Урок 2. Магнитное поле (МП) движущегося заряда. Действие МП на движущийся заряд. Сила Лоренца.

Цель: определить магнитную силу, действующую на движущийся заряд (электрон).

Любой проводник с током создает в окружающем пространстве магнитное поле. При этом электрический же ток является упорядоченным движением электрических зарядов. Значит можно считать, что любой движущийся в вакууме или среде заряд порождает вокруг себя магнитное поле. В результате обобщения многочисленных опытных данных был установлен закон, который определяет поле В точечного заряда Q, движущегося с постоянной нерелятивистской скоростью v. Этот закон задается формулой

(1)

где r — радиус-вектор, который проведен от заряда Q к точке наблюдения М (рис. 23 учебника). Согласно (1), вектор В направлен перпендикулярно плоскости, в которой находятся векторы v и r: его направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращении от v к r.

Модуль вектора магнитной индукции (1) находится по формуле

(2)

где α — угол между векторами v и r. Сопоставляя закон Био-Савара-Лапласа и (1), мы видим, что движущийся заряд по своим магнитным свойствам эквивалентен элементу тока: Idl = Qv

Действие МП на движущийся заряд.

Из опыта известно, что магнитное поле оказывает действие не только на проводники с током, но и на отдельные заряды, которые движутся в магнитном поле. Сила, которая действует на электрический заряд Q, движущийся в магнитном поле со скоростью v, называется силой Лоренца и задается выражением: F = Q где В — индукция магнитного поля, в котором заряд движется.

Чтобы определить направление силы Лоренца используем правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор В, а четыре вытянутых пальца направить вдоль вектора v (для Q>0 направления I и v совпадают, для Q На рис. 1 продемонстрирована взаимная ориентация векторов v, В (поле имеет направление на нас, на рисунке показано точками) и F для положительного заряда. Если заряд отрицательный, то сила действует в противоположном направлении.

Модуль силы Лоренца, как уже известно, равен F = QvB sin a; где α — угол между v и В.

МП не оказывает действия на покоящийся электрический заряд. Этим магнитное поле существенно отличается от электрического. Магнитное поле действует только на движущиеся в нем заряды.

Зная действие силы Лоренца на заряд можно найти модуль и направление вектора В, и формула для силы Лоренца может быть применена для нахождения вектора магнитной индукции В.

Поскольку сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости движения заряженной частицы, то данная сила может менять только направление этой скорости, не изменяя при этом ее модуля. Значит, сила Лоренца работы не совершает.

В случае, если на движущийся электрический заряд вместе с магнитным полем с индукцией В действует еще и электрическое поле с напряженностью Е, то суммарная результирующая сила F, которая приложена приложенная к заряду, равна векторной сумме сил — силы, действующей со стороны электрического поля, и силы Лоренца: F = QE + Q[v,B]

Сила Ампера, Лоренца.

Определение. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.

Сила действия однородного маг­нитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником:

F = B.I.l. sin α — закон Ампера.

Сила, действующая на заряженную движущуюся частицу в магнитном поле, называется силой Лоренца:

Домашнее задание.

1. Написать краткий конспект темы урока.

2. Записать и запомнить формулу силы Лоренца; правило определения направления силы Лоренца.

3. Рассмотрите решение задачи № 835 (Рымкевич) и сами решите № 832.

Дано:	Решение:
n=200	1) Площадь рамки: s=a·b=0,1·0,05=5·10-3 м2.
=0,05 м	2) На каждый виток, может действовать максимальный
B=0,05 Тл	вращательный момент: В= , отсюда M1 =BIs
I=2 А____	3) Витки на катушке расположены последовательно,
Найти: М=?	значит на катушку может действовать максимальный вращательный момент равный сумме моментов, действующих на каждый виток: М=nM1=nBIs = 200·0,05·2·5·10-3=0,1 Н/м. Ответ: М=0,1 Н/м.

Решение №832. Если буравчик с правой резьбой ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки совпадает с направлением индукции магнитного поля. Магнитная стрелка повернется так, чтобы направление от ее южного полюса к северному совпало с вектором индукции магнитного поля, а ток течет от положительного полюса источника к отрицательному, значит на правом полюсе будет +