Магнитное поле действует только на покоящиеся заряды

Магнитное поле действует только на покоящиеся заряды

15. Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, подтверждающие это действие

В 1820 г. датский физик Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается при пропускании электрического тока через проводник, находящийся около нее (рис. 18). В том же году французский физик Ампер установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение, если ток течет по ним в одном направлении, и отталкивание, если токи текут в разных направлениях (рис. 19). Явление взаимодействия токов Ампер назвал электродинамическим взаимодействием. Магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов, согласно представлениям теории близкодействия, объясняется следующим образом: всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле. Магнитное поле — особый вид материи. Его источником является любое переменное электрическое поле.

С современной точки зрения в природе существует совокупность двух полей — электрического и магнитного — это электромагнитное поле, оно представляет гобой особый вид материи, т. е. существует объективно, независимо от нашего сознания. Магнитное поле всегда порождается переменным электрическим, и наоборот, переменное электрическое поле всегда порождается переменным магнитным полем. Магнитное и элетрическое поля взаимно перпендикулярны. Электрическое поле, вообще говоря, можно рассматривать отдельно от магнитного, так как носителями его являются заряженные частицы — электроны и протоны. Магнитное поле без электрического не существует, так как носителей магнитного поля нет. Вокруг проводника с током существует магнитное поле, и оно порождается переменным электрическим полем движущихся заряженных частиц в проводнике.

Магнитное поле является силовым полем. Силовой характеристикой магнитного поля называют магнитную индукцию (). Магнитная индукция — это некторная физическая величина, равная максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока: . Единичный элемент тока — это проводник длиной 1 м и силой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл). .

Магнитное поле является вихревым полем. Для графического изображения магнитных полей вводятся силовые линии, или линии магнитной индукции, — это такие линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной. Направление силовых линий находится по правилу буравчика. Если буравчик ввинчивать по направлению тока в проводнике, то направление вращения рукоятки совпадет с направлением силовых линий. Линии магнитной индукции прямого провода с током представляют собой концентрические окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной проводнику (рис. 20).

Ампер установил, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила. Сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, прямо пропорциональна силе тока, длине проводника в магнитном поле, модулю вектора магнитной индукции и , где — угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции. Это и есть формулировка закона Ампера, который записывается так: . Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки. Если левую руку расположить так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции () входила в ладонь, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера (рис. 21).

В конце XIX в. была создана электронная теория проводимости, и тогда стал ясен механизм возникновения силы Ампера. Он состоит в следующем. Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы, создающие электрический ток. Их импульс меняется. При столкновении с узлами кристаллической решетки проводника заряженные частицы — электроны — передают им импульс. В соответствии со и вторым законом Ньютона это и означает, что на проводник действует сила. Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу, называют силой Лоренца.

Итак, сила Ампера , где — сила, действующая на частицу, а — число частиц. Это соотношение позволяет определить . Заменив в законе Ампера на и , можно получить формулу для расчета силы Лоренца: , где — угол между векторами скорости и магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки, только четыре вытянутых пальца должны совпадать с направлением вектора скорости .

Встречались экзаменуемые, которые ошибочно считали, что магнитное поле существует совершенно самостоятельно и никак не связано с электрическими зарядами, с электрическим полем.

В действительности же существует особая форма материи, единое целое — электромагнитное поле. Магнитное поле — одна из форма проявления электромагнитного поля (другой формой является электрическое поле). Магнитное поле действует только на движущиеся заряженные частицы или тела, на проводники с током и на намагниченные тела (например, на магнитную стрелку).

Напряженность электромагнитного поля

Говоря об электромагнитном поле, обычно имеют ввиду магнитное поле электрических токов, по сути — магнитное поле движущихся зарядов, или радиоволны. Практически же электромагнитное поле представляет собой результирующее силовое поле, которое обусловлено существованием в рассматриваемой области пространства электрического и магнитного полей.

Каждый из компонентов электромагнитного поля (электрический и магнитный) действуют на заряды по-разному. Электрическое поле действует как на покоящиеся заряды, так и на движущиеся заряды, тогда как магнитное поле действует только на движущиеся заряды (на электрические токи).

На самом деле нетрудно понять, что при магнитном взаимодействии взаимодействуют магнитные поля (например внешнее магнитное поле, источник которого не называется, но индукция которого известна, и магнитное поле порождаемое движущимся зарядом), а при электрическом взаимодействии — взаимодействуют электрические поля — внешнее электрическое поле, источник которого не называется, и электрическое поле рассматриваемого заряда.

Для удобства нахождения сил с помощью математического аппарата, в классической физике введены понятия напряженности электрического поля E и индукции магнитного поля B, а также связанная с индукцией магнитного поля и со свойствами магнитной среды, вспомогательная величина, напряженность магнитного поля H. Рассмотрим по отдельности данные векторные физические величины, и заодно разберемся в их физическом смысле.

Напряженность электрического поля E

Если в определенной точке пространства существует электрическое поле, то на помещенный в данную точку электрический заряд будет со стороны данного поля действовать сила F, пропорциональная напряженности электрического поля E и величине заряда q. Если параметры источника внешнего электрического поля не известны, то зная q и F, можно найти величину и направление вектора напряженности E электрического поля в данной точке пространства, не думая о том, что является источником этого электрического поля.

Если электрическое поле постоянное и однородное, то направление действия силы с его стороны на заряд не зависит от скорости и направления движения заряда относительно электрического поля, и поэтому не изменяется, будь заряд неподвижным или движущимся. Напряженность электрического поля в системе СИ измеряется в В/м (вольт на метр).

Индукция магнитного поля B

Если в данной точке пространства существует магнитное поле, то на помещенный в данную точку неподвижный электрический заряд со стороны данного поля никакого действия оказываться не будет.

Если же заряд q придет в движение, то сила F со стороны магнитного поля возникнет, причем она будет зависеть как от величины заряда q, так и от направления и скорости v его движения относительно этого поля и от величины и направления вектора магнитной индукции B данного магнитного поля.

Таким образом, если параметры источника магнитного поля не известны, то зная силу F, величину заряда q и его скорость движения v, можно найти величину и направление вектора магнитной индукции B в данной точке поля.

Так, даже если магнитное поле постоянное и однородное, то направление действия силы с его стороны будет зависеть от скорости и направления движения заряда относительно магнитного поля. Индукция магнитного поля в системе СИ измеряется в Тл (Тесла).

Напряженность магнитного поля H

Известно, что магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами, то есть токами. Индукция магнитного поля связана с токами. Если процесс происходит в вакууме, то связь эта для выбранной точки пространства может быть выражена через магнитную проницаемость вакуума.

Для лучшего понимания связи магнитной индукции B и напряженности магнитного поля H рассмотрим такой пример: магнитная индукция в центре катушки с током I без сердечника будет отличаться от магнитной индукции в центре той же самой катушки с тем же самым током I, только с введенным в нее ферромагнитным сердечником.

Количественная разница в магнитных индукциях с сердечником и без него (при одной и той же напряженности магнитного поля H) окажется равна разнице в магнитных проницаемостях материала введенного сердечника и вакуума. Напряженность магнитного поля в системе СИ измеряется в А/м.

Суммарное действие электрического и магнитного полей (сила Лоренца) Если в данной области пространства существует электрическое и магнитное поля одновременно, то при помещения сюда движущегося заряда, силу, действующую на него в той или иной точке данного пространства, можно определить как сумму сил со стороны электрического и магнитного полей. Эта суммарная сила называется силой Лоренца.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Магнитное поле вариант 12

1. Подберите наиболее правильное продолжение фра­зы «Магнитное поле оказывает силовое действие. »:

А. только на покоящиеся электрические заряды.

Б. только на движущиеся электрические заряды.

В. как на движущиеся, так и на покоящиеся элек­трические заряды.

Г. только на магнитные заряды.

Д. на любые тела, обладающие массой.

2. Что наблюдается в опыте Эрстеда?

А. Два проводника взаимодействуют друг с другом.

Б. Проводник с током действует на электрические заряды.

В. Магнитная стрелка поворачивается вблизи за­ряженного проводника.

Г. Магнитная стрелка поворачивается вблизи про­водника с током.

Д. Магнитная стрелка поворачивается вблизи магнита.

3. Какое из приведенных ниже выражений характе­ризует силу действия магнитного поля на проводник с током?

4. Укажите единицу измерения магнитной индукции:

А. Вебер (В6). В. Генри (Гн).

Б. Тесла (Тл). Г. Кулон (Кл). Д. Фарада (Ф).

5. Укажите правильный вариант изображения линий магнитной индукции проводника с током, текущим в плоскости рисунка (см. рис.):

А. 1. Г. 4.

В.З.

6. Куда направлена сила, действующая на положи­тельно заряженную

частицу, движущуюся в магнитном поле (см. рис.)?

А. Вверх. Г. От наблюдателя.

Б. Вниз. Д. Вправо.

В. К наблюдателю. Е. Влево.

Ж. Сила равна нулю.

7. Назовите прибор (устройство), в котором исполь­зуется поворот рамки с током в магнитном поле?

А. Громкоговоритель. Г. МГД- генератор.

Б. Амперметр. Д. Электромагнит.

8. Чему равна сила, действующая на проводник с то­ком 2 А в магнитном поле индукцией 0,04 Тл, если дли­на активной части проводника 10 см и проводник распо­ложен перпендикулярно линиям магнитной индукции?

Б. 8·10 -3 Н. Г. 2·10 2 Н.

Д. сила равна нулю

9. Как направлен вектор магнитной индукции в точке С около проводника с током (см. рис.)?

А. Вверх. Г. Вправо.

Б. Вниз. Д. К наблюдателю.

В. Влево Е. От наблюдателя.

10. Как направлена сила, действующая на проводник с током

в магнитном поле (см. рис.)?

А. Вверх. Д. К наблюдателю.

Б. Вниз. Е. От наблюдателя.

В. Влево. Ж. Сила равна нулю.

11. Как изменится сила, действующая на заряжен­ную частицу, движущуюся в однородном магнитном поле, при увеличении магнитной индукции в 3 раза и увеличе­нии скорости частицы в 3 раза?

А. Увеличится в 9 раз. Г. Уменьшится в 3 раза.

Б. Увеличится в 3 раза. Д. Уменьшится в 9 раз.

12. Как взаимодействуют две катушки с током (см. рис.)?

А. Притягиваются. В. Разворачиваются.

Б. Отталкиваются. Г. Не взаимодействуют.

13. Две заряженные частицы пролетают в магнит­ном поле. Отношение радиусов кривизны их траекто­рий R₁ /R₂ =2. Каково отношение масс частиц т₁/т₂, если известно, что отношение их зарядов q_1/q₂ =2, а скорости частиц одинаковы?

14. Перпендикулярно катушке с током I₁, расположен прямолинейный проводник с током 1₂ (см. рис.). Куда на­правлена сила, действующая на ток I₂ со стороны тока I₁?

А. Вверх.

Тесты по физике на тему «Магнитное поле» ( 11 класс)

• 

1.Выберите наиболее правильное продолжение фразы: «Магнитное поле создается …»:

А. Атомами железа.

Б. Электрическими зарядами.

В. Магнитными зарядами.

Г. Движущимися электрическими зарядами.

2. Чем объясняется взаимодействие двух параллельных проводников с постоянным током?

А. Взаимодействием электрических зарядов.

Б. Действием электрического поля одного проводника с током на ток в другом проводнике.

В. Действием магнитного поля одного проводника с током на ток в другом проводнике.

Г. Действием электрического поля одного проводника на заряды в другом проводнике.

3. Какое из приведенных ниже выражений характеризует силы действия магнитного поля на проводник с током?

А . Bvl sinα. Б . Bqv sin В . BS cosα . Г . LI. Д . Blv sinα . Е. BIv sinα .

4.Укажите единицу измерения магнитного потока:

А. Вебер (Вб). б. Тесла (Тл). В. Генри (Гн.) Г. Кулон (Кл). Д.Фарада (Ф).

5. Укажите правильный вариант изображений линий магнитной индукции проводника с током текущим перпендикулярно плоскости рисунка:

А. 1. Б.2. В.3. Г.4.

6. Куда направлена сила, действующая на проводник с током, внесенный в магнитное поле?

В