- •Мукашева Алия Кенжебековна
- •Тема 1 Магнитное поле в вакууме……………………………………
- •Учебно-методический комплекс «Физика – 2» предназначен для студентов заочно - дистанционного обучения для группы специальностей «Технические науки и технологии».
- •Тема 1. Магнитное поле в вакууме
- •Тема 2. Действие магнитного поля на токи и заряды
- •Тема 3. Магнитное поле в веществе
- •Тема 4. Явление электромагнитной индукции
- •Тема 5. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля
- •Тема 6. Электромагнитные колебания и волны
- •Тема 7. Элементы геометрической и электронной оптики
- •Тема 8. Волновая оптика
- •Тема 9. Взаимодействие света с веществом
- •Тема 10. Квантовая природа излучения
- •Тема 11. Элементы квантовой механики
- •Тема 12. Теория атома водорода по Бору
- •Тема 13. Элементы квантовой статистики
- •Тема 14. Атомное ядро
- •Тема 15. Ядерные реакции
- •Лабораторная работа № 28 Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли
- •Контрольные вопросы
- •Исследование свойств полупроводникового выпрямителя
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 39 Изучение последовательной цепи переменного тока
- •Теория метода
- •Лабораторная работа № 41 Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки
- •Контрольные вопросы
- •Определение концентрации водного раствора сахара поляриметром ц е л ь:изучить явление вращения плоскости поляризации п р и б о р ы:поляриметр, трубка с раствором сахара
- •Изучение поляризации света
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 47 снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента
- •Зависимость силы тока от
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Тесты рубежного контроля 1
- •Тесты рубежного контроля 2
Тема 2. Действие магнитного поля на токи и заряды
Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) через площадь dS, перпендикулярную полю, численно равен числу силовых линий, пронизывающих эту площадь
B Ф = ВScosa - магнитный поток [Вб]
S Поток вектора магнитной индукции Ф через
S произвольную поверхность S равна
Для однородного поля и плоской поверхности, расположенных перпендикулярно вектору магнитной индукции
Ф = ВS
Если поверхность замкнута, то полный поток вектора магнитной индукции
- теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля
Эта теорема отражает факт отсутствия магнитных зарядов, вследствие чего линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца и являются замкнутыми.
Выясним, как ведет себя контур с током в магнитном поле. Пусть контур малых размеров со сторонами а и ℓ по которому течет ток I.
0
+ - На параллельные полю стороны ℓ поле не
действует. На стороны а в соответствии
I с правилом левой руки и формулой Ампе-
B ра действует пара сил, момент которой ра-
j вен M = Fh
а где F = IBa sinb - сила Ампера
I рm b - угол между магнитной индукцией и на-
ℓ правлением тока
0’ h – плечо силы h = ℓcosj
0¢ j - угол между В и стороной ℓ.
Так, как sinb = 1, сторона а перпенди-
кулярна магнитной индукции В, то
F М = IBaℓcosj
ℓ aℓ = S – площадь прямоугольного контура
a B Тогда М = IBScosj
IS = рm - магнитный момент, то
h рm М = рm Bcosj
F
Направление вектора рm совпадает с положительным направлением нормали к плоскости контура, которое определяется правилом правого винта: если рукоятка винта вращается по направлению тока в контуре, то поступательное движение винта показывает направление вектора рm.
В случае контура произвольной формы в формулу вводится угол a между векторами магнитного момента Pm и магнитной индукции В.
cosj = sin(90-j) = sina и тогда M = pmBsina
a - угол между векторами магнитного момента рm и магнитной индукции В.
Определим работу по перемещению проводника с током в магнитном поле. На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера
F = IBℓ sina
dx I Так, как поле перпендикулярно проте-
+ кающему по проводнику току, то
ℓ F a = 1 и F = IBℓ
Работа по перемещению проводника
1 2 I - dA = Fdx = IBℓ dx
ℓ dx = dS – площадь магнитного поля вектора магнитной индукции В,
которую пересек при своем движении отрезок проводника.
Тогда
dA = IB dS
B dS = dФ – поток магнитной индукции сквозь площадь dS.
Таким образом, dA = I dФ
т.е. работа по перемещению проводника с током в магнитном поле равна произведению силы тока на изменение потока магнитной индукции сквозь площадь, обтекаемую потоком.
Магнитное поле действует не только на проводник с током, но и на отдельные заряды, движущиеся в магнитном поле. Сила, действующая на заряд q, движущийся в магнитном поле со скоростью υ называется силой Лоренца.
Мы знаем, что сила, действующая на проводник с током F = IBlsina
Известно, что , то где ℓ - путь частиц
Тогда Fл = qυBsina - сила Лоренца
Направление силы Лоренца определяется с помощью по правилу левой руки, подразумевая, под направлением тока I направление скорости u и учитывая, что для q>0 (I и u совпадают), а для q<0 (I и u противоположны).
Направления силы F, скорости υ, и магнитной индукции В взаимно перпендикулярны. Сила Лоренца изменяет только направление скорости движения, частицы не изменяя модуля скорости. Следовательно, работа лоренцевой силы равна нулю, т.е. постоянное магнитное поле не совершает работы над движущейся в нем заряженной частицы (не изменяет кинетической энергии частицы). Переменное магнитное поле изменяет энергию и модуль скорости частицы.
Выражение для силы Лоренца позволяет найти ряд закономерностей движения заряженных частиц в магнитном поле.
1) a=0, то есть υ║В, тогда сила Лоренца Fл = 0, т.е. магнитное поле на частицу не действует и она движется прямолинейно и равномерно.
2) a=900, то есть υВ, тогда Fл = qυB постоянна по модулю и нормальна к траектории частицы.
Согласно II – закона Ньютона, эта сила создает центростремительное ускорение
Отсюда следует, что частица будет двигаться по окружности радиусом
Период вращения частицы, т.е. время, затрачиваемое на один полный оборот
Вместо R подставим значение и получим
–удельный заряд.
0a900 - частица движется по винтовой линии (спирали), ось которой параллельна магнитному полю. Шаг винтовой линии
h = υ║T = υTcosa
Подставив вместо Т его значение, получим
h =
Если на движущийся заряд помимо магнитного поля действует и электрическое поле, то результирующая сила F, приложенная к заряду
F = qE + qυB – формула Лоренца
Эффект Холла – это возникновение в металле или полупроводнике с током плотностью j, помещенном в магнитном поле вектора магнитной индукции В электрического поля в направлении, перпендикулярном вектору магнитной индукции В и плотностью тока j.
Металлическую пластину с током
d - - - - - - плотностьюj поместим в магнитное
Fл j поле, где вектор магнитной индукции
υ перпендикулярен плотности тока.
a При данном направлении скорость
+ + + + электронов направлена в обратную
сторону.
В
На электроны действует сила Лоренца, которая направлена вверх. Тогда у верхнего края будет избыток электронов (зарядится отрицательно), а у нижнего края – их недостаток (зарядится положительно). В результате этого между пластинами возникает дополнительное поперечное электрическое поле, направленное снизу вверх. Когда напряженность ЕВ этого поперечного поля достигнет такой величины, что его действие на заряды будет уравновешивать силу Лоренца, то установится стационарное распределение зарядов.
F = eEB - электрическая сила F = eυB - сила Лоренца
Тогда eEB = eυB
Известно, что , тогда
или Dj = υB a – холловская разность потенциалов
Учитывая, что I =jS = neυS Þ получим
где S = ad – площадь поперечного сечения,
- постоянная Холла, зависит от вещества
Следовательно -холловская разность потенциалов.