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

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.
Принцип действия электродвигателя

Устройство электродвигателя
Вращающаяся часть электрической машины
называется ротором
(или якорем),
а неподвижная - статором.
В простом электродвигателе постоянного тока блок катушки служит ротором,
а постоянный магнит - статором.

Электродвигатель

Сила Лоренца
Магнитное поле действует только на движущийся заряд.
Силой Лоренца называют силу Fл, действующую в магнитном поле на электрический заряд q, движущийся в пространстве со скоростью υ.

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.

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.

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 = mυ / qB'.
Измеряя радиусы траекторий при известных значениях υ и B' можно определить отношение q / m.
В случае изотопов (q1 = q2) 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 покидать пояса в полярных областях и вторгаться в верхние 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.