fizika_21_22_25

Относительная магнитная проницаемость:

μ

r = μa/ μо .

Напряженность магнитного поля H (э) не зависит от магнитных свойств среды, но учитывает влияние силы тока и формы проводников на интенсивность магнитного поля в данной точке пространства. Магнитная индукция и напряженность связаны отношением:

Н = В/μо μ

r

25. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла.

Из предыдущего материала уже известно, что на проводник, по которому протекает электрический ток, в магнитном поле действует сила (сила Ампера). Поскольку ток в проводнике представляет собой движение электрических зарядов, то следует ожидать, что и на заряды, свободно движущиеся в магнитном поле (вне проводника), со стороны магнитного поля будет действовать сила. Так оно и происходит.

Исходя из известных фактов, можно рассчитать силу, действующую на электрический заряд. Если через данную точку за

время t проходит N частиц с зарядом q каждая, то они создают ток силой I = nq/t. Пусть t – время, за которое заряд q проходит расстояние L в поле с магнитной индукцией B; тогда L = t, где v – скорость частицы. Согласно закону Ампера, сила, действующая на эти частицы, равна: F = [IL×В] = (n q / t) [( t)×B]. А сила, действующая на одну из этих n частиц, равна:

F = q [v ×
B].	(3.1)
Этот результат подтверждается экспериментом. Величина этой
силы
.	(3.2)
Мы получили выражение для силы, действующей на частицу с
зарядом q, которая движется со скоростью в поле с магнитной
индукцией B. Это и есть сила Лоренца.

§ 2. Движение электрического заряда в однородном магнитном поле. Эффект Холла

Рассмотрим следующие случаи.

1. Линии индукции направлены перпендикулярно скорости заряда:

B = const.	Ускорение		заряда:	; так	как	вектор
ускорения a , то		ускорение является нормальным:				.
Частица	движется	по	окружности радиуса	.	Время	одного
оборота:			. Время Т не зависит от скорости.

2.Скорость v параллельна B. В этом случае sin(vB) = 0, F = qvBsin(vB)

=0, . Частица движется равномерно и прямолинейно, вдоль вектора B.

Рассмотренные свойства движущихся в магнитном поле заряженных частиц находят широкое применение в технике. В 1932 г.

Э.О.	Лоуренс	(Калифорнийский	университет	в	Беркли)
разработал циклотрон для ускорения			заряженных	элементарных

частиц типа протонов и ионов. Использование ускоренных до высоких энергий частиц в качестве «снарядов» при изучении столкновений ядерных частиц позволило получить информацию об атомных ядрах и элементарных частицах. В 1879 г. был открыт так называемый эффект Холла, суть которого заключается в следующем. Если проводник, по которому течет ток, жёстко закреплен в магнитном поле, это поле оказывает на заряды, движущиеся в проводнике, силовое воздействие, перпендикулярное их движению.

Если, например, электроны движутся в прямоугольном проводнике вправо, то магнитное поле, направленное перпендикулярно движению электронов, будет создавать силу, направленную вниз. В результате электроны будут двигаться вблизи нижней поверхности, поэтому между поверхностями возникнет разность потенциалов. Она будет увеличиваться до тех пор, пока обусловленное ею электрическое поле не уравновесит силу, действующую на движущиеся заряды со стороны магнитного поля. В большинстве случаев ток отрицательных зарядов вправо эквивалентен току положительных зарядов влево. Однако эффект Холла позволяет различать эти два случая. Движущиеся влево положительные заряды будут отклоняться вниз, так что нижняя поверхность приобретает положительный потенциал по отношению к верхней. Именно по полярности эдс Холла впервые удалось установить, что в проводниках носители имеют отрицательный заряд. Величина эдс Холла пропорциональна силе тока и магнитной

индукции.

Поэтому эффект Холла может быть использован для измерения магнитных полей. Вначале проводник (датчик Холла) калибруется в известных магнитных полях. Если поддерживать силу тока в нем постоянной, то, измеряя эдс Холла, можно определить индукцию магнитного поля В. Датчики Холла очень удобны, они имеют малые размеры и обеспечивают высокую точность измерений.