Физика для всех. Введение в сущность и структуру физики. Том 1. Классическая физика
Физика для всех. Введение в сущность и структуру физики. Том 1. Классическая физика
ОглавлениеОТ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДАИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ АВТОРА О ПРОБЛЕМЕ ДВИЖЕНИЯ 1. ПИЗАНСКАЯ БАШНЯ ВЗГЛЯДЫ АРИСТОТЕЛЯ НА ДВИЖЕНИЕ ТЕЛ КРИТИКА ИДЕЙ АРИСТОТЕЛЯ ПЕРЕСМОТР ФИЗИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ 2. СОВЕРШЕННО НОВАЯ НАУКА «ДЕНЬ ТРЕТИЙ» О МЕСТНОМ ДВИЖЕНИИ (DE MOTU LOCALI) 3. ЧТО ТАКОЕ СИЛА? НЕКОТОРЫЕ СИЛЫ В ПРИРОДЕ НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ, КОТОРЫЕ ОПИСЫВАЮТСЯ ВЕКТОРАМИ 4. «ЛЬВА УЗНАЮТ ПО ЕГО КОГТЯМ» МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАЧАЛА НАТУРАЛЬНОЙ ФИЛОСОФИИ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ И МАССЫ РАВНОМЕРНОЕ КРУГОВОЕ ДВИЖЕНИЕ 5.  ГАРМОНИЯ СФЕРГЕЛИОЦЕНТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОПЕРНИКА ПЛАНЕТАРНАЯ СИСТЕМА КЕПЛЕРА 6. НЬЮТОНОВСКАЯ СИСТЕМА МИРА ВСЕМИРНОЕ ТЯГОТЕНИЕ ОПЫТ, ЗАКОН, СИСТЕМА 7. ОПЫТ И ЗАКОН 8. ЯЗЫК ФИЗИКИ 9. СТРУКТУРА ПРОСТРАНСТВА ЕВКЛИДОВО ЛИ ПРОСТРАНСТВО? ГЕОМЕТРИЯ ЕВКЛИДА КАК МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГЕОМЕТРИЯ ЕВКЛИДА КАК ОБЩЕЕ СОГЛАШЕНИЕ МИР НЬЮТОНА 10. СИЛЫ И ДВИЖЕНИЯ 11. СТОЛКНОВЕНИЯ ЧАСТИЦ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА В СЛУЧАЕ СТОЛКНОВЕНИЙ ЧАСТИЦ МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ УПРУГИЕ СТОЛКНОВЕНИЯ 12. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЗАМЕЧАТЕЛЬНОЕ СВОЙСТВО ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ НЕКОТОРЫХ ПРОСТЫХ СИЛОВЫХ СИСТЕМ 13. СИСТЕМЫ МНОГИХ ЧАСТИЦ ПРОСТЕЙШИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМ МНОГИХ ЧАСТИЦ ЗАКОНЫ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ МНОГИХ ЧАСТИЦ ЦЕНТР МАСС 14. АБСОЛЮТНО ТВЕРДЫЕ ТЕЛА В ДВИЖЕНИИ И В ПОКОЕ ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ СТАТИКА: ТВЕРДЫЕ ТЕЛА В ПОКОЕ ДИНАМИКА: ТВЕРДЫЕ ТЕЛА В ДВИЖЕНИИ 15.  ВСЕЛЕННАЯ КАК МАШИНАО ПРИРОДЕ СВЕТА 16. ТЕННИСНЫЕ МЯЧИ ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА ДЕКАРТ ОБ ОТРАЖЕНИИ И ПРЕЛОМЛЕНИИ СВЕТА СВЕТ КАК ТЕННИСНЫЙ МЯЧ 17. ВОЛНЫ НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ОДНОМЕРНОГО ВОЛНОВОГО ДВИЖЕНИЯ ВОЛНОВАЯ ФУНКЦИЯ ОДНОМЕРНЫЕ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ ОДНОМЕРНЫЕ ВОЛНЫ НА ГРАНИЦАХ РАЗДЕЛА СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ ВОЛНЫ В ДВУХ, ТРЕХ И N ИЗМЕРЕНИЯХ (СВОЙСТВА ИНЕРЦИИ) ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ДИФРАКЦИЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЧТО ТАКОЕ СВЕТ? ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИЛЫ И ПОЛЯ 19. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ СИЛЫ: ЗАРЯДЫ В ПОКОЕ ПРОВОДНИКИ И ИЗОЛЯТОРЫ КУЛОНОВСКИЕ СИЛЫ ПРИРОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАССЫ СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ПЛАНЕТАРНАЯ СИСТЕМА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ 20. МАГНИТНЫЕ СИЛЫ: ЗАРЯДЫ В ДВИЖЕНИИ МАГНИТНЫЕ СИЛЫ СИЛА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ НА ДВИЖУЩИЙСЯ ЗАРЯД МАГНИТНОЕ ПОЛЕ НЕКОТОРЫЕ ВЫВОДЫ ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ МАГНИТЫ 21. ИНДУКЦИОННЫЕ СИЛЫ: ЗАРЯДЫ И ПЕРЕМЕННЫЕ ТОКИ ЗАКОН ФАРАДЕЯ ПРОВОД, ДВИЖУЩИЙСЯ в ОДНОРОДНОМ ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ 22.  ЗАКОН АМПЕРА И ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЗАРЯДА 23. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ГЕРЦ НАБЛЮДАЕТ МАКСВЕЛЛОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ О ПРИРОДЕ ТЕПЛА 24. СОХРАНЕНИЕ ЭНЕРГИИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ШКАЛЫ ТЕПЛОТА МЕХАНИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ ТЕПЛОТЫ; ТЕПЛОТА КАК ЭНЕРГИЯ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ГЕЛЬМГОЛЬЦА 25. ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ПАРОВАЯ МАШИНА КАРНО СОВРЕМЕННАЯ ФОРМА ДОКАЗАТЕЛЬСТВА КАРНО ЭНТРОПИЯ 26. КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ПОВЕДЕНИЕ ГАЗОВ УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА КАК СЛЕДСТВИЕ КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ МЕХАНИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НЕКОТОРЫЕ СЛЕДСТВИЯ КОГДА ТЕПЛОТА МОЖЕТ СОВЕРШАТЬ РАБОТУ? 27. СТАТИСТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ БЕСПОРЯДОК И ЭНТРОПИЯ ОБРАТИМОСТЬ ВРЕМЕНИ И ЭНТРОПИЯ ПРИЛОЖЕНИЯ 1. ЧИСЛА, АЛГЕБРА 2. МНОЖЕСТВА И ФУНКЦИИ 3. РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ 4. СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ, ПРЕДЕЛЫ 5. ГЕОМЕТРИЯ 6. ВЕКТОРЫ 7.  НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ О СИСТЕМАХ ЕДИНИЦВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ЛИТЕРАТУРА |
7. Сила, действующая на заряд, движущийся в
электромагнитном поле
Рассмотрим заряд , двигающийся со скоростьюв электромагнитном поле с напряженностьюи магнитной индукцией.
Сила, действующая на элемент тока
магнитная сила, действующая на движущийся в магнитном поле заряд.
Электрическая сила, действующая на заряд, определяется напряженностью электрического поля
Сила, действующая на заряд, движущийся в электромагнитном поле
— сила Лоренца.
Пример:
Рассмотрим 2 одинаковых по величине заряда , двигающихся параллельно друг другу с одинаковыми скоростями. Найдем силу взаимодействия зарядов
Магнитная индукция, создаваемая 2 зарядом в месте нахождения заряда 1, т.е. на перпендикуляре, проведенном к траектории движения заряда 2 из точки, в которой он в данной момент находится:
Найденное магнитное поле является полем движущегося заряда, оно и действует на заряд, летящий параллельно первому, с магнитной силой:
.
Опред.
—магнитное поле движущегося заряда.
Полученное соотношение справедливо и при релятивистских скоростях.
Если перейти в систему отсчета зарядов, то в ней магнитных сил не будет, и заряды будут взаимодействовать с электрической силой .
Вопр.Что же получается: в зависимости от того, из какой системы смотреть, изменяется сила? Ну а заряды как на это посмотрят? Они-то какую силу чувствуют? Может быть, мы сделали что-то не так?
Отв.Действительно, мы совершенно безосновательно считали, что электрическое поле
движущегося заряда
.
В нерелятивистском приближении полная
сила,
действующая на заряд в любой системе,
должна быть одна и та же, но в системе,
связанной с зарядом, она чисто
электрическая, а в лабораторной системе
она разделяется на электрическую и
магнитную, следовательно, электрическое
и магнитное поля переходят друг в друга,
а так как заряды могут двигаться с
высокими скоростями, то полная теория
электромагнетизма должна быть
релятивистской.
Электрические и магнитные поля при переходе из одной инерциальной системы в
другую преобразуются в соответствии с преобразованиями Лоренца (именно для этого Лоренц и написал свои преобразования, являющиеся краеугольным камнем Теории относительности).
Пусть движется относительносо скоростью, тогда при переходе в системукомпоненты электромагнитного поля преобразуются следующим образом:
;
;
;.
Здесь .
Или разложив , где, имеем:
;
;
В нашем случае:
;, то есть, в самом деле;
Т.о. в собственной системе заряды “чувствуют” меньшее электрическое поле, которое определяет собой такую же силу взаимодействия, как суммарная сила в лабораторной системе. Эта сила включает в себя нашу «лабораторную» электрическую силу и противодействующую ей «лабораторную» магнитную силу.
Выводы:
Продолжаем изучать свойства векторных полей. На очереди понятия:
циркуляция
С и ротор.
1) Циркуляция
Пусть в любой точке пространства существует поле с напряженностью сила, действующая на единичный объект, равна.
— работа поля по перемещению единичного объекта на.
Если , то есть контур замкнутый, то — циркуляцияпо.
Физический смысл циркуляции: циркуляция — это работа сил поля по перемещению единичного объекта по замкнутому контуру.
Свойства циркуляции:
1. — алгебраическая скалярная величина.
2. зависит от направления обхода
3. Для консервативного поля сил .
Условие консервативности:
Именно потому, что электростатические поля консервативны, мы до сих пор не
использовали понятие циркуляции для
нахождения распределения таких полей.
Полезно иметь в виду, что условия
равенства нулю являются, как правило,
отрицающими или запрещающими, а не
созидающими, т.к. по ним можно сказать
только, чего нет и не может быть ( мы
вернемся к этому вопросу, когда будем
обсуждать смысл уравнений Максвелла).
Пример:
Векторное поле
Т.к. , то- неконсервативное поле.
4. Аддитивность
Циркуляция скорости — кинематическая характеристика течений жидкости или газа, которая служит мерой завихренности течения.
Если циркуляция скорости по любому замкнутому контуру, проведенному внутри
жидкости, равна нулю, то течение – безвихревое или потенциальное.
(Потенциальные скорости – однозначные функции координат).
Если , то существует вихри, которые, обтекая тело, приводят к существованию
силы, таково происхождение подъемной силы, в часности, крыла самолета, перпендикулярной к скорости :, где- плотность жидкости или газа.
Если, то- давление
2) Ротор== вихрь
Определение ротора:
Вихревое движение – это движение
непрерывной среды, при котором перемещение
её малых элементов состоит не только
из поступательного движения, но и
вращения около некоторой мгновенной
оси.
Пример: смерчи, водовороты.
Если — поле скоростей частиц, то вихревая линия (линия, касательная к ротору) есть мгновенная ось вращения этих частиц.
Т.о. ротор определяет собой направление мгновенной оси вращения частицы, находящейся в данной точке.
Вихревые линии не могут начинаться и кончаться внутри однородной среды:
они или замкнуты или кончаются на границе раздела сред (поверхности Земли, жидкости, чашки, реки, ванны).
—такой вектор от данного, компоненты которого определяются циркуляцией данного вектора по трем ортогональным контурам.
— одно из обозначений.
Найдемдля декартовых координат из определения. В этом случае:
— что и требовалось доказать.
Аналогично:
Потенциальные (консервативные) поля являются безвихревыми,
т.к. для них все компоненты ротора равны 0 (.
Свойства :
1. — векторная функция векторного аргумента.
2.
Аддитивность
3. нет завихрений в потенциальном поле.
Вопр.А как же смерчи на Земле?
Отв.Смерчи – следствие трения, также как воронки в ванне – следствие вязкости ,
в сверхтекучей жидкости турбулентности нет.
4. ,у вихрей нет источников.
5.
3) Теорема Стокса
Циркуляция по произвольному замкнутому контуруравна потокучерез произвольную поверхность, ограниченную данным контуром:
.
А Заряд, перемещающий магнитное поле под действием силы
ЭЛЕКТРОМАГНИТ
Электромагнит представляет собой временный сильный магнит и представляет собой соленоид с обмоткой на сердечнике из мягкого железа.
Электромагнит состоит из сердечника из мягкого железа AB, помещенного внутрь соленоида. Ток в соленоиде можно регулировать реостатом Rh в цепи с батарейкой и ключом K, как показано на рисунке. Электромагнит приобретает магнитные свойства только при пропускании электрического тока через соленоид.
Как только ток отключается, он почти теряет свои магнитные свойства, поскольку сохраняющая способность (способность сохранять магнетизм) мягкого железа очень низка.
Сила электромагнита зависит от:
- Количество протекающего тока.
- Количество круговых витков провода.
Чтобы обеспечить сильное магнитное поле в небольшой области, электромагнит выполнен в форме буквы U. Такой магнит называется подковообразным магнитом.
Использование электромагнитов
- Электромагниты используются в электрических устройствах, таких как электрический звонок, электрический вентилятор, телеграф, электропоезд, электродвигатель, генератор и т. д.
- Для подъема и транспортировки больших масс железа в виде балок.
- В медицинской практике для удаления железяк из ран.
ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ
Постоянный магнит изготовлен из стали. Поскольку сталь обладает большей удерживающей способностью, чем железо, она не так легко теряет свой магнетизм.
Стальной стержень помещают внутрь соленоида АВ, как показано на рисунке, и ток включают и выключают с помощью ключа К. При удалении и проверке стержня оказывается, что он намагничен. Бесполезно пропускать ток через соленоид в течение длительного времени, потому что стержень не будет намагничиваться сверх определенного предела. С другой стороны, соленоид может быть поврежден из-за перегрева.
Помимо различных сортов стали (углеродистая сталь, хромистая сталь, кобальтовая и вольфрамовая сталь), некоторые сплавы, такие как Alnico (алюминий, никель и кобальт) и Nipermag (сплав железа, никеля, алюминия и титана), используются для изготовления очень прочных постоянные магниты.
Использование постоянных магнитов
Постоянные магниты используются в
- Электросчетчики (гальванометры, вольтметры, амперметры, спидометры и др.)
- Микрофоны и громкоговорители и
- Электрические часы.
Разница между стержневым магнитом (для постоянного магнита) и электромагнитом:
С. | BarMagnet (постоянный магнит) | Электромагнит |
1. | Стержневой магнит представляет собой постоянный магнит | Электромагнит — это временный магнит. Его магнетизм существует только на время, в течение которого через него проходит ток, поэтому магнетизм электромагнита можно включать или выключать по желанию. |
2. | Постоянный магнит создает сравнительно слабую силу притяжения. | Электромагнит может создавать очень сильную магнитную силу. |
3. | Сила постоянного магнита не может быть изменена. | Силу электромагнита можно изменить, изменив число витков в его катушке или изменив ток, проходящий через нее. |
4. | Полярность постоянного магнита (север-юг) фиксирована и не может быть изменена. | Полярность электромагнита можно изменить, изменив направление тока в его катушке. |
№ 
Постоянные магниты обычно изготавливаются из таких сплавов, как углеродистая сталь, хромистая сталь, кобальтовая сталь, вольфрамовая сталь, нипермаг и альнико. Nipermag представляет собой сплав железа, никеля, алюминия и титана, тогда как ALNICO представляет собой сплав алюминия, никеля и кобальта. Постоянные магниты из этих сплавов намного прочнее, чем из обычной стали, такие сильные постоянные магниты используются в микрофонах, громкоговорителях, электрических часах, амперметрах, вольтметрах, спидометрах и многих других приборах.
(c) Методы размагничивания постоянного магнита:
(i) Магнит можно размагнитить с помощью:
(A) Саморазмагничивание, если магнит хранится без использования магнитных фиксаторов.
(B) Падение с высоты или грубое обращение.
(C) Нагрев или забивание магнита.
(ii) Магнит можно размагнитить, поместив его в соленоид и пропуская через него высокочастотный переменный ток.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТИЗМА В МЕДИЦИНЕ:
Электрический ток всегда создает магнитное поле. Даже слабые ионные потоки, проходящие по нервным клеткам нашего тела, создают магнитные поля.
Когда мы к чему-то прикасаемся, наши нервы передают электрический импульс мышцам, которые нам нужно использовать. Импульс создает временное магнитное поле. Эти поля очень слабые и составляют одну миллиардную магнитного поля Земли. Сердце и мозг — это два основных органа человеческого тела, в которых создается значительное магнитное поле. Магнитное поле внутри тела является основой получения изображений различных частей тела. Это делается с помощью метода, называемого магнитно-резонансными изображениями (МРТ). Анализ этих изображений помогает в медицинской диагностике. Таким образом, магнетизм нашел важное применение в медицине.
МАГНИТНАЯ СИЛА:
(a) Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле:
Сразу после открытия Эрстедом электрических токов, создающих магнитные поля и действующих на магниты, Ампер предположил, что магнит также должен оказывать равную и противоположную силу на проводник с током.
Когда проводник с током находится в магнитном поле (не параллельно ему), на него действует сила. Эта сила создается за счет взаимодействия магнитного поля тока в проводнике и внешнего магнитного поля на проводнике. В результате этой суперпозиции результирующее магнитное поле на одной стороне проводника слабее, чем на другой стороне. Следовательно, проводник испытывает результирующую силу в одном направлении.
Возьмите небольшой алюминиевый стержень AB. Подвесьте его горизонтально с помощью двух соединительных проводов на подставке. Теперь поместите сильный подковообразный магнит таким образом, чтобы стержень находился между двумя полюсами с полем, направленным вверх. Если теперь по стержню пустить ток от В к А, мы увидим, что стержень сместится. Это смещение вызывается силой, действующей на стержень с током. Магнит действует на стержень с силой, направленной вправо, в результате чего стержень отклоняется вправо. Если мы реверсируем ток или поменяем местами полюса магнита, отклонение стержня изменится на противоположное, что указывает на то, что направление силы, действующей на него, меняется на противоположное.
Это показывает, что существует связь между направлениями тока, поля и движения проводника.
Направление силы на проводник с током:
Направление силы определяется по правилу левой руки Флеминга.
Правило левой руки Флеминга:
Вытяните указательный, средний и большой пальцы левой руки взаимно перпендикулярно друг другу, как показано на рисунке. Если указательный палец указывает направление магнитного поля, а средний палец указывает направление тока, то большой палец будет указывать направление движения (т.е. силы) на проводнике.
Величина силы:
Экспериментально установлено, что величина силы, действующей на проводник с током, находящийся в магнитном поле в направлении, перпендикулярном ему, зависит от следующих факторов:
- Сила F прямо пропорциональна току, протекающему в проводнике, т. е. F α l.
- Сила F прямо пропорциональна напряженности магнитного поля, т.
е. F α B. - Сила F прямо пропорциональна длине проводника (внутри магнитного поля), т.е. Fα l.
е. F α B.Комбинируя их, мы получаем F = IBI или F = K I B l
. Где K — константа, значение которой зависит от выбора единиц измерения. В единицах СИ K = 1, а единицей магнитного поля является тесла (Тл). 1 тесла равен 1 ньютон-ампер-1 метр-1 или 1 вебер-метр-2.
Сила прямо пропорциональна sinΘ, где A — угол между током и направлением магнитного поля. т. е. F α sinθ
Объединяя все, мы имеем F = BIl sinθ
Особые случаи:
(i) Когда θ = 00 или 1800, sinθ = 0 ⇒ F = 0
Сила, действующая на проводник с током, расположенный параллельно или антипараллельно магнитному полю, равна нулю.
(ii) Если θ = 90°, sin θ = sin 90° = 1, F= BIl — максимальная сила. Сила, действующая на проводник, максимальна, когда он расположен перпендикулярно магнитному полю.
(iii) Если B = 0, F = 0, т. е. катушка, помещенная в область, свободную от поля, не испытывает никакой силы.
На движущийся заряд в магнитном поле (направление движения которого не параллельно направлению поля) действует сила, называемая силой Лоренца. Поскольку ток возникает из-за потока заряда, поэтому проводник, по которому течет ток, будет испытывать силу.
Сила, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное поле, равна: F=BIl
Теперь, если заряд Q течет за время t, то ток I = Q/t. Итак, записывая Q/t вместо I в вышеприведенном уравнении, мы получаем: F = B x Q x 1/t
Предположим, что частица, несущая заряд Q, проходит расстояние l за время t. Тогда скорость v заряженной частицы будет равна I/t. Записав v вместо I/t в приведенном выше уравнении, мы получим:
Сила движущегося заряда, F = B x Q x v
Где B = величина магнитного поля, Q = заряд движущейся частицы и v = скорость заряженной частицы (в метрах в секунду). В векторной записи
F→= Q(v→ × B)→
Когда электрический ток проходит через проводник, вокруг проводника создается магнитное поле.
Фарадей считал, что, поскольку магнитное поле создается электрическим током, должна быть возможность производить электрический ток магнитным полем. По его словам, всякий раз, когда происходит изменение магнитных силовых линий, связанных с проводником, на концах проводника возникает электродвижущая сила (ЭДС), которая действует до тех пор, пока происходит изменение. Это явление называется электромагнитной индукцией.
СИЛА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ НА ЗАРЯД, ДВИЖУЩИЙ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Мы только что узнали, что на проводник с током действует сила, когда он находится в магнитном поле. Но мы знаем, что ток возникает из-за движущихся зарядов. Таким образом, ясно, что заряд, движущийся в магнитном поле, испытывает силу, за исключением случаев, когда он движется в направлении, параллельном ему.
НАПРАВЛЕНИЕ СИЛЫ:
Поскольку направление тока такое же, как и направление движения положительного заряда, направление силы, действующей на него при движении перпендикулярно направлению магнитного поля, такое же, как и на проводник с током, расположенный перпендикулярно к нему.
направление магнитного поля. Направление силы определяется правилом левой руки Флеминга. Очевидно, что сила, действующая на отрицательный заряд, движущийся в направлении, перпендикулярном магнитному полю, противоположна силе, действующей на положительный заряд.
ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОЙ СИЛЫ:
- Магнитная сила действует только на движущиеся заряды, а не на неподвижные заряды.
- Никакая магнитная сила не действует на заряд, если он движется вдоль направления магнитного поля.
- Направление магнитной силы перпендикулярно
- (i) направление скорости заряда и
- (ii) направление магнитного поля.
- Магнитная сила (F) зависит от заряда (q), скорости (v) и напряженности (B) магнитного поля, т. е. F = q v B (в случае, если направление v перпендикулярно направлению B).
- Магнитная сила (F), действующая на проводник с током, расположенный перпендикулярно направлению магнитного поля (B), определяется выражением F = l B.
где I — ток, текущий в проводнике, — его длина в магнитном поле.
Эксперименты Фарадея:
Намотайте изолированный медный провод на деревянный цилиндр так, чтобы получилась соленоидная катушка. Соедините два конца катушки с центром гальванометра. Магнит расположен вдоль оси катушки.
- Когда магнит неподвижен, в гальванометре нет отклонения. Указатель показывает ноль, как показано на рисунке (А).
- Когда северный полюс магнита приближается к катушке, ток в катушке течет влево, как показано на рисунке (В), а гальванометр показывает отклонение вправо.
- Если мы остановим движение магнита, стрелка гальванометра придет в нулевое положение, как показано на рисунке (С). Таким образом, ток в катушке течет, пока движется магнит. Если магнит отвести от катушки, то ток в катушке снова течет, но в направлении, противоположном показанному на рис. (Г), и поэтому стрелка гальванометра отклоняется влево.
- Если южный полюс магнита поднести к катушке, то ток в катушке течет в направлении, противоположном показанному на рисунке (Е), и поэтому стрелка гальванометра отклоняется влево.
- Аналогичное отклонение наблюдается в гальванометре, если магнит остается неподвижным, а катушка перемещается.
Из этого эксперимента Фарадей заключил, что:
- Гальванометр показывает отклонение (то есть ток в катушке) только тогда, когда между катушкой и магнитом есть относительное движение.
- Направление отклонения меняется на обратное, если меняется направление движения.
- Значение тока в катушке (т.е. отклонение стрелки) увеличивается на:
(А) быстрое движение магнита или катушки.
(B) использование сильного магнита.
(C) увеличение площади и числа витков в катушке.
Когда магнит и катушка находятся в относительном покое, общее количество магнитных силовых линий из-за магнита, проходящего через катушку (то есть магнитный поток, связанный с катушкой), остается постоянным, поэтому никакая ЭДС индуцируется в катушке, и гальванометр не показывает отклонения.
Когда есть относительное движение между катушкой и магнитом, магнитный поток, связанный с катушкой, изменяется.
Если катушку перемещают к магниту, магнитный поток через катушку увеличивается. Из-за изменения магнитного потока, связанного с катушкой, возникает Э.Д.С. индуцируется в катушке. Эта эдс вызывает протекание тока, если цепь катушки замкнута.
Законы электромагнитной индукции Фарадея:
Фарадей сформулировал следующие два закона электромагнитной индукции:
Всякий раз, когда происходит изменение магнитного потока, связанного с проводником, Э.Д.С. индуцируется. ЭДС индукции длится до тех пор, пока происходит изменение магнитного потока, отсекаемого проводником.
Величина э.д.с. индуцированная прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, отсекаемого проводником. Если скорость изменения магнитного потока остается постоянной, установившаяся Э.Д.С. индуцируется. Если цепь проводника замкнута, то в проводнике течет ток за счет э.д.с. индуцируется по его концам.
Направление ЭДС индукции:
Направление ЭДС индукции (и, следовательно, направление индуцированного тока) можно получить по любому из следующих правил:
(i) Правило правой руки Флеминга (ii) Закон Ленца
Правило правой руки Флеминга:
Вытяните большой, средний и указательный пальцы правой руки взаимно перпендикулярно друг другу, как показано на рисунке.
Если указательный палец указывает направление магнитного поля, а большой палец указывает направление движения проводника, то средний палец укажет направление индуцированного тока.
Закон Ленца:
Этот закон дает нам направление тока, индуцируемого в цепи. Согласно закону Ленца, индуцированный ток появится в таком направлении, что он будет противодействовать изменению (магнитного потока), ответственному за его возникновение.
Закон относится к наведенным токам, а это значит, что он применим только к замкнутым цепям. Если бы цепь была разомкнута, мы бы нашли направление ЭДС индукции. Например, на рисунке, когда магнит движется к петле, в петле индуцируется ток. Индуцированный ток создает собственное магнитное поле с магнитным дипольным моментом M ⊔ ориентированы так, чтобы противостоять движению магнита. Таким образом, индуцированный ток должен быть направлен против часовой стрелки, как показано на рисунке ниже.
Приведите выражение для силы, действующей на заряд, движущийся в магнитном поле, и объясните символы, когда сила становится максимальной.
ПУБЛИКАЦИЯ SUNSTAR — ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ИЮЛЬ — 2014 — ЧАСТЬ C (III. Ответьте на любые пять из следующих вопросов.)
8 видеоРЕКЛАМА
Ab Padhai karo bina ads ke
Khareedo DN Про и дехо сари видео бина киси объявление ки рукаават ке!
Обновлено: 27 июня 2022 г.
Текст Решение
Решение
Fm=qVBsinθ
Где B = магнитное поле
q = величина заряда
V = скорость заряженных частиц.
θ-угол между направлениями B и V
Сила максимальна, когда θ=900. Тогда
Fmax=qVB
Ответ
Пошаговое решение от экспертов, которое поможет вам в сомнениях и получить отличные оценки на экзаменах.
Видео по теме
Какая сила действует на движущийся заряд в однородном магнитном поле? Обсудите случаи, когда сила максимальна и минимальна, и определите единицу измерения магнитного поля vecB .
12011945
Действует ли какая-либо сила на движущийся заряд в магнитном поле?
157408737
Приведите выражение для магнитной силы, действующей на движущийся заряд в однородном магнитном поле.
Какова будет максимальная магнитная сила, действующая на движущийся заряд?
203478650
चुंबकीय कшить के के Si मात्रक को परिभाषित कीजिए।।।।।।।।।।। एकसमान चुंबकीय क Вивра में गतिमान आवेश कब अधिकतम बल क अनुभव क क000 है?
234014831
Напишите выражение для силы, действующей на движущийся заряд в магнитном поле.
316152651
जब कोई आवेशित कण एकसमान चुम्बकीय क्षेत्र में क क क है तो प प क000
434170289
Заряд движется через магнитное поле. Сила, действующая на заряд, максимальна, когда угол между скоростью заряда и магнитным полем равен _______
462816573
Сила, действующая на заряд, движущийся параллельно магнитному полю …………….
469168140
Заряженная частица движется со скоростью →v в однородное магнитное поле →B. Магнитная сила, действующая на него, будет максимальной, когда _____ .
639286010
Когда сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в однородном магнитном поле, максимальна?
642797556
Напишите выражение для силы, действующей на движущийся заряд в магнитном поле.
