Учебник по физике для поступающих в ВУЗ
СИЛА ЛОРЕНЦА
Электрический ток – это совокупность упорядоченно движущихся заряженных частиц.
Поэтому действие магнитного поля на проводник с током есть результат действия поля на движущиеся заряженные частицы внутри проводника.
Опытным путём установлено, что на заряд, движущийся в магнитном поле, действительно действует сила.
Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца.
(в честь голландского физика Хендрика .Лоренца)
Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы Ампера FA, действующей на участок проводника длиной ∆l, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся на этом участке проводника:
Fл = FA /N.
Рассмотрим отрезок тонкого прямого проводника с током. Пусть длина отрезка ∆l и площадь поперечного сечения проводника S настолько малы, что вектор индукции магнитного поля В можно считать неизменным в пределах этого отрезка проводника.
Сила тока I в проводнике связана с зарядом частиц q, концентрацией заряженных частиц (числом зарядов в единице объема) и скоростью их упорядоченного движения v:
I = qnvS.
Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на выбранный элемент тока:
FA = |q| ∆lB sin(a).
Подставляя сюда предыдущее выражение для силы тока (I = qnvS), получим:
FA = |q| nvS ∆l B sin(a) = v |q| N B sin(a)
где N = nS∆l – число заряженных частиц в рассматриваемом 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 определяется правилом левой руки(того же что и направление силы Ампера):
если руку расположить так, чтобы четыре вытянутых пальца совпадали с направлением движения положительного заряда, линии индукции магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на 900 большой палец показывает направление силы.
В случае отрицательной частицы направление силы противоположное.
Если есть электрическое и магнитное поля, то полная сила, действующая на заряд равна:
Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работу.
Сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление частицы.
Траектория движения заряженной частицы в однородном магнитном поле зависит от угла α между скоростью частицы и вектором магнитной индукции.
Заряженная частица, влетающая в однородное магнитное поле параллельно линиям магнитной индукции, движется вдоль этих линий.
В этом случае α = 0 и соответственно Fл = 0. Частица (согласно принципу инерции) будет продолжать двигаться равномерно и прямолинейно с начальной скоростью вдоль линий магнитной индукции.
В однородном магнитном поле частица, движущаяся перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, под действием силы Лоренца приобретает центростремительное ускорение:
a = = и движется по окружности.
Заряженная частица, влетающая в однородное магнитное поле в плоскости, перпендикулярной линиям магнитной индукции, движется в этой плоскости по окружности.
Радиус окружности и период обращения определяются выражениями:
a = = Þ r =
Период обращения частицы по окружности в поперечном магнитном поле не зависит от ее скорости:
T = = (период не зависит от радиуса и скорости частицы)
Независимость периода обращения от радиуса и скорости используется в ускорителе заряженных частиц – циклотроне.
При движении заряженной частицы в однородном электрическом поле радиус движения частицы остается неизменным:
r =
В соответствии с правилом левой руки для определения силы Лоренца вращение отрицательного заряда по окружности происходит в направлении, противоположном вращению положительного заряда.
Направление вращения заряда определяется его знаком.
Действие силы Лоренца на движущиеся заряды можно наблюдать, поднося магнит к электроннолучевой трубке.
Масс-спектрограф – прибор для измерения масс заряженных частиц.
Принцип работы силы Лоренца в масс-спектрометрах:
Вакуумная камера прибора помещена в магнитное поле. Ускоренные электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы), описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории. По этому радиусу определяется удельный заряд иона.
Зная же заряд иона, легко определить его массу.
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (уч.8кл.стр.143-145)
Электродвигатель постоянного тока. Принцип действия. Конструкция.
Электродвигатель переменного тока
Асинхронный электродвигатель. Принцип действия. Конструкция.
Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник в током, находящийся в поле. При изменении направления тока в проводнике направление действия поля также меняется.
Практическое значение имеет вращение проводника с током в магнитном поле.
Вращение рамки с током в магнитном поле используется в электродвигателях постоянного тока, преобразующих электрическую энергию в механическую.
Рамка с током, находящаяся в положении неустойчивого равновесия, поворачивается на 180о вокруг горизонтальной оси.
В момент, когда рамка проходит положение устойчивого равновесия, коллектор меняет направление тока в рамке на противоположное. В результате рамка вновь оказывается в положении неустойчивого равновесия и пройдя по инерции это положение, продолжает вращение в прежнем направлении.
Коллектор – устройство для изменения направления тока, состоящее из полуколец, к которым прижимаются скользящие по ним контакты (щетки) для подведения тока к обмотке двигателя.
В реальных электродвигателях постоянного тока роль постоянного магнита выполняют электромагниты.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100