Магнітне поле – частина 2

Вектор сили завжди лежить на нормалі до площини, яка утворена вектором магнітної індукції Та провідником зі струмом.

Сила Ампера буде відсутня (при наявності поля та струму у провіднику) лише коли sinβ буде дорівнювати 0, тобто β=00 або 1800, щоможливо лише при розташуванні провідника вздовж поля.

5. Дія магнітного поля на контур (рамку) зі струмом.

Нехай в однорідному магнітному полі з

магнітною індукцією знаходиться рамка, по якій протікає струм І. Якщо рамка розташована паралельна полю, то на сторони рамки, паралельні площині поля і перпендикулярні лініями індукції, буде діяти сила Ампера. При цьому напрями Амперових сил, прикладених до різних сторін рамки, будуть протилежні.

Ці сили створять обертальний момент, який поверне рамку перпендикулярно полю.

Величина цього момента буде дорівнювати: ,

Де: Fmax – Амперова сила; b – відстань між сторонами рамки, на які діє Амперова сила.

Сила Ампера дорівнює: , де: l – довжина сторони рамки. Отже, обертальний момент може бути обчислений таким чином:

, де: S – площа рамки;

Pm – магнітний момент колового струму (рамки зі струмом).

Для довільно розташованої в однорідному магнітному полі рамки зі струмом обертальний момент обчислюється так:

; .

Рамка зі струмом буде обертатися в магнітному полі лише у випадку, коли площина рамки не перпендикулярна полю, тобто кут між вектором магнітної індукції на нормаллю до площини рамки не дорівнює 00 чи 1800. Коли площина рамки стане перпендикулярно полю, обертальний момент буде відсутній. На явищі створення магнітним полем обертального моменту рамки зі струмом заснована дія двигунів сталого та змінного струмів. Щоб реалізувати безперервний обертальний рух рамки зі струмом застосовується вузол колектора, який дозволяє змінювати напрям протікання струму в рамці в момент проходження рамкою рівноважного положення, а проходження положення рівноваги досягається внаслідок інерційного руху рамки зі струмом.

6. Сила Лоренца.

Магнітне поле, як і електричне, діє на заряджені частинки, які рухаються в ньому.

Нехай заряджена частинка влітає в однорідне магнітне поле з напруженістю , при цьому напрям руху не співпадає з напрямом вектора напруженості.

Оскільки рух зарядженої частинки – це струм, то на частинку буде діяти сила Ампера, як на елемент струму.

Згідно формули Ампера маємо:

Сила струму: , де: q – заряд частинки; t – час руху в магнітному полі.

Шлях частинки в полі: , де: – швидкість рівномірного руху частинки в полі. Отже маємо: ,

Де: BN – індукція магнітного поля, нормальна до вектора швидкості .

У векторній формі:

Ця сила носить назву Лоренцевої сили.

НАПРЯМ СИЛИ ЛОРЕНЦА ВИЗНАЧАЮТЬ ЗА ПРАВИЛОМ ЛІВОЇ РУКИ: ЯКЩО ЛІВУ РУКУ РОЗМІСТИТИ ТАК, ЩОБ СКЛАДОВА МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ , ПЕРПЕНДИКУЛЯРНА ДО ШВИДКОСТІ ЗАРЯДУ, ВХОДИЛА В ДОЛОНЮ, А ЧОТИРИ ПАЛЬЦІ БУЛИ НАПРЯМЛЕНІ ЗА РУХОМ ДОДАТНОГО ЗАРЯДУ (ПРОТИ РУХУ ВІД’ЄМНОГО), ТО ВІДІГНУТИЙ НА 900 ВЕЛИКИЙ ПАЛЕЦЬ ПОКАЖЕ НАПРЯМ СИЛИ ЛОРЕНЦА, ЩО ДІЄ НА ЗАРЯД .

Оскільки сила Лоренца перпендикулярна вектору швидкості частинки, що несе заряд, то ця сила змінює лише напрям руху, не змінюючи при цьому модуля швидкості частинки.

З цього витікають два важливі моменти:

1) робота сили Лоренца над зарядженою частинкою дорівнює нулю, тобто стале магнітне поле над частинкою роботи не виконує та не змінює кінетичної енергії частинки;

2) траєкторія руху частинки, яка потрапила у стале магнітне поле таким чином, що поле перпендикулярне вектору швидкості, є коло, на якому частинку утримує сила Лоренца, що відіграє роль доцентрової сили:

Оскільки:

Підставляємо вираз для R у вираз для Т: .

Отже, період обертання Т не залежить від швидкості частинки, а повністю зумовлюється значенням магнітної індукції В та параметром (заряд до маси частинки). На цьому принципі побудована робота прискорювачів – циклотронів.

7. Фізичні явища, зумовлені силою Лоренца та прилади, які використовують силу Лоренца.

Якщо в просторі, де рухається заряджена частина, створити магнітне поле, яке спрямоване під кутом α до швидкості Частинки, то подальший рух частинки в полі буде гвинтовою лінією, тобто частинка буде нібито „навиватися” на лінії індукції поля:

Магнітне поле Землі нагадує поле намагніченої кулі.

Заряджені частинки, наприклад від Сонячного вітру, летять на Землю з космосу, потрапляють у магнітне поле Землі, „навиваються” на лінії індукції поля і досягають атмосферних шарів Землі в значній мірі поблизу магнітних (і географічних) полюсів, викликаючи іонізацію атмосферних газів, тобто тліючий розряд, який на Землі називають Північним сяйвом.

Серед приладів, які використовують силу Лоренца в роботі, можна вказати такі:

1) циклотрон – прискорювач часток; 2) мас-спектрометр (мас-спектрограф) – прилад для визначення мас іонів та розділення часток по масі та заряду;3) електронні монітори з електромагнітною розгорткою зображення; 4) МГД (магнітогідродинамічний генератор) – пристрій, в якому потік часток (струмінь іонізованого газу) розділяється за знаком частинок, що дозволяє одразу отримувати з теплової енергії електричну.

Ви прочитали: "Магнітне поле – частина 2"
Читати далі