Презентация к уроку

Сила Ампера Сила Лоренца

ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ

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 Ампера

Направление силы Ампера (правило левой руки)  Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора  В  входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник с током.

Правило левой руки

3.

ПРОВЕРЬ СЕБЯ:

3.

КАКАЯ СТРЕЛКА УКАЖЕТ НАПРАВЛЕНИЕ СИЛЫ АМПЕРА?

ОПРЕДЕЛИТЕ НАПРАВЛЕНИЕ СИЛЫ АМПЕРА

ЗАДАЧА

Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник

с длиной активной части 5 см действует сила 50 мН?

Сила тока в проводнике 25 А.

Проводник расположен перпендикулярно

вектору индукции магнитного поля.

Действие магнитного поля на рамку с током

На рамку действует пара сил, в результате чего она поворачивается.

Направление вектора силы – правилу левой руки.

F=BIlsinα=ma

M=Fd=BIS   sinα  - вращающий момент

Принцип действия электродвигателя

Простейший электродвигатель работает только на постоянном токе (от батарейки). Ток проходит по рамке, расположенной между полюсами постоянного магнита. Взаимодействие магнитных полей рамки с током и магнита заставляет рамку поворачиваться. После каждого полуоборота коллектор переключает контакты рамки, подходящие к батарейке, и поэтому рамка вращается.

Вращающаяся часть электрической машины

называется ротором

(или якорем),

а неподвижная - статором.

В простом электродвигателе постоянного тока блок катушки служит ротором,

а постоянный магнит - статором.

Сила Лоренца

• Магнитное поле действует только на движущийся заряд.
• Силой Лоренца называют силу F л, действующую в магнитном поле на электрический заряд q , движущийся в пространстве со скоростью  .

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

Сила Лоренца

Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора  В  входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению скорости положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Лоренца.

Правило левой руки  сформулировано для положительной частицы. Сила, действующая на отрицательный заряд будет направлена в противоположную сторону по сравнению с положительным.

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

Если вектор   v   частицы перпендикулярен   вектору   В ,   то частица описывает траекторию в виде окружности:  

Роль центростремительной силы играет сила Лоренца

Движение заряженной частицы в магнитном поле перпендикулярно B

При этом радиус окружности: 

а период обращения  

:  

не зависит от радиуса окружности!

Движение заряженной частицы в магнитном поле под углом к B

• Такая частица будет двигаться в однородном магнитном поле по спирали.
• При этом радиус спирали R зависит от модуля перпендикулярной магнитному полю составляющей υ ┴ а шаг спирали p – от модуля продольной составляющей υ ||

Применение силы Лоренца

Циклотрон.

• Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен

• Циклотронная частота не зависит от скорости
• Заряженная частица ускоряется электрическим полем, а удерживается на траектории магнитным полем.

Циклотрон.

Электронно-лучевая трубка.

Селектор скоростей.

• Частицы движутся в скрещенных однородных электрическом и магнитном полях.
• Если электрическая сила скомпенсирована силой Лоренца, частица будет двигаться равномерно и прямолинейно .
• При заданных значениях электрического и магнитного полей селектор выделит частицы, движущиеся со скоростью υ =  E  /  B .

Масс – спектрометр.

• Можно измерять массы заряженных частиц – ионов или ядер различных атомов.
• Используются для разделения изотопов, то есть ядер атомов с одинаковым зарядом, но разными массами .

Масс – спектрометр.

• Траектории частиц представляют собой окружности радиусов R  =  m υ /  qB' .
• Измеряя радиусы траекторий при известных значениях υ и B' можно определить отношение q  /  m .
• В случае изотопов ( q 1  =  q 2 ) масс-спектрометр позволяет разделить частицы с разными массами.

Магнитная «бутылка» или ловушка.

• Заряженные частицы не выходят за пределы «бутылки».
• Используется для удержания плазмы в управляемом термоядерном синтезе.

Радиационные пояса Земли.

• Быстрые заряженные частицы от Солнца попадают в магнитные ловушки радиационных поясов.

Движение заряженных частиц в магнитном поле Земли.  Вблизи магнитных полюсов Земли космические заряженные частицы движутся по спирали (с ускорением) Одно из основных положений теории Максвелла говорит о том, что заряженная частица, движущаяся с ускорением, является источником электромагнитных волн - возникает т.н. синхротронное излучение. Столкновение заряженных частиц с атомами и молекулами из верхних слоев атмосферы приводит к возникновению полярных сияний.

Радиационные пояса Земли.

Радиационные пояса Земли.

• Частицы могут по кидать пояса в полярных областях и вторгаться в вер хние слои атмосферы, вызывая полярные сияния.

Эффект Холла.

• Возникновение в проводнике или полупроводнике с током, находящемся в магнитном поле, поперечной разности потенциалов.
• Причиной является отклонение электронов, движущихся в магнитном поле под действием силы Лоренца.

МГД - генератор.

• Работа основана на эффекте Холла.

Домашнее задание:

Изучить материал по теме Сила Ампера. Сила Лоренца.