Сила Лоренца. Рух зарядженої частинки в магнітному полі.

Дата: 2025-05-21; Просмотры: 7
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

 

Основні положення та означення.

  1. Експериментально досліджуючи дію магнітних полів на катодне й анодне випромінювання, ще в XIX ст. було виявлено два фунда­ментальних явища: магнітне поле діє на рухомі електричні заряди і рухомі електричні заряди створюють магнітне поле. Зауважимо, що на нерухомі заряди діє тільки електричне поле, а магнітне поле — ні. Отже, пробні нерухомі заряди дають можливість встановити на­явність електричного поля, а рухомі заряди — магнітного.
  2. Рухомі електричні заряди створюють навколо себе магнітне поле. Якщо заряд рухається в зовнішньому магніт­ному полі, то відбувається силова взаємодія маг­нітних полів, яку визначають за законом Ампера. Процес взаємодії магнітних полів дослідив Лоренц, який вивів формулу для визначення сили, що діє з боку магнітного поля на рухому заря­джену частинку.
  3. Силу, яка діє з боку магнітного поля індукцією В на заряд q , що рухається з швидкістю , назива­ють силою Лоренца. ( - кут між векторами В і ) Напрямок дії сили Лоренца визначають за правилом лівої руки: ліву руку розміщують так, щоб лінії магнітної індукції входили у долоню, чотири пальці показували напрямок руху позитивного заряду тоді відігнутий на 900 великий палець покаже напрямок дії сили Лоренца. ( якщо рухається негативно заряджена частинка то чотири пальці ставлять у напрямі протилежному до її руху)
  4. Сила Лоренца напрямлена перпендикулярно до векторів і В.
  5. Аналізуючи вираз сили Лоренца, можна зробити висновки:

а) якщо швидкість заряду , то , тобто магнітне поле не діє на нерухому заряджену частинку;

б) якщо = 0, то = 0 і = 0, тобто якщо частинка рухається так, що вектор її швидкості паралельний вектору магнітної індукції В, то на неї з боку магнітного поля сили не діють.

  1. Оскільки сила Лоренца завжди напрямлена перпендикулярно до век­тора швидкості частинки, яка летить, то вона не змінює модуля швидко­сті, а змінює тільки напрям руху частинки. Якщо заряджена частинка ру­хається в однорідному магнітному полі, вектор індукції якого перпенди­кулярний до напряму швидкості зарядженої частинки, то сила Лоренца викривляє траєкторію руху, виконуючи роль доцентрової сили. Дія цієї сили не змінює кінетичної енергії зарядженої частинки, тобто сила Лоренца не виконує роботи.

Конспект.

Розв’язування задач.

 

Модель № 1. ( механічний момент, магнітний момент) Мmax за умови

 

1. По витку радіусом 10см у магнітному полі діє максимальний механічний момент Мmax=6,5мкН. Сила струму у витку І=2А. визначити індукцію магнітного поля.

Модель № 2. ( рівновага сили тяжіння і сили Ампера )

 

2. Який струм потрібно пропустити по горизонтально розташованому провіднику довжиною 40 см і масою 8 г, у магнітному полі, силові лінії якого направлені перпендикулярно до провідника, щоб сила Ампера була зрівноважена силою тя­жіння? Індукція магнітного поля 40 мТл. а) 4 А; б) 5 А; в) 0,5 А; г) 2 А;

Модель № 3. ( рівновага сили тяжіння і сили Ампера та сил натягу )

     
 

FH + FH = mg +FA

FH FH

2FH = mg +

mg

FA

3 Прямий провідник довжиною 20 см і масою 25 г під­ вішений на двох легких нитках в однорідному магнітному по­лі, вектор індукції якого має горизонтальний напрям і перпен­дикулярний до провідника. Якої мінімальної сили струм треба пропустити через провідник, щоб нитки розірвались? Індукція магнітного поля 0,1 Тл. Кожна нитка розривається, коли на неї діє сила 0,4 Н. g=10 м/с2.

а) 27,5 А; б) 20,5 А; в) 25 А; г) 13,3 А;

 

 

Модель № 4. (рівновага сили тертя і сили Ампера )

4. Горизонтальні рейки прокладено на відстані 0,3 метра одна від одної. На них лежить стержень, перпендикулярно до рейок. Якою має бути індукція магнітного поля, щоб стержень
почав рухатись, коли по ньому пропустити струм силою 50 А? Коефіцієнт тертя між стержнем і рейками 0,2. Маса стержня 0,6 кг. Магнітне поле напрямлене вертикально вгору.g=10 м/с2.

а) 0,08 Тл; б) 0,03 Тл; в) 0,07 Тл; г) 0,06 Тл

 

 

Модель № 5 ( рух із прискоренням під дією сили Ампера ) x

 

5.. Відрізок прямого дроту довжиною 20 см і масою 5 г знаходиться в перпендикулярному до його осі однорідному магнітному полі з індукцією 100 мТл. З яким прискоренням почне рухатись провідник якщо по ньому пропустити струм силою 1 А? Тертя не враховувати.

а) 6м/с2; 5 м/с2; в) 0,1 м/с2; г) 0,2 м/с2;

 

Модель № 6 ( робота по переміщенню провідника в магнітному полі )

6..На яку відстань перемістився провідник довжиною 0,5 м в магнітному полі індукцією 1,5 10-2Тл, по якому прохо­дить струм силою 10 А, якщо робота виконана по переміщенні провідника рівна 15 мДж? Переміщення відбувалося в напрямідії сил. Провідник розміщений під кутом 30° до напряму ліній індукції магнітного поля. а) 0,6м; б) 0,8м; в) 0,4м; г) 0,23м;