Магнитная индукция Сила Ампера

Сила Лоренца

А вот если между полюсами магнита перпендикулярно магнитным линиям запустить заряженную частицу – она как будет двигаться?

Несложно понять, что если частица положительно заряженная, то на нё будет действовать сила, направление которой легко определить по правилу левой руки для тока, но у заряда нет «трубы» (проводника, по которому течёт ток), от свободен! Куда же он полетит? На этот вопрос даёт ответ механика, где доказывается, что если на тело, движущееся прямолинейно, действует сила, перпендикулярная вектору скорости, то оно начинает двигаться по дуге окружности. Т.е., частица, влетевшая в магнитное поле перпендикулярно магнитным линиям, описывает окружность в перпендикулярной магнитным линиям плоскости (Рис.9).

Опять же, несложно догадаться, что сила Ампера равна сумме сил Лоренца, которые действуют на все носители тока в проводнике. Рассчитать силу Лоренца можно по формуле:

F_Л = B·q·v,

где q – заряд частицы, а v – её скорость

Для определения направления силы Лоренца, действующей на отрицательно заряженную частицу можно использовать правило правой руки.

Ф8-9 Магнетизм Краткий конспект

История открытия магнитных явлений уходит вглубь веков и даже тысячелетий. Нам остаётся довольствоваться легендами про пастуха по имени Магнит из греческого местечка Магнезия, который заметил интересные минералы, притягивающие железо. Было это, возможно, около 4000 лет назад. Есть сведения, что китайцы уже около 4500 лет назад уже использовали этот камень для создания компасов. Разумеется, объяснить это явление никто не мог, и лишь в ХIX веке подошли к разгадке. В 1820 году Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что проводник с током влияет на магнитную стрелку, что и позволило идентифицировать природу магнетизма, как некую субстанцию возникающую вокруг проводника с током. Субстанцию эту нарекли магнитным полем (по аналогии с электрическим). Таким образом:

Магнитное поле это вид материи, посредством которой взаимодействуют проводники с током и постоянные магниты.

Т.е., магнитное поле создаётся электрическим током (ну, или движущимися зарядами). Обратите внимание, что вокруг электрического заряда существует электрическое поле, а если этот заряд движется, то возникает и магнитное! И почему же это, интересно, так происходит? Ответа-то, собственно говоря, нет. Ох уж этот удивительный мир!

Но изучить-то явление, даже не понимая его сути, можно, чем мы и займёмся.

Магнитные линии

Для начала хотелось бы как-то представить себе эту субстанцию: она что – как невидимый туман или газ? А может излучение чего-то там? Придумать что-либо конечно можно, но надо исходить и того, что наблюдаем. А что наблюдаем – воздействие проводника с током на магнитную стрелку! Вот ими (магнитными стрелками) и воспользуемся. Пропустим проводник через горизонтальную плоскость и расставим много-много магнитных стрелок на этой плоскости. Пока тока нет стрелки «смотрят» синим концом на север (Рис.1), а при пропускании тока по проводнику они разворачиваются так, что образуют как бы окружности, которые так и хочется провести (Рис.2)! Этими линиями, вдоль которых выстраиваются магнитные стрелки и стали изображать магнитные поля.

	Рис.1
		Рис.2

Если вместо стрелок насыпать железных опилок, которые, намагнитясь, становятся маленькими стрелочками, то картина будет схожей – возникнет подобие концентрических окружностей. Резюмируем:

Для графического изображения магнитных полей используют магнитные линии, которые проводят вдоль установившихся магнитных стрелок.

Свойства магнитных линий:

- не пересекаются друг с другом;

- имеют плавную конфигурацию в однородной среде (нет изломов);

- густота линий определяет величину поля;

- магнитные линии замкнуты сами на себя.

Итак, изобразив поле при помощи линий, мы можем однозначно сказать, как будут располагаться в этом поле магнитные стрелки, где поле сильное, а где слабое и ещё кое-что, что будет описано ниже. Кстати, у этих линий есть направление, которое показывает северный полюс магнитной стрелки (если поменять полюса у проводника, то стрелки развернутся на 180º). Для определения направления закручивания магнитных линий прямого тока служит правило буравчика:

 

Если провод с током намотать на карандаш, то его магнитное поле, распределённое по всей длине, окажется сконцентрированным в малой области пространства. Как, интересно, будет выглядеть тогда магнитное поле? Используя железные опилки (или магнитные стрелки), получим спектр, изображённый на Рис.4. На Рис.5 изображены магнитные линии полосового магнита. Видно, что эти линии выходят из северного полюса и заходят в южный.

 

 

Магнитная индукция Сила Ампера

Несложные эксперименты говорят о том, что создаваемые магнитные поля (токами или магнитами), отличаются по силе воздействия. Чтобы их различать количественно, необходимо ввести физическую величину и определить её (через прямое измерение или через формулу связи с другими физическими величинами). Для этого рассмотрим воздействие магнитного поля подковообразного магнита на проводник с током. При замыкании ключа электрической цепи (Рис.6), по проводнику начинает протекать ток и проводник либо втягивается в полость магнита, либо выталкивается (зависит от направления тока). Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле называют силой Ампера,которая, как показывает эксперимент, прямо пропорционально зависит от произведения силы тока в проводнике на длину активной части проводника. Зависимость этой силы выражается формулой:

F_А = B·I·l,

где I – сила тока, l – длина активной части проводника, а коээфициент пропорциональности, В – магнитная индукция (точнее – модуль вектора магнитной индукции, но это нам пока не очень надо).

Именно этот коэффициент пропорциональности и характеризует магнитное поле магнита, следовательно, магнитную индукцию (количественную меру магнитногополя) можно определить отношением силы ампера к силе тока: