Послідовність виконання роботи

Завдання 1 Дослідити область домінування магнітного поля меншого із двох струмів.

1. Для деякої заданої викладачем відстані l = 100 між двома паралельними струмами І₁ і І₂ (значення взяти із таблиці варіантів) знайти на осі 0Х точки, для яких значення індукції магнітного поля кожного із струмів однакові за величиною, тобто В₁ = В₂.

Таблиця 49.1 – Варіанти завдань

Варіанти	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
I1	1	1	1	1	1	2	2	2	-2	-2	-2	-1	-1
I2	3	4	5	6	7	7	6	5	5	6	7	5	6

2. Знайти рівняння кривої у(х), для якої виконується умова В₁ (х,у) = В₂(х,у).

3. Запустити програму “М-pole” і отримати за її допомогою картину ліній магнітної індукції результуючого магнітного поля для даних двох струмів (див. пункт 1).

4. Роздрукувати її і побудувати на ній криву (коло) за рівнянням, отриманим в пункті 2.

5. Зробити аналіз отриманих результатів.

Завдання 2 Візуалізація магнітного поля декількох паралельних провідників із струмом.

1. Для 3 – 7 різних значень струмів отримати на моніторі картину ліній магнітної індукції системи паралельних провідників із струмом і проаналізувати її (область максимальних і мінімальних значень магнітної індукції, області максимальних ґрадієнтів магнітної індукції…).

2. Роздрукувати отриману картину ліній індукції та побудувати вектор індукції результуючого магнітного поля в деякій точці, координати якої дає викладач (у відповідному масштабі).

Контрольні запитання

1. Що називають магнітним полем?

2. Що називається магнітною індукцією?

3. Що таке лінії індукції магнітного поля і як визначається їх напрям?

4. Які властивості ліній індукції магнітного поля і для чого вони використовуються ?

5. Сформулюйте принцип суперпозиції.

6. Як магнітне поле діє на провідник із струмом?

Література:

1. І.Є.Лопатинський. Курс фізики. Фізика для інженерів. – Л.: „Бескид Біт”, 2002.

2. І.М.Кучерук, В.П.Дущенко. Загальна фізика. Т.: 1. – К.: „Вища школа”, 1987 – 1991.

3. Г.Ф.Бушок і ін. Курс фізики. Кн. 1. – К.: „Либідь”, 2001.

4. І.М.Кучерук, І.Т.Горбачук, П.П.Луцик. Загальний курс фізики. Т.: 1. – К.: „Техніка”, 2001.

5. Т.И.Трофимова. Курс физики. – М.: “Высшая школа”, 1990.

В-50 Вивчення руху зарядженої частинки в магнітному полі

Мета: ознайомитися з рухом зарядженої частинки в магнітному полі, визначити питомий заряд частинки та тип частинки.

Прилади і матеріали: програма комп’ютерної лабораторної роботи “Рух зарядженої частинки в магнітному полі”.

Теоретичні відомості

Магнітне поле – одна із форм існування матерії, через яку здійснюється взаємодія магнітів, рухомих зарядів або рухомих зарядів з магнітами. Подібно до того, як при дослідженні електричного поля використовувались точкові електричні заряди, при дослідженні магнітного поля використовують замкнутий контур зі струмом (рамка зі струмом), магнітне поле якого не спотворює досліджуване. Досліди показують, що якщо в магнітне поле помістити такий контур (рамку з струмом), то він відповідним чином орієнтується (повертається), причому напрям його орієнтації залежить від напряму струму в ньому і напряму магнітного поля. Такий контур зі струмом (рамка) використовується для встановлення кількісної характеристики магнітного поля. Якщо таку рамку зі струмом помістити в магнітне поле, то на неї з боку поля буде діяти пара сил. Під дією цієї пари сил рамка в магнітному полі відповідним чином орієнтується. Досліди показують, що із зміною величини струму змінюється величина максимального механічного (М) і магнітного (Р) моментів, а їх відношення залишається сталою величиною, тобто і може бути характеристикою магнітного поля (порівняйте з напруженістю електричного поля). Величина дістала назву вектора індукції магнітного поля.

Індукція магнітного поля - силова характеристика поля, яка визначається відношенням максимального обертового моменту до магнітного моменту.

Магнітне поле є силовим, і його за аналогією з електричним, на рисунку зображують силовими лініями. Лінії, дотичні до яких в кожній точці співпадають з напрямом вектора індукції , називають силовими магнітними лініями або лініями вектора магнітної індукції .

Силові лінії магнітного поля постійних магнітів виходять з північного полюса і входять в південний (рисунок 50.1). Напрям силових ліній магнітного поля прямого струму визначається правилом правого гвинта (рисунок 50.2):

якщо поступальний рух правого гвинта співпадає з напрямом струму, то напрям обертання головки гвинта вказує на напрям силових ліній індукції поля.

Силові лінії магнітного поля – замкнуті, тобто не мають початку і кінця. Поле, силові лінії якого замкнуті, називається вихровим.

Рисунок 50.1

Рисунок 50.2

Магнітне поле, індукція якого в кожній точці і за величиною і за напрямом однакова, називається однорідним.

Для магнітного поля, як і для електричного, виконується принцип суперпозиції: ідукція магнітного поля, створеного декількома струмами, дорівнює векторній сумі індукцій полів, створених кожним струмом зокрема:

. (50.1)

В SІ індукція магнітного поля вимірюється в теслах (Тл). 1 Тл – магнітна індукція такого однорідного магнітного поля, яке діє з силою в 1 Н на кожний метр довжини провідника, розміщеного перпендикулярно до напряму поля, якщо по провіднику протікає струм 1 А.

. (50.2)

Величину сили, що діє на заряд , який рухається в однорідному магнітному полі з індукцією можна визначити з формули, яку вперше отримав Г.А. Лоренц:

(50.3)

де кут між напрямом швидкості і напрямом вектора індукції магнітного поля. У векторній формі

. (50.4)

Напрям сили Лоренца визначається за правилом лівої руки: якщо ліву руку розмістити так, щоб вектор індукції поля входив в долоню, чотири витягнуті пальці показували напрям швидкості заряду, то відхилений великий палець покаже напрям сили, яка діє на позитивний заряд. Зверніть увагу на те, що сила Лоренца завжди напрямлена перпендикулярно до швидкості руху заряду і тому відіграє роль доцентрової сили. Отже, сила Лоренца не виконує роботу, а змінює тільки напрям швидкості руху заряду в магнітному полі. Абсолютна величина швидкості заряду і його кінетична енергія під час руху в магнітному полі не змінюються.