ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ Магнитное поле
advertisement
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Вспомним: Проводник с током создает в окружающем пространстве магнитное поле! 1. Магнитное поле — силовое поле, действующее бесконтактно на движущиеся электрические заряды, проводники с током и постоянные магниты. Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля) 𝑩 , Размерность 𝑩 = Тл (Тесла) 2. Электрический ток - скалярная величина, характеризующая упорядоченное движение зарядов под действием электрического поля. За направление электрического тока принято считать направление движения положительных зарядов . 𝑰, Размерность 𝑰 = А (Ампер) Если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения электронов. 𝑰 + S 𝒗 П О Л Е ̅ ∆𝒍 3. Участок проводника с током ∆𝒍 – векторная величина, модуль которой равен длине части проводника, находящегося в магнитном поле, а направление совпадает с направлением тока в проводнике. Размерность ∆𝒍 = м (метр) Лицей 1511 Грушин, Самоварщиков, Шишлакова Физика 10 класс М А Г Н И Т Н О Е ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ 10 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРОДОЛЖЕНИЕ Лирическое отступление (из математики): Векторным произведением двух векторов 𝒂 и 𝒃, взятых в данном порядке, называется вектор 𝒄 = 𝒂 × 𝒃, модуль которого равен площади параллелограмма, построенного на этих векторах 𝒄 = 𝒂 ∙ 𝒃 ∙ 𝒔𝒊𝒏𝜶 (где α - угол между векторами 𝒂 и 𝒃), а направление перпендикулярно обоим векторам и может быть определено правилом левой руки Мнемоническое правило левой руки: Если расположить левую руку так, чтобы вытянутые пальцы были направлены вдоль вектора 𝒂 , а вектор 𝒃 входил в ладонь, то отведенный большой палец укажет направление вектора 𝒄. 𝑭𝑨 𝑩 ∆𝒍 𝒄 𝒃 𝒂 Сила Ампера: на участок проводника ∆𝒍 с электрическим током 𝑰 , находящийся в магнитном поле с индукцией 𝑩, действует сила Ампера 𝑭𝑨 : 𝑭𝑨 = 𝑰∆𝒍 × 𝑩 Лицей 1511 Грушин, Самоварщиков, Шишлакова Физика 10 класс М А Г Н И Т Н О Е П О Л Е 10 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ 22.13. В горизонтальном однородном магнитном поле с индукцией В = 10 мТл подвешен на двух легких нитях горизонтальный проводник длиной l = 10 см перпендикулярно вектору В . Как изменится сила натяжения каждой из нитей, если по проводнику пропустить ток силой 𝐼 = 10 А? В = 10 ∙ 10−3 Тл 𝐼 = 10 А ∆𝑙 = 0,10 м ∆𝐹 = ? 1. Запишем кратко условие: Сила Ампера 𝑭𝑨 = 𝑰 ∙ ∆𝒍 × 𝑩 2. Вспомним правило левой руки: Если расположить левую руку так, чтобы вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, а линии индукции входили в ладонь, то отведенный большой палец укажет направление силы Ампера, действующей на проводник. + _ ∆𝒍 ⊥ 𝑩 → ⊙ 𝑩 ⊙ 𝑩 I 𝑩 ⊙ ⊙ 𝑩 ⊙ ∆𝒍 𝑭𝑨 3. Изобразим картинку: I I 𝑰 ∆𝒍 П О Л Е 𝑭𝑨 = 𝑰∆l𝑩 = 10 ∙ 0,1 ∙ 10 ⋅ 10−3 10 ∙ 10−3 Н = Примечания: 1. ∆𝒍 – длина проводника, на которую непосредственно воздействует магнитное поле 2. нити – это проволоки, по которым поступает ток к проводнику На каждую нить нагрузка увеличится на ∆𝐹 = 5 ∙ 10−3 Н Ответ: ∆𝑭 = 𝟓 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 Н Лицей 1511 Грушин, Самоварщиков, Шишлакова Физика 10 класс 𝑭𝑨 М А Г Н И Т Н О Е 10 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ 22.16. Стержень лежит перпендикулярно рельсам, расстояние между которыми 𝑙 = 50 см. Рельсы составляют угол 𝛼 = 30° с горизонтом. Какой должна быть индукция 𝐵 магнитного поля, перпендикулярного плоскости рельсов, чтобы стержень начал двигаться, если по нему пропустить ток силой 𝐼 = 40 А ? Коэффициент трения стержня о рельсы 𝜇 = 0,6. Масса стержня М = 1 кг. 𝑙 = 0,50 м 𝛼 = 30° 𝐼 = 40 А 𝜇 = 0,6 М = 1 кг. В =? 1. Запишем кратко условие: 2. Изобразим картинку: 3. Изобразим ту же картинку – вид сбоку: 𝑰 𝑩 𝒍 𝑩 𝑰 𝟎у 𝑰 𝛼 𝑵 𝑭тс 4. Изобразим силы 𝑭𝑨 = 𝑰 ∙ ∆𝒍 × 𝑩 Сила тяжести 𝑴𝒈 Сила реакции опоры П О Л Е 𝑭𝑨 𝟎х 𝑰 𝛼 Сила Ампера Сила трения М А Г Н И Т Н О Е 𝑭тс 𝑵 Лицей 1511 Грушин, Самоварщиков, Шишлакова Физика 10 класс 𝑴𝒈 5. Изобразим оси 0х и 0у ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ 10 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРОДОЛЖЕНИЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ 𝑙 = 0,50 м 𝛼 = 30° 𝐼 = 40 А 𝜇 = 0,6 М = 1 кг. В =? 22.16. Стержень лежит перпендикулярно рельсам, расстояние между которыми 𝑙 = 50 см. Рельсы составляют угол 𝛼 = 30° с горизонтом. Какой должна быть индукция 𝐵 магнитного поля, перпендикулярного плоскости рельсов, чтобы стержень начал двигаться, если по нему пропустить ток силой 𝐼 = 40 А ? Коэффициент трения стержня о рельсы 𝜇 = 0,6. Масса стержня М = 1 кг. 𝟎у 𝑵 𝑭тс Чтобы стержень начал двигаться необходимо минимальное ускорение 𝒂 ~ 𝟎 𝑭𝑨 𝟎х 𝑰 6. Запишем уравнения динамики в проекции на оси координат: 𝟎х| 𝟎 = 𝑭𝑨 − 𝑴𝒈𝒔𝒊𝒏𝜶 − 𝑭тс ∗ 𝛼 𝑴𝒈 𝟎у| 𝟎 = 𝑵 − 𝑴𝒈𝒄𝒐𝒔𝜶 ∗∗ М А Г Н И Т Н О Е П О Л Е 𝑭тс = 𝝁𝑵 = 𝝁𝑴𝒈𝒄𝒐𝒔𝜶 Из ∗ и ∗∗ → 𝟎х| 𝟎 = 𝑭𝑨 + 𝑴𝒈𝒔𝒊𝒏𝜶 − 𝝁𝑴𝒈𝒄𝒐𝒔𝜶 Если направление тока 𝑰 или поля 𝑩 поменять на противоположное, то силы 𝑭𝑨 и 𝑭тс также поменяют направления: 𝟎х| 𝟎 = 𝑭𝑨 ± 𝑴𝒈𝒔𝒊𝒏𝜶 − 𝝁𝑴𝒈𝒄𝒐𝒔𝜶 С учетом: 𝑭𝑨 = 𝑰𝑩𝒍 → 𝑴𝒈 ∙ 𝝁𝒄𝒐𝒔𝜶 ± 𝒔𝒊𝒏𝜶 1 ∙ 9,8 ∙ 0,6 ∙ 0,866 ± 0,5 = 𝑰𝒍 40 ∙ 0,5 𝑩𝟏 = 𝟎, 𝟓Тл для движения стержня вверх 𝑩𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟏Тл для движения стержня вниз 𝟎 = 𝑰𝑩𝒍 ± 𝑴𝒈𝒔𝒊𝒏𝜶 − 𝝁𝑴𝒈𝒄𝒐𝒔𝜶 → 𝑩 = Лицей 1511 Грушин, Самоварщиков, Шишлакова Физика 10 класс Ответ: 𝑩𝟏 = 𝟎, 𝟓Тл 𝑩𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟏Тл 10
