3,0 x 10 -3 N (Инжир.2а ниже). Та же частица движется в бумагу на v 2 = 500 м / с испытывает силу F 2 в плоскости бумаги (рис. 2б ниже). Найдите а) величину и направление B . (б) звездная величина F 2 и (c) величина и направление F 3 на частицу, если она движется со скоростью v 3 = 10 3 м / с, как показано на рис.2c ниже. (d) Если частица имеет массу m = 10 -8 кг, где — центр круговой орбиты для скорости на рис. 2б? Для этого рисунок описывает плоскость, в которой он движется.

13.

Две гладкие токопроводящие рейки на расстоянии L = 2.На расстоянии 0 м образуют угол 22,5 o
с горизонтом. Пруток массой 1,2 кг опирается на рельсы, как показано на рис. 3 ниже. Есть униформа магнитное поле по вертикали вверх, равное
0,50 Н · с / См · м. Батарея подключена, чтобы вызвать ток I протекать через стержень, как показано. (а) Изобразите вид сбоку полоску и укажите причину и направление каждой силы что действует на это.Трения нет, но не забывайте о гравитации. б) Какой ток я позволю стержню оставаться в покое?

14.

Провод, по которому течет ток, находится в направлении север-юг. направление. Северный полюс стрелки компаса помещен выше проволока отклонена на запад.В каком направлении тока в проводе?

15.

На рисунке 4 ниже показан провод, несущий ток на страницу. Нарисуйте линию магнитного поля из-за к токоведущему проводу. Какое направление магнитное поле при P 1 ? в P 2 ?

16.

Магнитное поле B из-за очень длительного провод, по которому течет ток I, на расстоянии r от провода 0,50 Тл. Найти магнитное поле, обусловленное длинным проводом. если (а) I удваивается и r уменьшается вдвое или (b) I уменьшается вдвое и r удваивается.

17.

На рисунке 5 ниже представлены два провода, несущие токи в страницу. а) Какова величина магнитного поле в точке P 1 , которая находится на полпути между провода, если по обоим проводам идет ток I. (b) В каком направлении и величина магнитного поля при P 2 . (c) Если протон выходит из бумаги в точке P 2 параллельно к токоведущим проводам, какое направление на него была применена сила?

18.

Два очень длинных провода, по которым проходит ток I на 3,0 А вне страницы находятся в двух углах равносторонний треугольник, как показано на рис. 6 ниже. Стороны треугольника имеют длину 1,0 м. Найдите направление и величину магнитного поля в точке P, третьем углу треугольника.

19.

Два параллельных провода, по которым течет ток в одном направлении притягивают друг друга. Опишите этот экспериментальный результат как взаимодействие между полем из-за одного провода и движение зарядов в другом проводе.

20.

На рис. 7 ниже очень длинная прямая по проводу проходит ток I = 10 А, а по прямоугольной петле — ток I ’= 20 А. Найдите величину и направление силы на петле. а = 0,01 м, б = 0,03 м, L = 0,03 м.

21.

Прямоугольная петля на рис. 8 имеет длина 0,25 м и ширина 0,20 м. Он навешивается на ось y и вращается вокруг этой оси. Плоскость катушки составляет угол 30 o с осью X. Катушка несет ток I = 1,0 A и находится в магнитном поле B = 0,5 Н / А-м. Найдите крутящий момент на петле.

22.

Если ток в круговой петле равен в направлении против часовой стрелки, когда вы смотрите на него, каков направление магнитного поля из-за токопроводящего петля по своей оси?

23.

Электрон движется со скоростью v по оси токоведущей петли. Что случится к электрону?

24.

Длинный соленоид с 1000 оборотов на метр несет ток 0.20 А. Вид справа конец соленоида, ток в катушках соленоида против часовой стрелки. (а) Найдите направление и величину магнитного поля за счет соленоида. Ток 6.0 А существует в длинном прямом проводе вдоль оси соленоида, с направлением тока влево. (б) Найти в какое радиальное расстояние является направлением результирующего магнитного поле из-за соленоида и длинного прямого провода находится на угол 45 o к осевому направлению соленоида.

25.

Я описываю тороид как изогнутый соленоид в форме пончика. Для тороида с внутренним радиусом a и внешний радиус b, найти магнитное поле тороида, который несет ток I, для (a) r ≤ a, (б) a ≤ r ≤ b, и (c) r ≥ b.

26.

В обзоре электрических полей я прокомментировал, что есть две проблемы, связанные с электрическим поля: (а) учитывая распределение зарядов, найдите электрическую поля из-за них и (б) учитывая электрическое поле, найти сила, действующая на заряженную частицу q в этом поле.Пожалуйста, сделай аналогичный анализ для магнитных полей.

Магнитные силы

  1. Электрон движется со скоростью 6 x 10 7 м / с на расстоянии 50 мм от длинного прямого провода, по которому проходит ток 40 А. Найдите величину и направление силы, действующей на электрон. когда он движется параллельно проводу (а) в том же направлении, что и ток и (б) в противоположном направлении направление к течению.
  2. B провод = (µ 0 I) / (2πr)

    Направление находится на под прямым углом к ​​движению заряда.

    F = q v B провод = (q v µ 0 I) / (2π r) = (1,6 x 10 -19 х 6 х 10 7 х 4π х 10 -7 х 40) / (2π х 5 х10 -2 ) = 1,5 x 10 -15 N

    Звездная величина в (а) и (б) одинаковы.

    Направления: (а) от проволоки, (б) в сторону проволоки.

  3. Заряд +2.0 x 10 -6 C движется на 1,0 x 10 3 м / с на расстоянии 120 мм от прямой провод с током 4 А. Найдите величину и направление сила на заряд, когда он движется перпендикулярно проводу (а) по направлению к проводу и (б) от провод.
  4. B провод = (µ 0 I) / (2π г)

    Направление находится на под прямым углом к ​​движению заряда.

    F = q v B провод = (q v µ 0 I) / (2πr) = (2.0 х 10 -6 х 10 3 х 4π х 10 -7 х 4) / (2π х 0,12) = 1,3 х 10 -8

    Звездная величина в (а) и (б) одинаковы.

    Направления: (а) против течения, (б) то же направление как текущее.

  5. Проволока горизонтальная длиной 600 мм массой 4 г. должен поддерживаться магнитом против силы сила тяжести. Ток в проводе составляет 12 А и идет с юга на север. Найдите величину и направление магнитного поля наименьшей величины, которое будет поддерживать провод.
  6. Для равновесия F B = мг где F B = I L B при условии B и провода под прямым углом.

    Следовательно, mg = I L B

    B = (мг) / (л) = (4 x 10 -3 x 9,8) / (12 x 0,6) = 5,44 x 10 -3 T

    Направление магнитное поле, по правилу правой руки, равно с востока на запад.

  7. Параллельные провода в шнуре лампы находятся на расстоянии 2 мм друг от друга. Какая сила на метр между ними, когда шнур используется для питания лампочки 120 В, 200 Вт?
  8. Мощность = I В

    I = P / V = ​​200/120 = 1.67 А

    F / L = (µ 90 · 103 0 90 · 104 I 1 I 2 ) / (2πd) = (4πx 10 -7 х 1,67 х 1,67) / (2π х 2 х 10 -3 ) = 2,79 x 10 -4 Н / м

    Сила отталкивающая поскольку токи противоположны направления.

МАГНИТНАЯ СИЛА И ПОЛЕ

МАГНИТНАЯ СИЛА И ПОЛЕ
До сих пор мы рассматривали только электростатические силы, действующие на заряды в состоянии покоя.Когда заряды находятся в движении, на них действует дополнительная сила. Эта дополнительная сила называется магнитной силой . Магнитный сила между двумя зарядами q 1 и q 2 , движущаяся с скорости v 1 и v 2 , равно

(30,1)

где u 0 называется константой проницаемости , которая равна равно 4 [пи] x 10 -7 Ns 2 / C 2 , а r — расстояние между двумя зарядами (см. рисунок 30.1). Отношение R магнитная сила и электрическая сила равна

(30.2)

Рисунок 30.1. Соответствующие векторы для определения магнитного сила. Подставляя числовые значения [эпсилон] 0 и u 0 в уравнение (30.2), отношение R можно переписать как

(30,3)

где c — скорость света в вакууме (c = 3 x 10 8 м / с). Ясно, что магнитная сила мала по сравнению с электрической силой, если только скорость частиц высока (значительная часть скорости свет).

Магнитное поле B может быть связано с магнитной силой. Магнитный поле в некоторой точке вблизи движущегося заряда можно определить как помещая в эту точку пробный заряд и перемещая его с некоторой скоростью v. испытательный заряд будет испытывать, помимо электрической силы, магнитную силу F mag . По определению, магнитное поле B связано с магнитная сила F mag via

(30,4)

Измерение магнитной силы, действующей на испытательный заряд, для различных направления v можно использовать для определения магнитного поля B.Магнитный сила всегда перпендикулярна вектору скорости и направлению движения магнитное поле. Единица измерения напряженности магнитного поля — тесла. (Т) . Сравнивая уравнение (30.1) и уравнение (30.4), мы можем определить магнитную поле, создаваемое точечным зарядом q 2 , движущимся со скоростью v 2 :

(30,5)

Подобно силовым линиям электрического поля, мы можем графически представить магнитное поле. по линиям поля.Плотность силовых линий указывает на силу магнитное поле. Тангенс линий поля указывает направление магнитное поле. Силовые линии магнитного поля образуют замкнутые петли, т.е. не начинаться и не заканчиваться где-нибудь так, как линии электрического поля начинаются и заканчиваются положительными и отрицательными зарядами. Отсюда сразу следует, что магнитный поток через произвольную замкнутую поверхность равен нулю:

(30,6)

Принцип суперпозиции справедлив и для магнитного поля.

Пример: Задача 30.10

На поверхности пульсара или нейтронной звезды магнитное поле может быть до 10 8 Тл. Рассмотрим электрон в атоме водорода на поверхность нейтронной звезды. Электрон находится на расстоянии 0,53 x 10 -10 м от протона и имеет скорость 2,2 x 10 6 м / с. Сравните электрическую силу, которую протон оказывает на электрон, с силой магнитная сила, которую магнитное поле нейтронной звезды оказывает на электрон.Разумно ли ожидать, что атом водорода будет сильно деформирован магнитным полем?

Электрон в атоме водорода находится на расстоянии r, равном 0,53 x 10 -10 м от протона. Электрическая сила, действующая на электрон равно

(30,7)

Максимальная магнитная сила, действующая на электрон, возникает, когда направление движения электрон перпендикулярен направлению магнитного поля.В максимальная магнитная сила равна

(30,8)

Сравнивая уравнение (30.7) и уравнение (30.8), мы заключаем, что магнитное поле равно значительно сильнее электрического поля, и мы ожидаем, что орбиты на электроны сильно влияет сильное магнитное поле.

Определение магнитной силы показало, что два движущихся заряда испытывают магнитная сила. Другими словами, движущийся заряд создает магнитное поле. что приводит к магнитной силе, действующей на все заряды, движущиеся в этом поле.

Ток, протекающий по проволоке, эквивалентен скоплению электронов. движется с определенной скоростью по направлению проволоки. Каждый из движущиеся электроны создают магнитное поле, которое задается уравнением (30.5). Рассмотрим небольшой отрезок провода длиной dL (см. Рисунок 30.2). В в любой момент времени в этом сегменте будет находиться заряд dq. Магнитный поле, дБ, создаваемое этим зарядом в точке P, равно

(30.9)

где v — скорость носителей заряда. Время dt, необходимое для всем исходным носителям заряда для выхода из сегмента dL задается

(30.10)

Ток I в проводе теперь можно легко получить

(30.11)

Рисунок 30.2. Расчет магнитного поля, создаваемого электрическим Текущий. Это уравнение можно переписать как

(30.12)

и подставили в уравнение (30.9):

(30,13)

Уравнение (30.13) называется Закон Био-Савара .

Пример: Задача 30.33

Катушки Гельмгольца часто используются для получения достаточно однородных магнитных поля в лабораториях. Эти катушки состоят из двух тонких круглых колец проволоки. параллельны друг другу и на общей оси, оси z. Кольца имеют радиус R, и они разделены расстоянием, которое также равно R.Эти кольца переносят одинаковые токи в одном направлении. Найдите магнитное поле в любом точка на оси Z.

Рисунок 30.3. Расчет магнитного поля, создаваемого одним звенеть. Первый шаг к вычислению поля пары Гельмгольца катушки предназначен для расчета магнитного поля, создаваемого каждым кольцом. Предположим, что кольцо расположено в плоскости x-y, и нас интересует поле в точке P, расстояние z над плоскостью x-y (см. рисунок 30.3). Чистое магнитное поле кольцо в точке P будет направлено по оси z.Величина дБ магнитное поле, создаваемое небольшим отрезком кольца длиной dL, равно к

(30,14)

Для получения уравнения (30.14) мы использовали тот факт, что для любой точки кольца вектор положения r перпендикулярен направлению dL. Z-компонента магнитное поле дБ равно

(30.15)

Величина вектора положения r связана с R и z:

(30.16)

Угол a также связан с R и z:

(30,17)

Комбинируя уравнения (30.15), (30.16) и (30.17), получаем

(30.18)

Интегрируя уравнение (30.18) по всему кольцу, получаем для полного поля генерируется кольцом

(30,19)

На рисунке 30.4 показано магнитное поле, создаваемое одной катушкой радиусом 1 м, расположенный в точке z = 0 м.

Чтобы найти поле, создаваемое парой катушек Гельмгольца, предположим, что катушки центрированы в точках z = 0 и z = R. Магнитное поле, создаваемое катушка, расположенная в точке z = 0, определяется уравнением (30.19). Магнитное поле, создаваемое катушка, расположенная в точке z = R, равна

(30.20)

Суммарное поле на оси пары катушек Гельмгольца равно сумме поле, создаваемое катушкой 1, и поле, создаваемое катушкой 2:

(30.21)

Общее магнитное поле, создаваемое парой катушек Гельмгольца, показано на Рисунок 30.5, где также показаны вклады двух катушек. индивидуально. Заметим, что поле между катушками очень однородно. (0 Рисунок 30.4. Магнитное поле, создаваемое катушкой с R = 1 м. Рисунок 30.5. Магнитное поле, создаваемое парой Гельмгольца катушки.

Пример: Задача 30.22

Очень длинный провод изогнут под прямым углом около середины.Один его ветвь лежит вдоль положительной оси абсцисс, а другая — вдоль положительной оси. ось y (см. рисунок 30.6). По проводу проходит ток I. Что такое магнитное поле в точке в первом квадранте плоскости x-y?

Рисунок 30.6. Проблема 30.22 Рисунок 30.7. Поле генерируется проводом. Первый шаг к решению этой проблемы — посмотреть на магнитное поле, создаваемое этим одиночным проводом (см. рисунок 30.7). Направление магнитного поля, создаваемого небольшим сегментом провода, указывает бумаги.Величина поля, дБ, равна

. (30.22)

Положение x рассматриваемого отрезка определяется углом а:

(30.23)

или

(30,24)

Из уравнения (30.24) мы можем получить соотношение между dx и da:

(30,25)

Кроме того,

(30,26)

Подставив ур.(30.25) и уравнение (30.26) в уравнение (30.22), получаем

(30,27)

Полное поле может быть получено интегрированием уравнения (30.27) по проводу. В пределы интеграции

(30.28)

и

(30.29)

Результат интеграции:

(30.30)

Поле вертикального провода можно получить аналогичным образом:

(30.31)

Таким образом, величина полного поля равна

. (30.32)

Магнитное поле на оси токовой петли обсуждалось в Задаче 30,33. На больших расстояниях от токовой петли (z >> R) поле равно примерно равно

(30,33)

что показывает, что напряженность магнитного поля уменьшается как 1 / z 3 . Эта зависимость напряженности магнитного поля от расстояния аналогична зависимости Наблюдаемая зависимость напряженности электрического поля электрического диполя:

(30.34)

Уравнение (30.33) часто переписывается как

(30,35)

где

(30,36)

называется магнитным дипольным моментом петли. В общем, диполь момент токовой петли равен

(30,37)

Магнитные дипольные моменты существуют для объектов размером с электроны и размером с Земля.

Пример: проблема 30.44

Количество заряда Q равномерно распределено по бумажному диску радиус R. Диск вращается вокруг своей оси с угловой скоростью [омега]. Находить магнитный дипольный момент диска.

Первым шагом к решению этой проблемы является определение дипольного момента кольцо диска радиусом r и шириной dr. Сумма заряда dq на этом кольце

равно

(30,38)

Угловая скорость диска [омега], его период T равен

. (30.39)

В течение одного периода заряд dq пройдет любую заданную точку на кольце. В ток dI, таким образом, равен

(30,40)

Магнитный дипольный момент du кольца равен

(30.41)

Полный дипольный момент диска можно найти, интегрировав уравнение (30.41) между r = 0 и r = R:

(30,42)


Комментарии, вопросы и / или предложения отправляйте по электронной почте на адрес wolfs @ nsrl.rochester.edu и / или посетите домашнюю страницу Фрэнка Вольфса.

Наблюдения эффектов анизотропии давления в полустолкновительных замагниченных плазменных пузырях

Зондирование протонов в нескольких направлениях структур магнитного поля

Два отдельных лазерных луча ( λ = 351 нм) мощностью 400 Дж в импульсе 1,5 нс с временным профилем показанные на рис. 1b, были сфокусированы до максимальной интенсивности 4,5 × 10 14 Вт / см 2 . Лучи падали под углом 27 ° к нормали к мишени на две отдельные пластмассовые дисковые мишени диаметром 400 мкм и толщиной 25 мкм.Фазовые пластины использовались для сглаживания профиля интенсивности в каждом фокусном пятне, создавая эллиптические пятна диаметром 220 мкм × 150 мкм. Эллипс был ориентирован таким образом, чтобы большая ось каждого пятна была выровнена горизонтально и параллельно другой. Плазма и генерируемые поля диагностировались в первую очередь с помощью протонной радиографии. Зондирующие протоны производились с помощью механизма ускорения нормальной оболочки мишени 14,15,16 из короткого импульсного луча с длиной волны λ = 1053 нм, сфокусированного на мишень из золота толщиной 25 мкм со средней интенсивностью, I = 1 × 10 20 Вт / см 2 .Радиохромная пленка (RCF) располагалась на расстоянии 110 мм от основной мишени взаимодействия, обеспечивая увеличение плазмы на пленке в 14,75 раза. Схема эксперимента показана на рис. 1а в схеме зондирования «лицом к лицу». В этой геометрии протоны в основном отклоняются магнитными полями, ориентированными перпендикулярно направлению зондирования. Электрические поля в этой ориентации преимущественно направлены в то же направление, что и ось зондирования протонов, и поэтому минимально влияют на траектории протонов.

Рис. 1: Схема эксперимента и профиль ступенчатого лазерного импульса.

a Диаграмма, показывающая ориентацию основной мишени, где два лазерных луча мощностью 400 Дж каждый в ступенчатом импульсе 1,5 нс (показаны на ( b )) фокусируются на дисках CHCl диаметром 400 мкм, удерживаемых углеродными волокнами на F-образное крепление. Диски были разделены от центра к центру на 800 мкм.

Ключевые протонные рентгенограммы, записанные в определенные моменты времени в течение времени взаимодействия длинных импульсов, показаны на рис.2. Вначале, на рис. 2а, регистрируется эволюция батареи Бирмана, создаваемой магнитными полями вокруг лазерных пятен. Протоны отклоняются радиально наружу полями, и можно наблюдать темные очертания колец, особенно в более позднее время зондирования, окружающих область лазерного пятна и дополнительных, более крупных колец, образованных магнитными полями, которые генерируются и переносятся расширяющейся плазмой 17 .

Рис. 2: Экспериментальные протонные рентгенограммы в разное время зондирования.

Необработанные протонные рентгенограммы, записанные при a t = 0,2 нс, b 0,5 нс, c t = 1,0 нс и ( d ) t = 1,5 нс. Протоны с энергией 17,4 МэВ производят рентгенограммы, показанные в ( a ), ( c ) и ( d ), а протоны 15,6 МэВ производят ( b ). Контрастность изображения была скорректирована для улучшения характеристик рентгенограмм. Красные кружки в ( a ) представляют приблизительное положение исходных целевых дисков.Точки, обозначенные «Y» в ( d ), представляют область, в которой пузырьки начинают отделяться друг от друга.

Через 0,5 нс (рис. 2b) видно, что два расширяющихся плазменных пузыря, отображаемые протонами, имеют перекрывающиеся очертания кругов в центральной области. Наложение двух «кольцевых» элементов вокруг лазерных пятен, наблюдаемых в протонах, не означает, что две плазмы обязательно столкнулись в мишени. Эти особенности также могут быть вызваны траекториями протонов, которые проходят через сильные поля при взаимодействии, вызывающем отклонения на большие углы, приводящие к пересечению путей протонов позади цели.

К 1 нс (рис. 2c) плазма и поля далее продвинулись радиально наружу со скоростью потока 800–1000 км / с и теперь столкнулись. Это видно из неравномерного распределения протонов между двумя пятнами. Используя методы, описанные в разделе «Методы», извлекаются измерения интегрированных по траектории магнитных полей. При 1 нс магнитные поля имеют напряженность 50 ± 5 Тл, предполагая структуру магнитного поля с длиной вне плоскости, d l , 350 ± 25 мкм.Этот масштаб для неплоскостных магнитных полей взят из 2D гидродинамического моделирования и является типичным значением для экспериментов на этой установке 5,6,17 . Ошибки этих измерений оцениваются по диапазону прогнозируемой длины шкалы и по тому, насколько точно можно измерить отклонения на рентгенограммах. К этому времени расширяющиеся плазменные пузыри столкнулись, и моделирование показывает, что поля взаимодействуют и реорганизуются в этой области. На краях области взаимодействия, где два плазменных пузыря начинают отделяться друг от друга (мы называем эти области «Y», как показано на рис.2г) наблюдается усиленное затемнение по краям пятен. Протоны отклоняются из пузырьков на меньшую величину, что свидетельствует о том, что по направлению к краям, от центральной области взаимодействия, магнитные поля ослабевают и рассеиваются.

При 1,5 нс (рис. 2) магнитное поле составляет 55 ± 5 Тл, как и раньше, из-за анизотропии давления, развивающейся в распределении электронов. Плазма не застаивается и накапливается в центре, а перенаправляется в направлении x (горизонтальная ось на рис.2б – г). Скорость плазменного потока все еще высока и составляет ~ 800 км / с, ~ 13 v A (принимая n i = 2,2 × 10 19 / см 3 , рассчитанное из моделирования), что позволяет предположить что общая скорость расширения плазменного пузыря почти постоянна в беспрепятственном направлении от центральной области столкновения на протяжении всего лазерного импульса. Для сравнения, скорость, с которой центральная область взаимодействия расширяется в направлении y , пренебрежимо мала и, следовательно, не зависит от скорости притока плазмы.

В дополнение к зондированию через плазму «лицом к лицу», чтобы в первую очередь наблюдать отклонения магнитного поля, мы также исследовали взаимодействие под углом 45 °, где протоны более чувствительны как к электрическому, так и к магнитному полям. Однако, изменяя направление зонда протонов через основное взаимодействие, можно сделать вывод об отдельном влиянии этих полей на рентгенограммы. Сравнение результатов протонных зондов, проходящих через взаимодействие с противоположных сторон, покажет изменение направления отклонения протонов, если магнитные поля доминируют.Однако, если электрические поля вызывают отклонения, направление отклонения не изменится. Данные на рис.3 подтверждают, что отклонения в центральной области между лазерными фокальными пятнами в основном вызваны магнитными полями, в результате чего возникают темные области (рис. 3b и c) или светлые области (рис. 3a), когда протоны исходят из с той же стороны или с противоположной стороны от основных лазеров соответственно. Эти данные также позволяют надежно оценивать магнитное и электрическое поля на основе искажения сетки, помещенной в протонный пучок перед основной мишенью взаимодействия.Помимо этих искажений, рентгенограммы с различной энергией могут помочь извлечь магнитное и электрическое поля из зависимости расстояния отклонения от энергии протонов. Измерения магнитных полей поддерживаются с использованием второго метода анализа, определяющего ширину центральных областей, аналогичным методом, используемым для анализа рентгенограмм «лицом к лицу» для расчета магнитного поля. Плазменная среда по-прежнему довольно сложна, однако, используя измеренные значения напряженности электрического поля ~ 10 8 В / м, мы можем сделать выводы о надежных измерениях магнитных полей.При 1 нс мы оцениваем магнитное поле в 35 ± 10 Тл при зондировании с той же стороны и в 40-10 Тл при зондировании с противоположной стороны. Через 2,5 нс мы оцениваем напряженность поля в 60 ± 10 Тл.

Рис. 3: Протонные рентгенограммы при зондировании под углом 45 ° к нормали к цели.

Рентгенограммы взаимодействия с использованием протонов 17,4 МэВ, зондирующих при 1 нс для ( a ) и ( b ) и при 2,5 нс для ( c ). Протоны исследуют взаимодействие под углом 45 ° к нормали к мишени, при этом протоны исследуют с той же стороны, что и основной лазер ( a ), и с противоположной стороны ( b ) и ( c ).На этих изображениях (синие) лазеры падают слева на цели, отмеченные красными овалами.

На рис. 3a и c мы также можем видеть темные линии в центральном слое, подобные тем, которые мы видим на рис. 2d. Вероятно, это происходит из-за нестабильности филаментации, хотя их точное происхождение является предметом текущих исследований, поскольку они могут происходить дальше от целевой поверхности.

Реконструкция карты магнитного поля по экспериментальным рентгенограммам

Мы можем подтвердить расчеты величины магнитного поля, измеренные по протонным рентгенограммам, используя метод реконструкции, описанный в исх. 18 и кратко объяснено позже в разделе «Методы». Этот алгоритм реконструкции позволяет напрямую извлечь магнитное поле, интегрированное по траектории, из распределения потока протонов. При условии, что распределение протонов не пересекается с самим собой до достижения детектора, то есть только с использованием рентгенограмм раннего времени, когда градиенты магнитного поля все еще малы, такая реконструкция представляет собой математически четко определенную проблему.

На рис. 4а показано увеличенное изображение области, выделенной красным прямоугольником на рис.2b. Используя это, мы создаем карту восстановленного магнитного поля, как показано на рис. 4b. Рис. 4c представляет собой кривую магнитного поля, снятого в направлении y при x = 0 на реконструированной карте, в сравнении с линейной диаграммой магнитных полей, полученной при кинетическом моделировании из IMPACTA 19,20 (рис. 4d ), который будет описан в следующих разделах. Общая форма и аналогичные величины поля, записанные в данных и моделировании, предполагают, что имитация действительно включает правильные физические модели, соответствующие условиям, возникающим в эксперименте.Экспериментальные данные показывают максимальное магнитное поле ~ 50 Тл на краю лазерного пятна ( y ∣ = 240 мкм), используя расчетную высоту структуры магнитного поля d l = 200 мкм. Однако масштаб моделирования IMPACTA на ранних этапах слегка недооценивает поля из-за того, что скорости потока ниже, чем в эксперименте (измеренные по расширяющимся плазменным пузырькам с течением времени), что приводит к уменьшению поля в центральной области.

Рис. 4: Реконструкция карты магнитного поля по данным рентгенографии по сравнению с смоделированной картой поля.

Протонная рентгенограмма с интервалом 0,5 нс используется для создания реконструированной двухмерной карты магнитных полей ( B ) с использованием аналитических методов 18 . Вся рентгенограмма анализируется, чтобы правильно выделить отклонения, хотя здесь мы показываем только центральную интересующую область на экспериментальной рентгенограмме ( a ) и реконструкции ( b ). Напряженность магнитного поля (∣ B ∣) вдоль направления притока ( y ) нанесена на график ( c ) как по реконструированной двухмерной карте, так и по результатам моделирования IMPACTA ( d ), как описано в разделе «Методы». раздел.

Использование обобщенного закона Ома для описания динамики плазмы

При согласовании формы полей, полученных из экспериментальных измерений и анализа реконструкции поля, мы обнаруживаем, что код кинетического моделирования должен включать анизотропные эффекты. Однако в аналогичных условиях плазмы анизотропией обычно пренебрегают. Если пренебречь этим, это приводит к завышению оценки магнитных полей, накапливающихся между двумя плазменными пузырями, по сравнению с наблюдаемыми экспериментально. Роль анизотропного давления, применимого к условиям, созданным в этом эксперименте, понимается через обобщенный закон Ома 21 и воспроизводится здесь как

$$ {\ bf {E}} = \ bar {\ eta} {\ bf { j}} + \ frac {{\ bf {j}} \ times {\ bf {B}}} {\, e {n} _ {\ text {e}}} — \ frac {\ nabla \ cdot \ underline {\ underline {{P} _ {\ text {e}}}}} {\, e {n} _ {\ text {e}}} — {{\ bf {v}}} _ {{\ bf { N}}} \ times {\ bf {B}} — {{\ bf {v}}} _ {{\ bf {F}}} \ times {\ bf {B}}…, $$

(1)

, где η — удельное сопротивление, j — ток, B — магнитное поле, n e — плотность электронов и e — заряд электрона. v N — скорость Нернста 22 и v F — скорость потока плазмы. Здесь η j — вклад резистивного токового слоя, j × B / e n e — эффект Холла, \ (\ nabla \ cdot \ underline {\ underline {{P} _ {\ text {e}}}} / \, e {n} _ {\ text {e}} \) представляет влияние градиентов электронного давления.Член v N × B описывает член адвекции объемного поля с электронным тепловым потоком, а последний член v F × B представляет адвекцию магнитного поля плазмой. поток. Поскольку скорости потока значительно уменьшаются вблизи области столкновения двух плазм, два ключевых члена, которые не уменьшаются в этой области, — это те, которые описывают удельное сопротивление и анизотропное давление электронов.

Вклад этих двух важных членов в электрическое поле вычисляется и сравнивается с использованием масштабирования из исх.{2}} {4e {\ Omega} _ {\ text {e}}} \ frac {{v} _ {B}} {{\ Delta} _ {y} {\ lambda} _ {\ text {yz} }}, $$

(2)

, где \ (\ underline {\ underline {{P} _ {\ rm {e}}}}} \), n e , Ω e , v th , m e , Δ y и λ yz — тензор электронного давления, плотность электронов, электронная циклотронная частота, масса электрона, масштабная длина (принимаемая за ширину слоя пересоединения) и извилистая орбита намагниченного электрон соответственно. {6} \) В / м, в зависимости от того, выберете ли вы больший скорость адвекции от теплового потока, v B = 0.4 κ T e / n e T e как в исх. 22,23 , или v B = v F , где v F — скорость потока, как в исх. 5 .

Таблица 1 Вклады в закон Ома.

Для сравнения, резистивный вклад невелик и приблизительно равен току, установленному по закону Ампера, \ ({j} _ {z} \ приблизительно \ frac {\ partial {B} _ {x}} {\ partial y } \ frac {1} {{\ mu} _ {0}} \), что дает токи порядка ≈10 4 .Мы находим η j ≈ 10 4 В / м, что в 10–100 раз меньше члена тензора давления, что позволяет предположить, что доминирующий вклад в электрическое поле в области пересоединения вносят градиенты в электронном тензор давления. В самом деле, если температурные градиенты больше, а плотности считаются меньшими, чем принятые в настоящее время значения, как можно было бы ожидать, приближаясь к области сталкивающегося пузырька, то член анизотропного тензора будет еще более важным.

Оценивая пространственную протяженность \ (\ nabla \ cdot {\ underline {\ underline {P}}} _ {\ text {e}} \), мы находим дальнейшее согласие. В этом эксперименте n e ~ 10 20 / см −3 и T e ≈ 1 кэВ, измеренные с помощью экспериментальной диагностики вблизи лазерных пятен и подтвержденные гидродинамическим моделированием, что дает типичная длина свободного пробега 10-50 мкм в зависимости от скорости электрона. Точно так же ларморовский радиус в присутствии магнитного поля 50 Тл составляет несколько микрон, но увеличивается вблизи области взаимодействия, где величина магнитного поля мала.Это дает меандрирующую орбиту 24 , λ yz ~ 20 мкм, что позволяет предположить, что соответствующее электрическое поле, создаваемое электронами, в масштабе длины сопоставимо с наблюдаемым размером слоя взаимодействия Δ y ≈ 50 мкм 25,26,27 .

Численное моделирование в поддержку эксперимента

Для подтверждения эвристического вывода о том, что электрическое поле, обусловленное анизотропным давлением, является определяющим механизмом, мы выполняем численное моделирование этих экспериментальных условий с использованием кинетического кода IMPACTA, 2D-3V Vlasov– Модель Фоккера – Планка – Максвелла.Выбрав усечение расширения функции распределения, чтобы включить только изотропную функцию распределения, f 0 , и декартов тензор первого порядка, f 1 , IMPACTA включает в себя все члены закона Ома (ур. . (1)), за исключением вклада анизотропного давления (\ (\ nabla \ cdot {\ underline {\ underline {P}}} _ {\ text {e}} / e {n} _ {\ text {e}} \)) и может эффективно воспроизводить кинетическую форму резистивной МГД, игнорируя отдельные члены. Мы также запускаем расширенное моделирование с использованием IMPACTA, чтобы включить декартов тензор второго порядка, \ ({\ underline {\ underline {{\ bf {f}}}}} _ {2} \).Значения напряженности магнитного поля во времени извлекаются из моделирования, включая только f = f 0 + f 1 v и расширены до \ ({\ bf {f}} = {f} _ {0} + {{\ bf {f}}} _ {1} \ cdot {\ bf {v}} + {\ underline {\ underline {{\ bf {f}}}}} _ {2}: { \ bf {v}} {\ bf {v}} \), т.е. без и с включенными эффектами анизотропного давления соответственно, показаны на рис. 5.

Рис. 5: Сравнение эволюции магнитного поля с анизотропным давлением и без него. .

Численное моделирование притока магнитного поля с (оранжевый) и без (синий) члена анизотропии давления. Резистивное приближение приводит к аномальному накоплению магнитного потока, поскольку электронам не разрешены извилистые орбиты в слое пересоединения. Учет анизотропии 2-го порядка в кинетическом разложении делает возможным этот физический эффект и воспроизводит экспериментальные данные. Ошибки в точках экспериментальных данных рассчитываются на основе диапазона прогнозируемой длины шкалы и точности определения отклонений на рентгенограммах.

При моделировании IMPACTA мы обнаруживаем, что магнитные поля сталкиваются при t = 0,3 нс, после чего в обеих симуляциях происходит некоторый накопление потока, так что значение магнитного поля увеличивается на 25%. Два моделирования расходятся в этой точке, потому что моделирование, которое не включает анизотропное давление, дает возможность значительного накопления потока, и магнитное поле становится больше, чем 100 T. Также нанесены на график магнитные поля, измеренные в центральной области, между двумя точками от экспериментальные рентгенограммы.Результаты показаны как при зондировании протонов во многих направлениях, что позволяет лучше понять и измерить как магнитные, так и электрические поля. Рентгенограмма с поздним временем, 2,5 нс, под углом 45 °, подчеркивает, что магнитные поля не усилились до 130 Тл, как это было предсказано при моделировании без учета анизотропных эффектов, что подтверждает необходимость включения и учета этих эффектов. Временные ряды протонных рентгенограмм были собраны с использованием отдельных снимков схожих условий. Поскольку набор данных невелик, его недостаточно для проверки флуктуаций от выстрела к выстрелу, мы провели серию симуляций с изменением параметров плазмы, чтобы гарантировать надежность нашей интерпретации тенденций в данных.Мы обнаружили, что разумные изменения в плазменных условиях не оказывают существенного влияния на наши выводы и согласны с теоретическими расчетами. Это дает нам уверенность в нашем анализе. Мы также наблюдаем при моделировании, что эффекты анизотропного давления позволяют магнитным полям ослабляться на краях сталкивающихся пузырьков, что согласуется с нашей интерпретацией экспериментальных результатов. Для сравнения, расчеты IMPACTA без анизотропных эффектов на поля показывают более сильные поля в более протяженных областях между двумя пузырями, где потоки и связанные с ними магнитные поля остановились.

Этот анализ предполагает, что закон Ома, который включает анизотропное давление, необходим для воспроизведения измерений магнитного поля в наносекундном временном масштабе. Резистивная МГД допускает значительное накопление потока, так что магнитное поле достигает величин, не подтвержденных какими-либо нашими экспериментальными данными.

Microsoft Word — Phys_sol_u06_review.doc

% PDF-1.4 % 150 0 объект > эндобдж 147 0 объект > эндобдж 151 0 объект > поток Акробат Дистиллятор 8.0.0 (Windows) PScript5.dll Версия 5.2.22007-05-02T13: 40: 57-04: 002007-05-02T13: 40: 57-04: 00application / pdf

  • Microsoft Word — Phys_sol_u06_review.doc
  • uwallde
  • uuid: def510e1-38fc-4ca7-ab1a-60b86b090b1cuuid: 4f8a858e-5f5e-45ea-a995-978630aa8528 конечный поток эндобдж 55 0 объект > эндобдж 144 0 объект > эндобдж 143 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 56 0 объект > эндобдж 97 0 объект > эндобдж 93 0 объект > эндобдж 98 0 объект > эндобдж 101 0 объект > эндобдж 104 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 110 0 объект > эндобдж 114 0 объект > эндобдж 115 0 объект > поток h Xn # E} W = Һo Ehx & Fa? Twxx7NU.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *