3.8.8. Действие магнитного поля на проводник с током и движущийся заряд
Если
проводник с током длиною l
поместить
в магнитное поле какого-либо магнита,
то на этот проводник будет действовать
сила, определяемая по закону Ампера F
=
Blsina,
где
I
- сила тока; В
-индукция
магнитного поля; l
— длина проводника с током;
— угол между направлением индукции и
элементом проводника с током. Направление
силы, действующей на проводник с током,
удобно определять с помощью так
называемого правила левой руки. Закон
Ампера положен в основу устройства
электромоторов, широко используемых в
технике.
Магнитное
поле действует не только на проводники
с током, но и на отдельные электрические
заряды, движущиеся в поле. Выражение
для силы, действующей на заряд, в этом
случае имеет вид:
,
гдеV
- скорость
частицы, несущей заряд; В
- индукция
поля;
- угол между направлениями индукции и
скорости перемещения частицы в магнитном
поле. Эта сила носит название силы
Лоренца.
В общем
случае на движущуюся заряженную частицу
помимо магнитного поля может еще
действовать и электрическое поле,
напряженность которого
.
Тогда
результирующая сила F,
действующая
на заряд равна векторной сумме:
.
Данное
выражение позволяет установить
закономерности движения заряженных
частиц в электрическом и магнитном
полях, лежащих в основе устройства
электронного микроскопа, масс-спектографов,
ускорителей заряженных частиц и других
установок.
3.8.9. Электромагнитная индукция
Явление
электромагнитной
индукции
было открыто М. Фарадеем в 1831 году и
заключается в том, что при всяком
изменении магнитного потока, проходящего
через площадь, ограниченную контуром
проводника, в последнем возникает ЭДС
индукции, а если контур замкнутый, то
индукционный ток:
,
гдеФ
=
В·S
- магнитный
поток; В
— индукция
магнитного поля; S
— площадь контура проводника.
Возникающий индукционный ток всегда имеет такое направление, что его магнитное поле препятствует тому изменению магнитного потока, которое возбуждает этот ток (правило Ленца). Из этого правила следует, что при возрастании потока дФ > О направление индукционного тока противоположно наводящему, а при dФ < 0 направление индукционного тока совпадает с наводящим током. На этом явлении основано действие электрогенераторов, трансформаторов, различных радиотехнических и электротехнических устройств, в частности, индукционный нагрев металлических заготовок.
Индукционный
нагрев применяется и для лечебных целей.
В этом случае метод называется
микроволновой терапией. Для этих целей
используются электромагнитные волны
деци- и сантиметровых диапазонов,
называемые микроволнами (частота от
300 МГц до 300 ГГц). Чаще всего используются
волны длиною
= 12,7 см (v
= 2375 МГц). Генераторы работают на
магнетронах, клистронах, лампах бегущей
волны и других устройств. Сантиметровые
волны
поглощаются преимущественно в поверхностных слоях тканей организма с глубиной проникновения не более 5-7 см. При этом способе нагрева большую роль играет диэлектрическое свойство воды. Поэтому наибольшее поглощение .энергии происходит в водосодержащих тканях, например, в мышечной ткани и крови, наименьшее — в жировой ткани и подкожной клетчатке. Этот же диапазон электромагнитных волн используется в бытовых микроволновых печах в технологии приготовления пищи.