F_л = qBvsin α

Здесь v – средняя скорость упорядоченного движения заряженной частицы в магнитном поле, α – угол между вектором индукции магнитного поля и вектором скорости положительного заряда. При вхождении заряженной частицы в магнитное поле в направлении, перпендикулярном линиям индукции, сила Лоренца будет иметь максимальное значение:

F_{л max} = qBv

Максимальная сила Лоренца перпендикулярна векторам и и ее направление определяется правилом левой руки.

При вхождении же заряженной частицы в магнитное поле в направлении, параллельном линиям индукции (α=0° или α=180°), сила Лоренца будет равна нулю:

F_л = 0

Творческое применение

Исследованние

2

1. направление скорости положительного заряда, влетающего в однородное магнитное поле;
2. направление силы Лоренца, действующую на отрицательный заряд, влетающего в однородное магнитное поле.

Реферат по физике — Сила Ампера и сила Лоренца, их направления. Движение заряженных частиц в магнитном поле

Кафедра физики

Реферат по физике на тему:

«Сила Ампера и сила Лоренца, их направления. Движение заряженных частиц в магнитном поле.»

Выполнила: Студентка 110 группы

Факультета зоотехнии и биологии

Романова К. Э.

Проверил: Профессор Хусаинов Ш.Г.

Москва 2016

Андри – Мари Ампер 5

Биография 5

История создания силы Ампера 6

Сила Ампера 9

Лоренц Хeндрик 13

Биография 13

Сила Лоренца 15

Движение заряженной частицы в магнитном поле 18

Заключение 19

Список Литературы. 20

Введение

Магнитное поле представляет собой некую форму материи, посредством которой осуществляется связь между телами, которые обладают магнитным моментом или движущимися заряженными частицами. Термин «магнитное поле» вводит М. Фарадей в 1845г. 

Важным доказательством реального существования электрического и магнитного полей является факт существования электромагнитных волн. Электрическое поле, как и магнитное, является частным проявлением единого электромагнитного поля. 

Главной отличительной чертой электрического поля является способность воздействовать на неподвижные заряды.  
Основное свойство магнитного поля заключается в том, что оно действует на движущиеся заряды (электрический ток). 

Неподвижные заряды не создают магнитного поля. Только постоянные магниты и движущиеся заряды могут создавать его.  
При изучении взаимодействия постоянных магнитов было установлено, что 
они имеют два полюса: северный и южный; одноименные полюсы отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются. 
Если отдельные тела можно зарядить отрицательно или положительно, в связи с существованием элементарного электрического заряда, то никогда нельзя отделить северный полюс магнита от южного.

Таким образом, нет оснований считать, что в природе существуют какие-то отдельные магнитные заряды. 
Данная мысль была высказана Ампером в гипотезе об элементарных электрических токах. Согласно этой гипотезе, внутри молекул и атомов вещества циркулируют элементарные электрические токи. И если данные токи расположены беспорядочно по отношению друг к другу, то их действие взаимно компенсируется и никакими магнитными свойствами тело не будет обладать. В намагниченном состоянии элементарные токи ориентированы определенным образом. Следовательно, магнитные свойства любого тела объясняются замкнутыми электрическими токами внутри него, таким образом магнитное взаимодействие – это взаимодействие токов.

Закон Ампера применяется для определения силы взаимодействия двух токов, а Силой Лоренца называют ту силу, которая действует со стороны электромагнитного поля на движущийся электрический заряд. Об этом более подробно рассмотрим в данном реферате.

Актуальность: Закон Ампера и Лоренца — одни из важнейших и полезнейших законов в электротехнике, без которых немыслим научно-технический прогресс.
Цель: Исследование Силы Ампера и силы Лоренца, Движение заряженных частиц в магнитном поле. 
Задачи: 
1. Изучить общие сведения о Силе Ампера и силе Лоренца. 
2. Раскрыть основные условия движения заряженных частиц в магнитном поле 
3. Описать возможности силы Ампера и силы Лоренца.

Андри – Мари Ампер

Биография

Андре-Мари Ампер родом из Лиона, Его отец был знатный торговец шелками, и мать, Жанна Сарсе, так же являлась дочерью одного лионского торговца. Все детство Андре-Мари провел в маленьком поместье Полемье, приобретенном отцом в районе родного города. Отец Ампера, Жан-Жак Ампер, относился к либеральным кругам буржуазии, которые свято верили в прогресс разума, являлся достаточно образованным человеком того времени. Он смог составить величайшую библиотеку из сочинений известных писателей, философов и ученых, он включил в нее труды римских и греческих классиков. Еще в раннем детстве Андре-Мари Ампер потрясал всех своими выдающимися способностями и действительно энциклопедическими знаниями.

Несмотря постоянную на занятость, Жан-Жак Ампер старался всегда находить время, чтобы самому заниматься воспитанием мальчика и начал помогать ему осваивать основы высшей математики, и так Андре-Мари был увлечен исчислением бесконечно малых величин. У ребенка очень рано открылись математические способности. Вскоре молодой Ампер серьезно начал учить физику.

Многосторонняя творческая жизнь Ампера-младшего была потревожена ужасной трагедией. В июле 1789 года началась Великая французская революция, происходила прямая борьба между умеренными сторонниками реформ и экстремистки настроенными якобинцами. Долгий период 18-летний парень был в состоянии душевного волнения: он стал замкнутым и забросил занятия, мог целыми днями не выходить из дома. Смогли вылечить его только время и природа.

С 1796 года Андре-Мари Ампер начал преподавать в Лионе частные уроки по физике, математике и химии, что позволило ему получить педагогический опыт и немного укрепить материальное положение семьи.

История создания силы Ампера

Опыты Эрстеда сильно поразили Араго. Так как он сам уже на протяжении многих лет собирал материалы о связи атмосферных электрических явлений с поведением магнитных веществ на земле и готовился провести эксперименты в лаборатории по проверке своих суждений.

Участвовал в деле экспертной комиссии по выяснению причин кораблекрушений, Араго обращал внимание, что у кораблей после крупного шторма на море все железные приборы, которые были на борту намагничивались, а стрелки компасов всегда были направлены разные стороны. Вызвать происходящее могла только молния.

Волнение Араго передалось членам Академии. Они просили Араго на заседании, которое произошло 22 сентября 1820 года, продемонстрировать им опыты Эрстеда.

Сосредоточенно слушал Араго выдающийся математик Анри Мари Ампер. У него появилась одна интересная мысль: если проводник тока всегда окружен магнитными силами, то «электрический конфликт» (пользуясь образным выражением Эрстеда) должен появляться не только между проводом и магнитной стрелкой, но так же и между двумя проводами, по которым течет ток!
На протяжении всего заседания глубокий теоретик постепенно превращается в увлеченного экспериментатора. За несколько дней Ампер изобретает своеобразный электрический прибор и на следующих заседаниях Академии — 11 и 18 сентября — демонстрирует всем взаимодействие двух проводников с током.

Если в двух проводниках электрические токи проходят параллельно друг другу в одном направлении, то они притягиваются, замечает Ампер; такие же проводники отталкиваются, когда токи в них текут во взаимно противоположных направлениях.

После Ампер выводит простую формулу, которая позволяет высчитать силу взаимодействия двух проводников тогда, когда они установлены под углом друг к другу. Это формула будет впоследствии носить название — закон Ампера.

На этом Ампер не заканчивает свои опыты. Андри-Мари свернул проводники в виде двух спиралей, которые получили название соленоидов, он доказал, что соленоиды, которые были установлены рядом, при пропускании тока ведут себя как два магнита.

Ампер изучает влияние магнитного поля Земли на движение соленоида, проводника и металлической рамки с током. Ему приходит мысль о том, что магнит теперь представляет собой общность токов. В магните, как считал Ампер, находится множество элементарных круговых токов, которые текут перпендикулярно к его оси. Кажется, будто французский ученый уже знал о непрерывном движении заряженных частиц внутри каждого вещества, о планетарном строении атома, об открытии электрона, доказанном Резерфордом через век.

Свои итог своих докладов на заседании Академии Ампер подвел словами: «В связи с этим я свел все магнитные явления к чисто электрическим эффектам».

Спустя много лет открытия Ампера легли в основу метода определения единицы электрического тока. На IX Международной конференции по мерам и весам в 1948 году было нужно считать основной электрической единицей один ампер— силу тока, при которой два параллельных проводника длиной в один метр взаимодействуют друг с другом с силой в две десятимиллионные части ньютона.

От силы тока в один ампер происходит единица количества электричества, названная кулоном, единица напряжения, которая вскоре получила название вольт, единица сопротивления, называемая омом.

Очевидцы повествовали, что идеи Ампера были настолько новы, большинство членов Французской Академии вовсе не смогли понять их революционного научного смысла. «Что же, собственно, нового в том, что вы нам сообщили? — спросил на заседании один из них, обращаясь к Амперу. Весьма явно, что если два тока оказывают действие на магнитную стрелку, то они оказывают действие и друг на друга?»

За Ампера его оппоненту тут же ответил Араго. Он достал из кармана два ключа и сказал: «Вот каждый из них тоже оказывает действие на стрелку, однако же они никак не действуют друг на друга…»

Оба ключа, и в правду, могут открыть один и тот же замок, но это не будет замок двери в страну знаний.

Сила Ампера

Направление силы Ампера можем найти при помощи правила левой руки (рис. 1):

Рис. 1

Если левую руку расположим так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре прямых пальца совпадали по направлению с направлением тока, то отогнутый на прямой угол большой палец станет указывать направление силы, которая действует на элемент проводника.

Использование данного правила может быть затруднительно лишь в одном случае, когда угол α невелик. Так как, величина B∙sin α представляет собой модуль перпендикулярной проводнику с током компоненты вектора индукции B⃗ ⊥ B→⊥ (рис. 2), то ориентацию ладони нужно определять исключительно этой компонентой – она должна входить в открытую ладонь левой руки.

Рис. 2

Из (1) вытекает, что сила Ампера может иметь значение ноль, если проводник с током размещен вдоль линий магнитной индукции, и может быть максимальна, если проводник будет перпендикулярен этим линиям.

Закон Ампера действителен для любого магнитного поля. Допустим, что это поле создается длинным линейным проводником с током I2, который параллелен первому проводнику c током I1 и находящимся на неком расстоянии r от него. В таком случае индукцию магнитного поля в точках расположения первого проводника можно определить (с учетом замены I → I2) по формуле:

Подставляя это выражение в (1) и примечая, что в рассматриваемом случае параллельных проводников α = 90°, найдем силу, которая действует на линейный элемент Δl первого проводника,

(2)

Нам известно, что абсолютно такое же выражение мы можем записать для силы, которая будем действовать на другой проводник. И применив правило левой руки и правило буравчика, которые необходимы для определения магнитной индукции проводника с током и для определения силы, действующей на проводник с током соответственно, мы убедимся в том, что если токи в проводниках текут в одинаковых направлениях, то эти проводники притягиваются (рис. 3 а, б), а если в разных – отталкиваются (рис. 4, а, б), что и подтверждается опытом.

Выражение (2) было взято за сущность принципа определения единицы силы тока. Если в (2) считать I1 = I2 = 1 А, r = 1 м, Δl = 1 м, то получим F = 2∙10-7 Н/м. По-другому,

Если по двум параллельным, бесконечно длинным линейным проводникам, которые расположены на расстоянии 1 м друг от друга, текут одинаковые токи в 1 А, то эти токи взаимодействуют с силой 2∙10-7 Н на каждый метр длины проводников.

Важно отметить, что единица силы тока – ампер – в СИ относится, наряду с секундой, метром, килограммом, кельвином, молем и канделой, к числу главных единиц измерения физических величин.

Лоренц Хeндрик

Биография

Отец будущего великого ученого содержал детский сад. Мать умерла, когда мальчик был еще совсем мал. В детстве Хeндрик Антон был худощавым и неуверенным в себе ребенком. Когда ему исполнилось шесть лет, его отдали учиться в одну из лучших начальных школ Арнeма, а спустя немного лет он становится лучшим учеником в классе.

В 1966 году в Арнeме открылась Высшая гражданская школа, и Хeндрика Лоренца как одаренного ребенка сразу взяли туда учиться.

В школе он ловил все с лету, хотя был и худощав. Особенно будущего ученого увлекало изучение точных наук — математики и физики. Он имел удивительную память и увлекался изучением английского, французского, греческого, немецкого и латинского языков.

В 1870 году будущий ученый поступил в престижный Лейденский университет. Его воображение было удивлено работами Джеймса Клерка Максвелла, которые только недавно поступили в библиотеку университета.

Знаменитый максвeлловский «Трактат об электричестве» в то время был тяжел для понятия даже для самых известных физиков. Когда Хeндрик Антон попросил парижского переводчика трактата разъяснить физический смысл некоторых уравнений Максвелла, в ответ он услышал, что эти уравнения следует рассматривать только с точки зрения математики, так как они не имеют физического смысла.

В это время он продолжал изучать работы Максвелла. Кроме изучения полевых уравнений, будущий ученый, за двадцать лет до открытия электрона, предположил, что крохотные носители электрического заряда являются главными факторами влияния на свойства сред.

Вскоре Лоренц занимается диссертацией. В ней Хeндрик Антон изучал вытекающие из электромагнитной теории Максвелла свойства световых волн и хотел обосновать изменение скорости распространения света в среде влиянием наэлектризованных частиц тела. Хотя в то время некоторые ученые и высказывали идеи о существовании таких частиц, но структура атома была еще не известна, и предположения такого типа мало кто воспринимал серьезно.

В начале 1880-х годов ученого заинтересовала кинетическая теория газов, описывающая движение молекул и соотношения между их температурой и средней кинетической энергией.

В 1892 году он сформулировал знаменитую теорию электронов. Лоренц считал, что электричество возникает при движении очень маленьких отрицательно и положительно заряженных частиц, которые имеют определенную массу и подчиняются классическим законам. Только более поздние открытия доказали, что все электроны отрицательно заряжены и подчиняются законам квантовой физики.

Сила Лоренца

Модуль силы Лоренца равняется отношению модуля силы Ампера FA, который действует на некоторый участок проводника длиной ∆l, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся на этом участке проводника:

Fл = FA /N.

Можно рассмотреть отрезок тонкого прямого проводника с током. Пусть длина отрезка ∆l и площадь поперечного сечения проводника S настолько невелики, что вектор индукции магнитного поля В следует считать неизменным, но в пределах этого отрезка проводника.

Сила тока I в проводнике прямо связана с скоростью их упорядоченного движения v:

I = qnvS и зарядом частиц q, концентрацией заряженных частиц (числом зарядов в единице объема)

Модуль силы, который действует со стороны магнитного поля на выбранный элемент тока:

FA = |q| ∆lB sin(a).

Если подставим сюда предыдущее выражение для силы тока (I = qnvS), то получим:

FA = |q| nvS ∆l B sin(a) = v |q| N B sin(a)

Где N = nS∆l – есть число заряженных частиц в рассматриваемом нами объеме.

На движущийся заряд со стороны магнитного поля действует сила Лоренца:

Fл = = |q| vB sin(a),

Где a – угол между вектором скорости v и вектором магнитной индукции B.

Сила Лоренца перпендикулярна векторам В и v, и ее направление определяем правилом левой руки (того же что и направление силы Ампера):

Если руку расположим так, чтобы четыре прямых пальца совпадали с направлением движения положительного заряда, линии индукции магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на прямой угол большой палец покажет нам направление силы. Если частица будет отрицательной, то направление силы будет противоположное.

Если есть электрическое и магнитное поля, то вся сила, которая будет действовать на заряд равна:

Сила Лоренца не совершает работу, так как она перпендикулярна скорости частицы.

Сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется только направление частицы.

Кроме всего вышесказанного, ученый сделал вывод, о том что колебания крохотных заряженных частиц (электронов), которые менее инертны, чем другие заряженные частицы вещества, порождают электромагнитные волны, световые и радиоволны в том числе, которые были открыты еще в 1888 году великим физиком Генрихом Герцем.

Теория Лоренца объясняла различные магнитные, электрические и оптические свойства вещества и также некие электромагнитные явления, в том числе эффект Зеемана.

В 1892 году ученый опубликовал фундаментальный труд «Электромагнитная теория Максвелла и ее приложение к движущимся телам». В этой работе он вывел выражение силы, с которой электрическое поле действует на движущийся заряд (сила Лоренца) и выделил основные постулаты электронной теории.

В это время голландский физик много трудился, Лоренц значительно упростил электромагнитную теорию Максвелла.

В 1892 году он опубликовал знаменитую статью о расщеплении спектральных линий в магнитном поле. Световой луч от раскаленного газа при прохождении через щель разделяется спектроскопом на составляющие частоты. В результате чего образуется линейчатый спектр – определенная последовательность цветовых линий на черном фоне, позиция каждой из которых соответствует определенной частоте. Каждый газ имеет свой спектр.

Хендрик Антон Лоренц предполагал, что частоты в испускаемом газом световом луче определяются частотами колеблющихся электронов. Помимо этого, ученый выдвинул идею, что магнитное поле влияет на движение электронов, в результате чего спектр расщепляется на несколько линий и изменяются частоты колебаний.

В 1896 году студент Лоренца провел опыт, который подтвердил эффект, прогнозируемый Лоренцом. Явление расщепления спектральных линий в магнитном поле получило название — эффект Зеемана.

Движение заряженной частицы в магнитном поле

Впервые было получено Х. А. Лоренцем. Это был результат обобщения всех законов эксперимента – закона Кулона и закона Ампера. Обычно принято это выражение называть обобщённой силой Лоренца. А силу, которая действует на движущуюся заряженную частицу только со стороны магнитного поля, принято называть силой Лоренца. Отмечено, что если положительно заряженная частица с зарядом q в какой-то точке пространства имеет скорость υ, а индукция внешнего магнитного поля в этой точке равна B, то абсолютная величина силы Лоренца

Произведение B sin α – это величина проекции вектора B на направление, которое перпендикулярно скорости частицы и лежит в плоскости векторов B и υ. Становится ясно, что сила Лоренца возникает при пересечении заряженной частицей силовых линий индукции магнитного поля. Её величина пропорциональна заряду частицы, её скорости и нормальной составляющей (B sinα) вектора B на направление её скорости.

Направление действия силы Лоренца можно, как уже говорилось выше, определить с помощью правила левой руки. Если исходить из данного правила определения направления действия силы Лоренца, то можно отметить очень важное свойство силы Лоренца: она всегда одновременно перпендикулярна вектору скорости частицы υ и вектору индукции B. А так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работы и поэтому не меняет кинетическую энергию частицы, а, следовательно, её скорость не меняется по абсолютной величине. Под действием силы Лоренца меняет только направление скорости частицы.

Заключение

Применение силы Лоренца так же мы можем наблюдать каждый день дома – это телевизор. По — другому телевизионную трубку можно назвать — электронно-лучевой. Другое применение действие магнитного поля нашло в приборах, которые позволяют разделять заряженные частицы по их удельным зарядам, т.е. по отношению заряда частицы к её массе, и по полученным результатам точно определять массы частиц. Такие приборы получили название масс-спектрографов.

Список Литературы.

Нечиве Ю.В. — Удивительные открытия. Энас – Книга – М – 2016 – 208 с

Буров Л.И. — Стрельченя В.М. Физика от А до Я: учащимся, абитуриентам, репетиторам. Парадокс – Минск. — 2000 – 560 с.

Путилов К.А. — Курс физики. Физматгиз – М – 1964 — 343 с

Мякишев, Г.Я. Физика: Электродинамика. 10-11 кл. : учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.3. Синяков, В.А. Слободсков. – М.: Дрофа – 476 с. 2005.

Электронный учебник физики [Электронный ресурс]: Т. Применения силы Лоренца //URL: http://www.physbook.ru/index.php/ Т._Применения_силы_Лоренца

Магнитное поле параллельных токов

Магнитное поле параллельных токов демонстрация

Эта портативная демонстрация демонстрирует силу между двумя токоведущими стержнями в результате магнитного отталкивания или притяжения. Медные стержни свободно качаются и будут притягиваться или отталкиваться друг от друга в зависимости от протекающих через них токов.

Существуют четыре возможных конфигурации для текущего:

1. Параллельное соединение, оба тока идут вверх (от базы)
2. Параллельное соединение, оба тока текут вниз (в сторону базы)
3. Противопараллельное соединение, токи текут по часовой стрелке
4. Противопараллельное соединение, токи текут против часовой стрелки

Когда два тока параллельны, стержни будут притягиваться, а когда они антипараллельны, стержни будут отталкиваться.

Оборудование

• Настройка параллельных токов (показано на рисунке)
• Дополнительный банановый кабель с двумя зажимами типа «крокодил»
• Выход (питание не требуется)

Процедура

1. Подключите провода в желаемой конфигурации (параллельно или встречно)
2. Убедитесь, что токопроводящие стержни могут свободно качаться и не имеют тенденции качаться в одном или другом направлении (ножки на основании можно регулировать).
3. Включить аппарат в розетку
4. Держа руки подальше от проводов / контактов, нажмите и удерживайте красную кнопку на основании. Загорится зеленый свет, указывая на протекание тока. Проводники будут двигаться навстречу или от друг друга, в зависимости от конфигурации.
5. НЕ УДЕРЖИВАЙТЕ КНОПКУ БОЛЕЕ 5 СЕКУНД — иначе все станет слишком горячим!
6. Чтобы показать другую конфигурацию, отключите устройство и отрегулируйте провода.

Пояснение

Эта демонстрация изображает закон Ампера и силу Лоренца.

Ампера гласит, что если вы сложите магнитное поле в каждой точке на пути, который охватывает провод с током, оно будет пропорционально току, проходящему через провод, благодаря проницаемости свободного пространства. Закон Ампера выражается следующим уравнением:

где — магнитное поле, — бесконечно малый отрезок линии токоведущего провода, — проницаемость свободного пространства, — это ток, который проходит через провод.Применение закона Ампера к токоведущему проводу приводит к следующему уравнению:

Здесь — радиальное расстояние от провода, которое показывает, что магнитное поле затухает по мере удаления от провода. Направление магнитного поля также может определяться Правилом правой руки. Когда вы используете RHR для токоведущего провода, выровняйте большой палец в направлении тока. Направление, в котором вы сгибаете руки, чтобы сжать кулак, совпадает с направлением магнитного поля, создаваемого проводом с током.

Когда два токоведущих провода подводятся друг к другу, каждый из них испытывает силу от другого провода из-за явления, известного как сила Лоренца. Сила Лоренца говорит, что движущийся заряд во внешнем магнитном поле будет испытывать силу, потому что ток состоит из множества заряженных частиц (электронов), движущихся через провод, а противоположный провод создает внешнее магнитное поле. Каждый провод будет испытывать силу притяжения или отталкивания, в зависимости от направления тока.Сила Лоренца определяется уравнением ниже.

Здесь — сила, действующая на движущиеся заряды, или ток, L — длина токоведущего провода, и — внешнее магнитное поле, в котором движется ток.

Давайте рассмотрим случай, когда ток, протекающий по двум параллельным проводам, имеет одинаковое направление, что показано на рисунке 1 ниже.

Рисунок 1: Два параллельных токоведущих провода, где ток в каждом проводе течет в одном направлении.

Провод 1, левый провод на рисунке 1, создает магнитное поле, которое указывает за пределы страницы на левой стороне провода. Это показано кружком с точкой в ​​центре. Он также создает магнитное поле, которое указывает на страницу с правой стороны провода. Это показано кружком с X в центре. Направление магнитного поля определяется правилом правой руки, как обсуждалось выше.

Чтобы найти силу, которую один из этих проводов воздействует на другой, нам нужно правильно применить уравнение силы Лоренца.Давайте начнем с нахождения силы, действующей на провод 1 по проводу 2. Для этого нас интересует ток, проходящий через провод 1, а возникающий в магнитном поле, создаваемом проводом 2,. Мы знаем, что магнитное поле, которое испытывает провод 1 от провода 2, выходит за пределы страницы. Выровняв указательный палец в направлении вверх и средний палец в направлении выхода из страницы, мы видим, что сила, действующая на провод 1 по проводу 2, направлена ​​влево. Это означает, что провод 1 притягивается к проводу 2.Точно так же провод 2 притягивается к проводу 1. Таким образом, в случае, когда ток течет в одном направлении для параллельных проводов, два провода будут притягиваться.

Давайте рассмотрим случай, когда ток, протекающий по двум параллельным проводам, имеет одинаковое направление, что показано на рисунке 2 ниже.

Рис. 2: Два параллельных токоведущих провода, в каждом из которых ток течет в противоположных направлениях.

Провод 1, левый провод на Рисунке 1, создает магнитное поле, которое указывает на страницу с левой стороны провода.Это показано кружком с X в центре. Он также генерирует магнитное поле, которое указывает на страницу с правой стороны провода. Это показано кружком с точкой в ​​центре. Направление магнитного поля определяется правилом правой руки, как обсуждалось выше.

Используя тот же метод, что и в предыдущем случае (ток течет в том же направлении), мы определяем, что сила, действующая на провод 1 проводом 2, направлена ​​влево. Это означает, что провод 2 толкает провод 1 влево или в сторону от провода 2.Мы также выясняем, что сила, действующая на провод 2 проводом 1, направлена ​​вправо. Это говорит нам о том, что провод 1 толкает провод 2 вправо или в сторону от провода 1. Таким образом, мы заключаем, что ток, идущий в противоположных направлениях по двум параллельным проводам, будет отталкивать два токоведущих провода.

Банкноты

• Видеокамера для больших классов
• Эту демонстрацию можно показать где угодно

По сценарию Райана Дудшуса

План урока_10_Ампер-сила.Сила Лоренца

(П) Задание 1. Эксперимент и обсуждение результатов (Рабочий лист 1)

студентов работать в парах, чтобы провести эксперимент, чтобы показать, что сила действует на токопроводящую проводник в магнитном поле, включая эффект реверса:

— текущий

— направление поля

Заключение :

Если токоведущий провод помещен в магнитное поле (силовые линии которого расположены под прямым углом к ​​проводу), тогда он будет испытать силу под прямым углом как к текущему направлению, так и к силовые линии магнитного поля.

(T) Пояснение

Когда между магнитными полюсами помещается токопроводящий проводник, проводник испытывает движение из-за силы. Эта сила, получившая название ампер сила , является результатом взаимодействия следующих двух магнитных полей:

а. магнитное поле из-за магнита и

г. магнитное поле вокруг проводника с током.

Направление движения перпендикулярно направлению магнитного поля (с севера на юг) и направление условного тока в проводнике.

сила силы пропорциональна следующим четырем факторам:

а. Длина проводника в поле L

г. напряженность магнитного поля B ,

г. величина тока в проводнике,

г. угол между магнитным полем lin

es и дирижер.

усилие максимум , если угол 90 градусов и минимум сила, если угол равен нулю .

• F _A = B I L sin θ

Fleming’s Правило левой руки используется для определения направления этой силы.

Правило левой руки Флеминга : Согласно это правило, вытяните большой, указательный и средний пальцы левой руки таким образом, чтобы все три были взаимно перпендикулярны друг другу.

Если указательный палец указывает в направлении магнитного поля от с севера на южный полюс и средняя цифра указывает в направлении обычного ток от положительного к отрицательному, , затем большой палец указывает в направлении силы.

Убедитесь, что направление тока должен быть от положительного к отрицательному полюсу аккумулятора, который направление обычного тока.

Затвердевание

Активность 2. Решите проблемы (рабочий лист 2).

Лоренц Форс

(К) Разъяснение темы с помощью видеоролика .

Сила Лоренца действует на движение зарядов в магнитном поле:

(D) Используйте электронно-лучевую трубку или э / м трубку, чтобы продемонстрировать действие силы на пучке заряженных частиц (электронов).

Магнитные силы могут вызывать движение заряженных частиц круговые или спиральные дорожки.

Ускорители элементарных частиц заставляют протоны следовать круговые дорожки с магнитной силой. Космические лучи пойдут по спиральным путям, когда столкнувшись с магнитным полем астрофизических объектов или планет (один например, магнитное поле Земли).

Искривленные пути заряженных частиц в магнитные поля являются основой ряда явлений и даже могут быть использованы аналитически, например, в масс-спектрометре.

Затвердевание

Активность 3. Решите проблемы (лист 3).

левая линейка:

www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/triple_aqa/keeping_things_moving/the_motor_effect/revision/3/

Моделирование

https://www.walter-fendt.de/html5/phen/lorentzforce_en.htm

NB! В английской версии сила Ампера известна как сила Лоренца для тока. — несущий провод в магнитном поле

Лоренц Форс

https: // www.youtube.com/watch?v=nRDVm5rn_2A

Сила на электронном пучке:

www.youtube.com/watch?v=3McFA40nP0A

Сила на движущийся заряд в магнитном поле — BCIT Physics 0312 Учебник

Каков механизм, с помощью которого один магнит оказывает силу на другой? Ответ связан с тем фактом, что весь магнетизм вызван током, потоком заряда. Магнитные поля действуют на движущиеся заряды , и поэтому они действуют на другие магниты, у всех из которых есть движущиеся заряды.

Магнитная сила, действующая на движущийся заряд, — одна из самых фундаментальных известных. Магнитная сила так же важна, как электростатическая или кулоновская сила. Однако магнитная сила более сложна как по количеству влияющих на нее факторов, так и по ее направлению, чем относительно простая кулоновская сила. Величина магнитной силы FF размером 12 {F} {} на заряде qq размером 12 {q} {}, движущемся со скоростью vv размером 12 {v} {} в магнитном поле напряженностью BB размером 12 {B} { } дается

F = qvBsinθ, F = qvBsinθ, размер 12 {F = ital «qvB» «sin» θ} {}

где θθ размер 12 {θ} {} — угол между направлениями vv и B.B. размер 12 {B} {} Эту силу часто называют силой Лоренца. Фактически, именно так мы определяем напряженность магнитного поля BB размером 12 {B} {} — в терминах силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Единица СИ для напряженности магнитного поля BB размером 12 {B} {} называется тесла (Т) в честь эксцентричного, но блестящего изобретателя Николы Тесла (1856–1943). Чтобы определить, как тесла соотносится с другими единицами СИ, мы решаем F = qvBsinθF = qvBsinθ size 12 {F = ital «qvB» «sin» θ} {} для BB размера 12 {B} {}.

B = FqvsinθB = Fqvsinθ размер 12 {B = {{F} over {ital «qv» «sin» θ}}} {}

Поскольку
sinθsinθ размер 12 {θ} {}
является безразмерным, тесла составляет

1 T = 1 NC⋅m / s = 1 NA⋅m1 T = 1 NC⋅m / s = 1 NA⋅m размер 12 {«1 T» = {{«1 N»} больше {C cdot «m / s ”}} = {{1 ″ N”} больше {A cdot m}}} ​​{}

(обратите внимание, что C / s = A).

Еще одна меньшая единица, называемая гауссом (G), где 1 G = 10−4T1 G = 10−4T размер 12 {1`G = ”10 ″ rSup {size 8 {- 4}}` T} {}, является иногда используется. Самые сильные постоянные магниты имеют поля около 2 Тл; сверхпроводящие электромагниты могут достигать 10 Тл или более. Магнитное поле Земли на ее поверхности составляет всего около 5 × 10–5T5 × 10–5T, размер 12 {5 раз «10» rSup {size 8 {- 5}} `T} {}, или 0,5 Гс.

Направление магнитной силы FF размером 12 {F} {} перпендикулярно плоскости, образованной vv размером 12 {v} {} и BB, как определено правилом правой руки 1 (или RHR-1), который проиллюстрирован в [ссылка].RHR-1 утверждает, что для определения направления магнитной силы на положительный движущийся заряд вы указываете большим пальцем правой руки в направлении vv, пальцами в направлении BB, а перпендикуляр к ладони указывает в направление FF. Один из способов запомнить это — это одна скорость, и поэтому большой палец представляет ее. Есть много линий поля, поэтому пальцы представляют их. Сила действует в том направлении, в котором вы толкаете ладонью. Сила, действующая на отрицательный заряд, прямо противоположна силе, действующей на положительный заряд.

Установление соединений: заряды и магниты

На статические заряды не действует магнитная сила.Однако на движущиеся заряды действует магнитная сила. Когда заряды неподвижны, их электрические поля не влияют на магниты. Но когда заряды движутся, они создают магнитные поля, которые действуют на другие магниты. Когда есть относительное движение, возникает связь между электрическим и магнитным полями — одно влияет на другое.

Расчет магнитной силы: магнитное поле Земли на заряженном стеклянном стержне

За исключением компасов, вы редко видите или лично испытываете силы из-за небольшого магнитного поля Земли.Чтобы проиллюстрировать это, предположим, что в физической лаборатории вы натираете стеклянный стержень шелком, помещая на него положительный заряд 20 нКл. Вычислите силу, действующую на стержень из-за магнитного поля Земли, если вы бросите его с горизонтальной скоростью 10 м / с на запад в место, где поле Земли направлено на север параллельно земле. (Направление силы определяется правилом правой руки 1, как показано в [ссылка].)

Стратегия

Нам дан заряд, его скорость, сила и направление магнитного поля. Таким образом, мы можем использовать уравнение F = qvBsinθF = qvBsinθ size 12 {F = ital «qvB» «sin» θ} {}, чтобы найти силу.

Решение

Магнитная сила

F = qvbsinθ.F = qvbsinθ. размер 12 {F = ital «qvb» «sin» θ} {}

Мы видим, что sinθ = 1sinθ = 1 размер 12 {«sin» θ = 1} {}, поскольку угол между скоростью и направлением поля составляет 90º90º размер 12 {«90» rSup {size 8 {circ}} } {}.Ввод других заданных количеств дает

F = 20 × 10–9C10 м / с 5 × 10–5T = 1 × 10–11C⋅м / сNC⋅м / с = 1 × 10–11N.F = 20 × 10–9C10 м / с5 × 10–5T = 1 × 10–11C⋅m / sNC⋅m / s = 1 × 10–11N.alignl {stack {
size 12 {F = left («20» умножить на «10» rSup {size 8 {- 9}} ` C вправо) влево («10 ″« »м / с» вправо) влево (5 раз «10» rSup {размер 8 {- 5}} «T вправо)} {} #
» «= 1 раз« 10 »rSup {size 8 {- «11»}} `left (C cdot« м / с »справа) left ({{N} over {C cdot« m / s »}} справа) = 1 умножить на« 10 »rSup {size 8 {- «11»}} `N». » {}
}} {}

Обсуждение

Эта сила совершенно незначительна для любого макроскопического объекта, что согласуется с опытом.(Он рассчитывается только с одной цифрой, поскольку поле Земли меняется в зависимости от местоположения и приводится только с одной цифрой.) Магнитное поле Земли, однако, оказывает очень важное влияние, особенно на субмикроскопические частицы. Некоторые из них рассматриваются в книге «Сила движущегося заряда в магнитном поле: примеры и приложения».