Реферат Сила Лоренца

скачать

Реферат на тему:

План:

Введение

• 1 Со стороны магнитного поля
• 2 Полная сила
• 3 Ковариантная запись
• 4 Частные случаи
• 5 Применение силы Лоренца
  • 5.1 В электроприборах
  • 5.2 В ускорителях заряженных частиц
Примечания

Введение

Сила Лоренца — сила, с которой, в рамках классической физики, электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. Силой Лоренца называют иногда силу, действующую на движущийся со скоростью заряд лишь со стороны магнитного поля, нередко же полную силу — со стороны электромагнитного поля вообще^[1] иначе говоря, со стороны электрического и магнитного полей в системе СИ:

Названа в честь голландского физика Хендрика Лоренца, который вывел выражение для этой силы в 1892 году. За три года до Лоренца правильное выражение было найдено Хевисайдом^[2].

Частным случаем силы Лоренца является сила Ампера.

1. Со стороны магнитного поля

Сила , действующая на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле:

СГС	СИ

где:

• — электродинамическая постоянная;
• — заряд частицы;
• — скорость частицы;
• — магнитная индукция поля.

2. Полная сила

При движении заряженной частицы в электромагнитном поле на неё будут действовать и электрическое, и магнитное поле, а полная сила есть сумма сил со стороны первого и второго:

СГС	СИ

где:

• — напряжённость электрического поля;
• — сила, действующая со стороны электрического поля;

3. Ковариантная запись

4-сила выражается через вектор 4-скорости частицы по формуле

, где — 4-сила, F^νμ — тензор электромагнитного поля, u_ν — 4-скорость.

4. Частные случаи

Направление движения частицы в зависимости от её заряда при векторе магнитной индукции перпендикулярном вектору скорости (к нам из плоскости рисунка, перпендикулярно ей)

В однородном магнитном поле, направленном перпендикулярно вектору скорости, под действием силы Лоренца заряженная частица будет равномерно двигаться по окружности постоянного радиуса

r (называемого также гирорадиусом). Сила Лоренца в этом случае является центростремительной силой:

СГС	СИ

Работа силы Лоренца будет равна нулю, поскольку векторы силы и скорости всегда ортогональны. При скорости намного меньшей скорости света круговая частота не зависит от :

СГС	СИ

Если заряженная частица движется в магнитном поле так, что вектор скорости составляет с вектором магнитной индукции угол , то траекторией движения частицы является винтовая линия с радиусом и шагом винта :

5. Применение силы Лоренца

5.1. В электроприборах

Эксперимент, показывающий воздействие силы Лоренца на заряженные частицы

Сила Лоренца широко используется в электронных приборах для воздействия на заряженные частицы (электроны и иногда ионы), например, в телевизионных электронно-лучевых трубках, а также в масс-спектрометрии и МГД генераторах.

5.2. В ускорителях заряженных частиц

Сила Лоренца также используется в ускорителях заряженных частиц, задавая орбиту, по которой движутся эти частицы.

Примечания

1. Такая двойственность применения термина «сила Лоренца», очевидно, объясняется историческими причинами: дело в том, что сила, действующая на точечный заряд со стороны только электрического поля была известна задолго до Лоренца, Лоренц же получил общую формулу для действия и электрического и магнитного полей, отличающуюся от прежней как раз выражением для магнитного поля. Поэтому то и другое, вполне логично, называют его именем.
2. Болотовский Б. М. Оливер Хевисайд — vivovoco.rsl.ru/VV/BOOKS/HEAVISIDE/CONTENT.HTM. — Москва: Наука, 1985. — С. 43-44. — 260 с.

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

---

Подборка по базе: 11 Сила Лоренца.docx, Понятие о внешних и внутренних силах..pptx, Контрольная работа Адвокатура Силаева.docx, 17. Деформация. Сила упругости. Лабораторная работа №12 «Наблюде, кр архимедова сила.docx, Традиции и воинские ритуалы в Вооруженных Силах Российской Федер, богатырская наша сила.doc, Краткосрочный план урока по физике Выталкивающая сила по обновле, Интегрированный урок Силантьева Цыганков.docx, Мягкая сила.docx.

---

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – МСХА ИМЕНИ К.А. ТИМИРЯЗЕВА

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

Содержание

Введение 3

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

В XIX веке была обнаружена некая связь между магнетизмом и электричеством и в связи с этим возникло представление о магнитном поле. По современным представлениям, проводники с током оказывают силовое действие друг на друга через магнитные поля, окружающие их. 
Источниками этих полей являются движущиеся электрические заряды (токи). Магнитное поле возникает в пространстве, которое окружает проводники с током так, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле. 

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

Имя Андре-Мари Ампера (1775–1836) весьма известно во всем мире, и в наши дни его каждый день произносят миллионы людей. Можно посмотреть на совершенно любой домашний электроприбор, и там мы сможем увидеть его электротехнические характеристики, например: «-220V 50Hz 3,2А». Это означает, что устройство рассчитано на питание от обычной электросети переменного тока напряжением 220 вольт с частотой 50 герц, а сила которую потребляет прибор тока равняется 3,2 ампера.

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

Ученый секретарь Французской Академии Франсуа Араго познакомился с опытами Эрстеда в Женеве и 4 сентября 1820 года сделал в Париже на заседании устный доклад о них.

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

Размер силы, которая действует на элемент Δl проводника с током I в магнитном поле с индукцией B⃗ B→, называется законом Ампера:

1. 
   
   

Где α – угол между линиями тока и вектора индукции.

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

Знаменитый нидерландский физик-теоретик Хeндрик Антон Лоренц был рожден 18 июля 1853 года в Арнeме (Нидерланды) в семье Гeррита Фредерика Лоренца и Гертруды Лоренц.

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

Электрический ток – это совокупность заряженных частиц, которые движутся упорядочено. Поэтому действие магнитного поля на проводник с током и есть результат действия поля на движущиеся заряженные частицы внутри проводника. Путем опыта было установлено, что на заряд, который движется в магнитном поле, и правда действует сила. Сила, которая действует на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, получила название 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

Выражение для силы, которая действует на заряженную частицу, движущуюся в электромагнитном поле (при наличии электрического и магнитного полей)

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

Законы Ампера и Лоренца актуальны и в настоящее время. 
Так, закон Ампера используют для расчёта сил, которые действуют на проводники с током во многих технических устройствах, в частности в электродвигателях, всевозможных видов промышленности и транспорта, в электромагнитах малой и крупной мощности. Благодаря работе силы Ампера едет электричка, трамвай, поднимается лифт, перемещаются части различных технических устройств, которые создали инженеры. 
На явлениях силы Лоренца основана работа электродвигателей и генераторов. Возникая в электромагнитном поле статора, она приводит во вращение ротор. 
Воздействие силы Лоренца на электроны используют в работе электронно-лучевых трубок (кинескопов), где магнитное поле, созданное специальными катушками, изменяет траекторию электронов. С помощью этой силы можно задавать орбиту движения частиц, что позволяет применять её в ускорителях заряженных частиц. 

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.

Трофимова Т.И. – Курс физики, учеб. пособие для вузов. 6-е издание; стер. –М. – 2000 — 542 с

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

Реферат — Магнитное поле. Сила Ампера. Сила Лоренца. Явление электромагнитной индукции

Магнитное поле. Сила Ампера. Сила Лоренца. Явление электромагнитной индукции.

1. Взаимодействие между электрическими токами, называемое магнитным, осуществляется посредством магнитного поля. Основ­ной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В.

За направление вектора магнитной индукции принимают направление нормали к рамке с током, имеющей возможность свободно ориентироваться в магнитном поле. Это направление совпадает с направлением магнитной стрелки в поле, т. е. с направлением линии, проведенной от южного полюса стрелки к северному.Модуль вектора магнитной индукции определяется отношением максимального момента сил, действующих на рамку (контур) со стороны магнитного поля, к произведению силы тока в нем на его площадь:

2. По закону Ампера на отрезок проводника с током длиной ℓ со стороны магнитного поля действует сила, модуль которой равен

FA =BΔℓsin α,

где α— угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции В. Направление силы FA опреде­ляется по правилу левой руки.

3. На движущуюся заряженную частицу действует сила Лоренца, модуль которой равен

FA =B q0 υ sin α,

где а — угол между скоростью частицы υ и вектором магнитной индукции В. Сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, поэтому не совершает работы. Эта сила изменяет направление скорости частицы, но не меняет ее кинетической энергии.

4. Все тела в магнитном поле намагничиваются, т.е. сами создают магнитное поле. Отношение вектора магнитной индукции в однородной среде В к магнитной индукции в вакууме Во называют магнитной проницаемостью, она характеризует магнит­ные свойства вещества: μ=В/В0

У большинства веществ магнитные свойства выражены слабо.Лишь у ферромагнитных тел, к которым относится железе, магнитная проницаемость очень велика (μ>1) и зависит от магнитной индукции. Хотя ферромагнетиков сравнительно не­много, они имеют очень большое практическое значение, так как позволяют в сотни раз увеличивать магнитную индукцию поля без затрат энергии.Ферромагнитные материалы применяют для изготовления сердечников трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. д., а также для изготовления постоянных магнитов. Ферромагнитные сердечники используют в качестве ячеек памяти в ЭВМ.

5.Явление электромагнитной индукции, открытое М. Фарадеем, состоит в возникновении ЭДС индукции в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через площадь, огра­ниченную этим контуром. Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком «минус»:

Здесь Ф = ВnS — поток магнитной индукции через площадь контура S, Вп — проекция вектора магнитной индукции на нормаль к контуру. Знак «минус» объясняется правилом Ленца, определяющим направление индукционного тока: индукционный ток в замкнутом контуре имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать то изменение магнитного потока, которое порождает данный ток.

6.В неподвижном проводнике сторонней силой, создающей ЭДС индукции, является вихревое (индукционное) электри­ческое поле, порождаемое переменным магнитным полем. В движущемся проводнике источником ЭДС индукции является магнитная сила Лоренца, действующая на движущиеся вместе с проводником заряженные частицы. При движении проводника длиной со скоростью υ в од­нородном магнитном поле с индукций В возникает ЭДС индукции:

.

7.Важный частный случай электромагнитной индукции — самоиндукция. При самоиндукции изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС в том проводнике, по которому течет ток, создающий это поле.

ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изме­нения силы тока в проводнике:

Коэффициент пропорциональности L называют индуктив­ностью. Индуктивность зависит от свойств проводника, а также от свойств среды, в которой находится проводник. Измеряют ее в Генри: 1Гн= 1Вс/А

8. Энергия магнитного поля тока равна той работе, которую должен совершить источник, чтобы создать данный ток.

8. Магнитное поле без электрического, так же как электри­ческое без магнитного, могут существовать только в определен­ной системе отсчета. Они являются проявлением единого цело­го — электромагнитного поля, особой формой существования материи. Фундаментальное свойство электромагнитного поля: изменяясь во времени, магнитное поле порождает переменное электрическое поле и наоборот.

Примеры решения задач « Магнитное поле. Электромагнитная индукция».

1. Какова индукция магнитного поля, в котором на пря­мой провод длиной 10 см, расположенный под углом 30° к линиям индукции, действует сила 0,2 Н, когда по нему проходит ток 8 А? 1)0,2Тл; 2) 0.5 Тл: 3) 5 Тл; 4) 0,8 Тл; 5)1,2Тл.

Решение. Индукцию определим из закона Ампера: F = ІBℓsin α.

2. Если угол 60° между вектором магнитной индукции однородного магнитного поля и прямолинейным про­водником с током, помещенным в это поле, уменьшить в 2 раза, то сила Ампера, действующая на проводник,

увеличится в 2 раза; 2) уменьшится в 2 раза; 3)увеличится в раз; 4)уменьшится в раз;

Решение.Сила Ампера подсчитывается по формуле F = ІBℓsin α. Для α 1 = 60° сила равна

F1 = /2 IBℓ, а для α 2 = 30°: F2 = 1/2 IBℓ . Таким образом, при уменьшении угла сила уменьшается в раз.

3. Для того чтобы сила, действующая со стороны однород­ного магнитного поля с индукцией 0,1 Тл на прямоли­нейный проводник длиной 4 м, причем проводник рас­положен под углом 30° к полю, была равна 1 Н, по проводнику следует пропустить ток 1)_5А; 2) 4 А; 3) 0,2 А; 4) 0,4 А; 5) 2 А.

^ F 1H

Решение. Из закона Ампера I = = = 5 А.

Blsina О,1Тл·4м·О,5

4. Линейный проводник длиной 60 см при силе тока в нем 3 А находится в однородном магнитном поле с индук­цией 0,1 Тл. Если проводник расположен по направле­нию линий индукции магнитного поля, то на него дей­ствует сила, модуль которой равен: 1)0,18Н; 2) 18,00 Н; 3) 2,00 Н; 4) 0,30 Н; 5) 0.00 Н.

Решение. На проводник, в котором ток течет вдоль магнитного поля сила Ампера не действует.

5. Линии индукции однородного магнитного поля с ин­дукцией 4 Тл пронизывают рамку под углом 30° к ее плоскости, создавая магнитный поток, равный 1 Вб. Чему равна площадь рамки?

1) 0.5 м2: 2) 1,0 м2; 3) 1,5 м2; 4) 2,0 м2; 5) 4,0 м2.

Решение. Поток магнитной индукции через площадку находится по формуле Ф = ^ BS cos α, здесь α — угол между перпендикуля­ром к площадке и вектором В. Это угол, дополняющий заданный до 90°.

Поэтому S =

6. Магнитный поток через соленоид, содержащий 500 витков провода, равномерно убывает со скоростью 60 мВб/с. Определить ЭДС индукции в соленоиде:

1)12 В; 2) 15 В; 3)150 В? 4) 120 В; 5)3QB.

Решение. ЭДС в каждом витке численно равна скорости убыли тока. ЭДС в соленоиде в N раз больше ЭДС в одном витке = 60 • 10 -3 Вб/с· 500 = 30 В.

7. ЭДС индукции, возникающая в замкнутом контуре, если магнитный поток, пронизывающий контур, рав­номерно уменьшился с 10 Вб до 2 Вб за 2 с, численно равна:

1) 4В; 2) 2 В; 3)8 В; 4) 0,4 В; 5) 6 В.

Решение. По основному закону электромагнитной индукции:

8. Чему равна индуктивность катушки, если за 0,5 с ток в цепи изменился от 20 до 5 А? При этом ЭДС самоин­дукции на концах катушки равна 24 В.

1)0,4Гн; 2)1,2Гн; 3) 0,6 Гн; 4) 0,2 Гн; 5)0,8Гн.

Решение.ЭДС самоиндукции по модулю

Отсюда

Задачи для самоконтроля.

1. Какое явление наблюдалось в опыте Ампера?

А. Взаимодействие двух проводников с током. Б. Взаимодействие двух магнитных стрелок. В. Поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током. Г. Возникновение электрического тока в катушке при вдвигании в нее постоянного магнита.

2. На рисунке 1 изображен проводник, по которому течет электри­ческий ток І. Какое направление имеет вектор В индукции магнитного поля в точке М?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. 5. Е. 6 рис 1

3. Контур площадью 20 см 2 находится в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл. Чему равен магнитный поток, прони­зывающий этот контур, если плоскость его перпендикулярна вектору индукции?

А. 40 Вб. Б. 0,1 Вб. В. 10 Вб. Г. 0,4 Вб. Д. 4.10 -3 Вб.

4. В какую сторону и как будет двигаться первоначально непод­вижный электрон, помещенный в постоянное по времени маг­нитное поле ?

^ А. Равноускоренно, вправо. Б. Равноускоренно, влево. В. По окружности, по часовой стрелке. Г. По окружности, против часовой стрелки. Д. Останется неподвижным.

5. В магнитном поле с индукцией 2 Тл движется электрический заряд 10 -10 Кл со скоростью 4 м/с. Чему равна сила, действующая на заряд со стороны магнитного поля, если вектор скорости υ движения заряда перпендикулярен век­тору В индукции магнитного поля?

А. 0. Б. 0,5·10 -10 Н. В. 2·10 -10 Н Г. 8·10 -10 Н Д. 4·10 -10 Н

6. Как называют единицу магнитной индукции?

А. Тесла (Тл). Б. Вебер (Вб). В. Вольт (В). Г. Генри (Гн). Д. Ампер (А).

7. Электрический ток 2 А создает в контуре магнитный поток 4 Вб. Какова индуктивность контура?

А. 8 Гн. Б. 0,5 Гн. В. 2 Гн. Г. 1 Гн. Д. 16 Гн.

8. За 2 с магнитный поток, пронизывающий контур, равномерно увеличился с 2 до 8 Вб. Чему при этом было равно значение ЭДС индукции в контуре?

А. 5 В. Б. 20 В. В. 3 В. Г. 12 В. Д. 0.

9. Чему равна энергия магнитного поля катушки индуктивностью 3 Гн при силе тока в ней 2 А?

А. 6 Дж. Б. 3 Дж. В. 18 Дж. Г. 9 Дж. Д. 12 Дж.

10. Контур площадью 40 см 2 находится в однородном магнитном поле с индукцией 5 Тл. Чему равен магнитный поток, пронизывающий контур, если угол между вектором В и нормалью к поверхности контура составляет 60°? А. 10 -2 Вб. Б. 2·10 -2 Тл. В. 100 Вб. Г. 200 Вб.

11.Чему равна ЭДС самоиндукции в катушке с индуктивностью 2Гн, если сила тока в ней за 0,1 с равномерно уменьшалось от 5 до 3 А?

А. 10 В. Б. 0,4 В. В. 40 В. Г. 20 В. Д. 0,8 В

12. Изменения электрического заряда конденсатора в колеба­тельном контуре происходят по закону

q = 10 -2cos 20t. Опре­делите циклическую частоту колебаний заряда.

А. 10 -2 с -1. Б. cos20t с -1. В. 20t с -1. Г. 20 с -1.

13. Какое из выражений, приведенных ниже, определяет частоту свободных электрических колебаний в контуре, состоящем из конденсатора емкостью С и катушки индуктивностью L?

А. Б. В. Г. Д.

14. Как изменится период свободных электрических колебаний в колебательном контуре, если емкость конденсатора увеличить в 4 раза?

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

Применение силы Лоренца (кратко) | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Электромагнетизм

Рис. 6.23. Схема, объясняющая действие МГД-генератора

Действие силы Лоренца применяется во многих приборах и технических установках. Так, перемещение электронного луча, кото­рый «рисует» изображение на экране кине­скопа телевизора или дисплея компьютера, осуществляется магнитным полем специаль­ных катушек, в которых проходящий элект­рический ток изменяется согласно опре­деленному закону.

В научных исследованиях используются так называемые циклические ускорители за­ряженных частиц, в которых магнитное по­ле мощных электромагнитов удерживает за­ряженные частицы на круговых орбитах. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Большую перспективу для развития элект­роэнергетики открывают магнито-гидродинамические генераторы (МГД-генераторы) (рис. 6.23). Поток высокотемпературного газа, образую­щийся при сгорании топлива и имеющий большую концентрацию ионов обоих знаков, пропускается через мощное магнитное поле. Вследствие действия силы Лоренца ионы от­клоняются от предыдущего направления дви­жения и оседают на специальных электродах. Полученную при этом разность потенциалов можно использовать для получения электрического тока. Такие установки могут в бу­дущем существенно повысить КПД тепловых электростанций.

На этой странице материал по темам:

• Практическое применение силы ампера

• Сила лоренца краткий конспект

• Закон лоренца и его применение

• Применение силы лоренца кратко

• Применение силы лоренца реферат по физике

10.5. Сила Лоренца.

Bl dl = B dlB, где dlB – проекция dl на вектор B , но dlB = R dα, где R – расстояние от прямой тока I до dl.

Тогда

B dl = B		dl		=	µ0 µI	R dα =	µ0 µ Idα	;
					2πR		2π
l			B
тогда
∫	Bl dl =	µµ0 I 2			πdα = µµ0 I ,			(10.7.1.)
		2π		∫0

т.е. циркуляция вектора магнитной индукции равна току, охваченному контуром.

Иначе обстоит дело, если ток не охватывается контуром (Рис. 10.9).

Рис. 10.9

В этом случае при обходе радиальная прямая поворачивается сначала в одном направлении (1-2), а потом в другом (2-1). Поэтому ∫dα = 0 и, следовательно,

Итак ∫Bl dl = µµ0 I , I – ток, охватывающий контур L

L

Эта формула справедлива и для тока произвольной формы и для контура произвольной формы.

Если контур охватывает несколько токов, то:

∫Bl dl = µµ0 ∑Ii

(10.7.3)

т.е. циркуляция вектора B равна алгебраической сумме токов, охваченных контуром произвольной формы.

Итак, циркуляция вектора магнитной индукции отлична от нуля, если контур охватывает ток (сравните с циркуляцией E : ∫El dl = 0 ).

Такие поля, как мы уже говорили называются вихревыми или соленоидальными. Магнитному полю нельзя приписывать потенциал, как у электрического поля.

Этот потенциал не был бы однозначным – после каждого обхода по контуру он получал бы приращение µ0I.

Линии напряженности электрического поля начинаются и заканчиваются на зарядах. А в магнитных зарядов в природе нет. Опыт показывает, что линии B всегда

замкнуты. Поэтому теорему Гаусса для вектора магнитной индукции B можно записать так:

∫Bdl = 0 .	(10.7.4)
S

Сила Ампера. Сила Лоренца. — физика, уроки

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Луганской Народной Республики

«Луганский колледж автосервиса им. А.А.Гизая»

Методическая разработка урока по физике

тема: «Сила Ампера. Сила Лоренца»

разработал: Крючков В.В.

Луганск 2020

Цель урoка: сфoрмирoвать представление o воздействии магнитнoго пoля на проводник с током и простейшие заряженные частицы.

Задачи урoка.

Образовательные:

1. Сформировать понятия силы Ампера и силы Лоренца, направление их действия.

2. Сформировать умение решать задачи с использованием формул для расчета силы Ампера и силы Лоренца.

3. Проконтролировать степень усвоения знаний, умений и навыков по данной теме.

Развивающие:

1. Продолжить работу по формированию умения анализировать, делать выводы.

2. Продолжить развитие умения использовать теоретические знания при решении задач.

Воспитательные:

1. Продолжать работу по формированию внимания, усидчивости, аккуратности, доброжелательного отношения к товарищам, воспитание умения слушать мнение других.

2. Совершенствовать навыки самостоятельной работы.

Ход урока

1. Организационный момент.

Приветствие. Проверка посещаемости обучающихся.

1. Актуализация опорных знаний.

Беседа по вопросам:

— Вспомните свойства магнитного поля.

— Какова основная характеристика магнитного поля?

— На основе, каких действий поля она вводится?

— Что такое электрический ток?

1. Мотивация учебной деятельности.

Задание: Угадайте o какoм предмете идет речь?

Приoритет на егo изoбретение oспаривают Испания, Италия, Пoртугалия, Франция, а также арабские страны;

Есть сведения, чтo этoт предмет в виде статуэтки императoра с вытянутoй рукoй пoмoг китайским вoйскам сoвершить маневр в тумане и выиграть битву еще в 27 веке дo н.э.;

Первoе письменнoе упoминание oб егo испoльзoвании в мoреплавании oтнoсится к 11 веку.

Oтвет: кoмпас.

O каких явлениях мы будем гoвoрить? — o магнитных.

1. Изучение нового материала.

1. Сила Ампера.

Если тoки в прoвoдниках имеют oдинакoвые направления, тo прoвoдники притягиваются с равными пo величине силами.

Сила взаимoдействия параллельных тoкoв прямo прoпoрциoнальна прoизведению сил тoкoв выбраннoй длины прoвoдника и oбратнo прoпoрциoнальна расстoянию между прoвoдниками.

— магнитная пoстoянная

На прoвoдник с тoкoм действует сила Ампера, т.е

Сила Ампера – этo сила, с кoтoрoй магнитнoе пoле действует на электрический тoк.

Сила действующая на проводник с током со стороны магнитного поля, прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора магнитной индукции, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки:

«Если распoлoжить левую руку так, чтoбы линии магнитной индукции вхoдили в ладoнь, а вытянутые пальцы были направлены вдoль направления тoка в проводнике, тo oтведенный бoльшoй палец укажет направление действия силы Ампера, действующей на прoвoдник»

1. Сила Лоренца.

Сила Ампера, действующая на отрезок проводника длиной Δl с силой тока I, находящийся в магнитном поле B, 

может быть выражена через силы, действующие на отдельные носители заряда.

Пусть концентрация носителей свободного заряда в проводнике есть n, а q – заряд носителя. Тогда произведение n q υ S, где υ – модуль скорости упорядоченного движения носителей по проводнику, а S – площадь поперечного сечения проводника, равно току, текущему по проводнику: 

Выражение для силы Ампера можно записать в виде: 

F = q n S Δl υB sin α.

Так как полное число N носителей свободного заряда в проводнике длиной Δl и сечением S равно n S Δl, то сила, действующая на одну заряженную частицу, равна 

Силы, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу, называется силой Лоренца.

1. Движение заряженной частицы в магнитном поле.

При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется.

Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость  лежит в плоскости, перпендикулярной вектору магнитной индукции, то частица будет двигаться по окружности радиуса 

Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы.

Круговое движение заряженной частицы в однородном магнитном поле

Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен 

Это выражение показывает, что для заряженных частиц заданной массы m период обращения не зависит от скорости υ и радиуса траектории R.

Угловая скорость движения заряженной частицы по круговой траектории 

называется циклотронной частотой. Циклотронная частота не зависит от скорости (следовательно, и от кинетической энергии) частицы. Это обстоятельство используется в циклотронах – ускорителях тяжелых частиц (протонов, ионов). Принципиальная схема циклотрона приведена на рисунке.

Движение заряженных частиц в вакуумной камере циклотрона.

Между полюсами сильного электромагнита помещается вакуумная камера, в которой находятся два электрода в виде полых металлических полуцилиндров (дуантов). К дуантам приложено переменное электрическое напряжение, частота которого равна циклотронной частоте. Заряженные частицы инжектируются в центре вакуумной камеры. Частицы ускоряются электрическим полем в промежутке между дуантами. Внутри дуантов частицы движутся под действием силы Лоренца по полуокружностям, радиус которых растет по мере увеличения энергии частиц. Каждый раз, когда частица пролетает через зазор между дуантами, она ускоряется электрическим полем. Таким образом, в циклотроне, как и во всех других ускорителях, заряженная частица ускоряется электрическим полем, а удерживается на траектории магнитным полем. Циклотроны позволяют ускорять протоны до энергии порядка 20 МэВ.

Однородные магнитные поля используются во многих приборах и, в частности, в масс-спектрометрах – устройствах, с помощью которых можно измерять массы заряженных частиц – ионов или ядер различных атомов. Масс-спектрометры используются для разделения изотопов, то есть ядер атомов с одинаковым зарядом, но разными массами (например, ²⁰Ne и ²²Ne). Ионы, вылетающие из источника S, проходят через несколько небольших отверстий, формирующих узкий пучок. Затем они попадают в селектор скоростей, в котором частицы движутся в скрещенных однородных электрическом и магнитном полях.

1. Обобщение и закрепление новых знаний.

1. Определите направление действия силы Ампера.

1. Определите направление действия силы Лоренца.

1. Подведение итогов.

Выставление оценок за урок в журнал.

1. Домашнее задание.