10 класс Закон Ампера. Сила Лоренца.

Поскольку магнитное поле проводника с током действует с определённой силой на магнит, то естественно предположить, что со стороны магнитного поля магнита на проводник с током также должна действовать какая-то сила. Рассмотрим более подробно действие магнитного поля на проводник с током и попытаемся подтвердить или опровергнуть высказанное предположение.

Для этого соберём цепь, состоящую из источника тока, ключа, трёхсторонней рамки, реостата и подковообразного магнита, закреплённого в штативе. Рамку подвесим на крючках так, чтобы она могла свободно вращаться, и поместим в магнитное поле, созданное подковообразным магнитом. Присоединим рамку к источнику тока, последовательно с реостатом и ключом. При разомкнутой цепи действия со стороны магнитного поля магнита на рамку не наблюдается. Если же цепь замкнуть, то проводник приходит в движение — он втягивается в пространство между полюсами дугообразного магнита.

Следовательно, магнитное поле действует на рамку с током с некоторой силой, отклоняющей её от первоначального положения.

Раз магнитное поле способно оказывать действие на проводник с током, то это действие может быть использовано для обнаружения магнитного поля в данной области пространства.

Кто-то из вас скажет, что зачем столько сложностей, если магнитное поле можно обнаружить с помощью простого компаса.

Да, с помощью компаса проще, но вспомните гипотезу Ампера: внутри каждой молекулы вещества циркулируют кольцевые электрические токи. Поэтому действие магнитного поля на стрелку компаса сводится к действию поля на элементарные электрические токи, которые циркулируют в атомах и молекулах вещества, из которого изготовлена магнитная стрелка.

Таким образом, магнитное поле создаётся электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток.

Но вернёмся к нашему опыту. Давайте поменяем направление тока в цепи. Замкнув её увидим, что проводник отклонился в противоположную сторону.

Значит, вместе с током изменилось и направление действующей на рамку силы.

Если теперь поменять местами полюсы магнита (то есть изменить направление магнитных линий), то мы увидим, как рамка с током вновь втягивается в пространство между полюсами магнита.

Значит, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник с током, связаны между собой.

Из курса физики восьмого класса вы знаете, что сила, с которой магнитное поле действует на помещённый в него проводник с током, называется силой Ампера, в честь французского учёного Андре-Мари Ампера.

Направление силы Ампера можно определить с помощью правила левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а четыре пальца были направлены по направлению тока в проводнике, то отогнутый на девяносто градусов большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

При использовании данного правила не забывайте о том, что за направление тока в цепи принято направление в котором движутся или могли бы двигаться положительно заряженные частицы.

С помощью правила левой руки также определяют и направление силы, действующую на отдельную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Для самого простого случая, то есть когда частица движется перпендикулярно линиям магнитного поля, это правило звучит так: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на девяносто градусов большой палец покажет направление действующей на частицу силы.

Обратим внимание ещё на один важный момент: магнитное поле не действует в случаях, если прямолинейный проводник с током или скорость движущейся заряженной частицы параллельны линиям магнитного поля или совпадают с ними.

21.3: Магнитная сила на движущийся электрический заряд

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

15648

Величина магнитной силы

Как один магнит притягивает другой? Ответ основан на том факте, что весь магнетизм основан на токе, потоке заряда. Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряды , и поэтому они воздействуют на другие магниты, все из которых имеют движущиеся заряды.

Магнитная сила, действующая на движущийся заряд, является одной из самых фундаментальных известных. Магнитная сила так же важна, как электростатическая или кулоновская сила. И все же магнитная сила более сложна как по количеству воздействующих на нее факторов, так и по своему направлению, чем относительно простая кулоновская сила. Величина магнитной силы \(\mathrm{F}\) на заряде \(\mathrm{q}\), движущемся со скоростью \(\mathrm{v}\) в магнитном поле напряженностью \(\mathrm {B}\) определяется как:

\[\mathrm {F} = \mathrm {q} \mathrm {vB} \sin (\theta)\]

, где θ — угол между направлениями \(\mathrm{v}\) и \(\mathrm{B}\). Эта формула используется для определения магнитной силы \(\mathrm{B}\) с точки зрения силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Единица СИ для величины напряженности магнитного поля называется тесла (Тл) в честь блестящего и эксцентричного изобретателя Николы Теслы (1856–1943), который внес большой вклад в наше понимание магнитных полей и их практического применения. Чтобы определить, как тесла относится к другим единицам СИ, мы решаем \(\mathrm {F} = \mathrm {q} \mathrm {vB} \sin (\theta)\) для \(\mathrm{B}\) :

\[\mathrm {B} = \dfrac {\mathrm {F}} {\mathrm {qvsin} (\theta)}\]

Поскольку sin θ безразмерно, тесла равен

\[1 \mathrm { T } = \ dfrac { 1 \ mathrm { N } } { \ mathrm { C } \ times \ mathrm { m } / \ mathrm { s } } = \ dfrac { 1 \ mathrm { N } } { \mathrm { A } \times \mathrm { m } } \]

Иногда используется другая меньшая единица, называемая гауссом (G), где 1 G = 10 ⁻⁴ Тл. Самые сильные постоянные магниты имеют поля около 2 Тл; сверхпроводящие электромагниты могут достигать 10 Тл и более. Магнитное поле Земли на ее поверхности составляет всего около 5×10 ⁻⁵ Тл или 0,5 Гс. {B}\) в соответствии с правилом правой руки, которое показано на рис. 1. Оно гласит, что для определения направления магнитной силы на положительный движущийся заряд вы указываете большим пальцем правой руки в направлении \(\mathrm{v}\), пальцы в направлении \(\mathrm{B}\), а перпендикуляр к ладони указывает в направлении \(\mathrm{F}\). Один из способов запомнить это состоит в том, что существует одна скорость, и поэтому ее представляет большой палец. Есть много линий поля, поэтому пальцы представляют их. Сила направлена ​​в том направлении, куда вы бы толкнули ладонью. Сила, действующая на отрицательный заряд, направлена ​​прямо противоположно силе на положительном заряде.

Правило правой руки : Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряды. Эта сила является одной из самых основных известных. Направление магнитной силы на движущийся заряд перпендикулярно плоскости, образованной v и B, и следует правилу правой руки-1 (RHR-1), как показано. Величина силы пропорциональна q, v, B и синусу угла между v и B.

Направление магнитной силы: правило правой руки

Правило правой руки используется для определения направления магнитная сила на положительный заряд.

цели обучения

• Применение правила правой руки для определения направления магнитной силы, действующей на заряд

Направление магнитной силы: правило правой руки

До сих пор мы описывали величину магнитной силы, действующей на движущийся электрический заряд, но не направление. Магнитное поле является векторным полем, поэтому приложенная сила будет ориентирована в определенном направлении. Есть хитрый способ определить это направление, используя только правую руку. Направление магнитной силы F перпендикулярен плоскости, образованной v и B , как определено правилом правой руки, которое показано на рисунке выше. Правило правой руки гласит: чтобы определить направление магнитной силы на положительно движущемся заряде ƒ, направьте большой палец правой руки в направлении v , остальные пальцы в направлении B , а перпендикулярно ладони указывает в направлении F .

Правило правой руки : Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряды. Эта сила является одной из самых основных известных. Направление магнитной силы на движущийся заряд перпендикулярно плоскости, образованной v и B, и следует правилу правой руки-1 (RHR-1), как показано. Величина силы пропорциональна q, v, B и синусу угла между v и B.

Один из способов запомнить это состоит в том, что существует одна скорость, представленная большим пальцем. Есть много линий поля, представленных соответственно пальцами. Сила направлена ​​в том направлении, куда вы бы толкнули ладонью. Сила, действующая на отрицательный заряд, направлена ​​прямо противоположно силе на положительном заряде. Поскольку сила всегда перпендикулярна вектору скорости, чистое магнитное поле не будет ускорять заряженную частицу в одном направлении, однако вызовет круговое или винтовое движение (концепция более подробно рассматривается в следующих разделах). Важно отметить, что магнитное поле не будет воздействовать на статический электрический заряд. Эти два наблюдения согласуются с правилом, согласно которому магнитные поля не действуют работают .

Ключевые моменты

• Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряженные частицы.
• направление магнитной силы \(\mathrm{F}\) перпендикулярно плоскости, образованной \(\mathrm{v}\) и \(\mathrm{B}\), как определено правой рукой правило.
• Единица СИ для величины напряженности магнитного поля называется тесла (Тл), что эквивалентно одному ньютону на амперметр. Иногда меньшая единица гаусс (10 ^-4 T).
• Когда выражение для магнитной силы объединяется с выражением для электрической силы, объединенное выражение известно как сила Лоренца.
• При рассмотрении движения заряженной частицы в магнитном поле соответствующими векторами являются магнитное поле B, скорость частицы v и магнитная сила, действующая на частицу F. Все эти векторы перпендикулярны друг другу.
• Правило правой руки гласит, что для нахождения направления магнитной силы на положительно движущемся заряде большой палец правой руки указывает в направлении v, остальные — в направлении B, а сила (F) равна направлен перпендикулярно ладони правой руки.
• Направление силы F, действующей на отрицательный заряд, противоположно указанному выше (то есть направлено от тыльной стороны ладони).

Ключевые термины

• Сила Кулона : электростатическая сила между двумя зарядами, как описано законом Кулона
• магнитное поле : Состояние в пространстве вокруг магнита или электрического тока, в котором присутствует определяемая магнитная сила и где присутствуют два магнитных полюса.
• тесла : В Международной системе единиц — производная единица плотности магнитного потока или магнитной индуктивности. Символ: Т
• Правило правой руки : Направление угловой скорости ω и углового момента L, в котором большой палец правой руки указывает, когда вы сгибаете пальцы в направлении вращения.

ЛИЦЕНЗИИ И АВТОРСТВО

CC ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОДЕРЖИМОЕ, ​​ПРЕДОСТАВЛЕННОЕ РАНЕЕ

• Курирование и пересмотр. Предоставлено : Boundless.com. Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike

CC ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОДЕРЖИМОЕ, ​​СПЕЦИАЛЬНОЕ АВТОРСТВО

• магнитное поле. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/Magnetic_field . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Магнитная сила. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Magnetic_force . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Колледж физики. 17 сентября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42372/latest/?collection=col11406/1.7 . Лицензия : CC BY: Attribution
• тесла. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en. wiktionary.org/wiki/tesla . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Кулоновская сила. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/Coulomb_force . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Колледж физики. 16 января 2015 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42372/latest/?collection=col11406/1.7 . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Колледж физики. 18 сентября 2013 г.
  Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42372/latest/?collection=col11406/1. 7 . Лицензия : CC BY: Attribution
• Магнитная сила. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Magnetic_force . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Правило правой руки. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Right_hand_rule . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Безграничный. Предоставлено : Безграничное обучение. Расположен по адресу : www.boundless.com//physics/definition/right-hand-rule . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Колледж физики. 16 января 2015 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42372/latest/?collection=col11406/1.7 . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Колледж физики. 14 ноября 2012 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42372/latest/?collection=col11406/1.7 . Лицензия : CC BY: Attribution

---

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. Кулоновская сила
   2. Магнитное поле
   3. Правило правой руки
   4. source@https://ocw. mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-013-electromagnetics-and-applications-spring-2009
   5. тесла

Лекция 20

Лекция 20 Резюме

• Векторные перекрестные произведения
• Магнитная сила на зарядах
• Магнитное воздействие на токи

• Письменная викторина Гл. 27




---

Глава 29

---



• Закон Био-Савара
• Апплет поля с одним проводом
• Поле петли тока
• Две правые линейки
• Анимация правила правой руки
• B полевой апплет

Пример №1
Пример #2
Пример #3

• Введение в закон Ампера
• Практика:
  Попробуйте эти дополнительные примеры
Пример #4

Пример #5

Пример #6

• Подготовить:
  Завтрашняя лекция содержит видеообзор глав 28-29

км
По проводу течет электрический ток на север. В каком направлении указывает

B ? над проводом?
А. Север
Б. Юг
К. Восток
Д. Вест
Е. Наверх
F. Вниз
Ответ

Рыцарь2 33.stt.4
Ток в этой петле течет _____, если смотреть сверху, и северный магнитный полюс его поле находится на _____ стороне цикла.
А. по часовой стрелке… сверху
B. по часовой стрелке … снизу
C. против часовой стрелки… сверху
D. против часовой стрелки… снизу
Ответ

ТД5 22,35
Чему равно магнитное поле P на рисунке, если радиус кривой равен 0,60 м, а ток 3,00 А?
А. 5,75 мкм Т
Б. 572 нТл
С. 262 нТл
Д. 108 нТл
Ответ

gc6 20,26
Кабель-перемычка, используемый для запуска заглохшего автомобиля, пропускает ток 65 А. Насколько сильным является магнит поле на расстоянии 6,0 см от него?
А. 2,17×10 ⁻⁴ Т
Б. 6,90×10 ⁻⁵ Т
С. 3,45×10 ⁻⁵ Т
D. 1,38×10 ⁻⁶ T
Ответ

Walker5e рис. 22-32
Два провода с током пересекаются под прямым углом, как показано на рисунке. В каких точках будет магнитное поле будет самым сильным?
А. Точка 3
Б. Пункты 1 и 2
C. Пункты 1 и 3
D. Пункты 2 и 4
Ответ

Walker5e CnEx 22-12
Магнитное поле, показанное ниже, создается горизонтальным проводом с током. Какой путь делает ток в проводе течет?

А. налево
Б. направо
C. любое направление создает одинаковое магнитное поле
Ответ

 
A. +21,0 В

 

C. Восток
Используя правило правой руки, направьте большой палец на север, в том же направлении, что и течение. Свернутый пальцы вашей правой руки будут указывать на восток прямо над проводом.

 

B. по часовой стрелке … снизу

Второе правило правой руки гласит, что если пальцы вашей правая рука скручивается в направлении тока, большой палец указывает в направлении магнитного поля.