Экзаменационные вопросы по физике за курс 10 класса

 = 1 Тл (Тесла)

Магнитные индукции полей, создаваемыми в данной точке пространства несколькими токами, складываются геометрически, по принципу суперпозиции:

30) Сила Ампера. Вращающий момент, действующий на рамку с током в магнитном поле. Принцип действия электроизмерительных приборов и электродвигателей.

Сила Ампера - сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля.

 - модуль силы

Направление силы Ампера  - перпендикулярно плоскости, содержащей  и , а направление в третьей оси определяется по правилу левой руки или правилу буравчика.

Покажем, что в опыте Ампера проводники, по которым идут токи в одном направлении, должны притягиваться.

Выделим на проводнике 1 участок . Вектор  определяет положение произвольной точки на втором проводнике. По закону Био-Савара-Лапласа определим и по правилу буравчика направление вектора магнитной индукции <от нас>. Выделим на проводнике 2 участок  (как показано на рисунке). По правилу левой руки сила Ампера, действующая на проводник с током, направлена, перпендикулярно к проводнику 2 в сторону проводника 1. Т. к. в любой точке проводника вектор магнитной индукции  всегда имеет одинаковое направление, то сила Ампера всегда будет действовать так, чтобы проводник 2 притягивался к первому. Аналогичным образом, первый проводник будет притягиваться ко второму.

Момент сил, действующих в магнитном поле на рамку с током

Для каждого из участков рамки найдем силу Ампера, действующую на него. Как видно из рисунка, магнитное поле ориентирует рамку с током таким образом, чтобы направление положительной нормали к плоскости рамки совпало с направлением вектора магнитной индукции.

Силы, действующие на рамку, стремятся её растянуть, но поскольку рамка упругая, то силы Ампера создают вращательный момент.

Если первоначально плоскость рамки перпендикулярна линиям магнитной индукции, то никакого вращения не будет, т. к. все силы скомпенсируют друг друга.

По закону Ампера: (две другие силы не создают вращающего момента)

Плечо каждой из этих сил равно: , где  - угол между положительной нормалью и вектором магнитной индукции.

Тогда суммарный момент сил равен:

Действие всех электродвигателей основано на использовании силы Ампера. По обмотке вращающейся части двигателя - якоря - протекает ток. Мощные электромагниты создают магнитное поле, которое действует на проводники с током в обмотке якоря и заставляет их двигаться. Специальные устройства - коллектор и щетки - обеспечивают такое направление тока в обмотках, чтобы магнитное взаимодействие создавало момент, приводящий к непрерывному движению якоря.

Действие магнитного поля на контур с током используется в электроизмерительных приборах для измерения силы тока и напряжения. На легкой рамке прямоугольной формы с прикрепленной к ней стрелкой намотана катушка. В положении равновесия её удерживает две спиральные тонкие пружины. Момент сил упругости, действующий со стороны пружины и возвращающий катушку в положение равновесия, пропорционален углу отклонения стрелки. Катушку помещают между полюсами постоянного магнита. Катушка поворачивается до тех пор, пока момент сил упругости, действующий со стороны пружины, не уравновесит момент сил, действующий на рамку с током со стороны магнитного поля => измеряемая сила тока прямо пропорциональна углу отклонения стрелки. Прибор можно проградуировать так, чтобы положение стрелки характеризовала не только силу тока и напряжение на зажимах прибора.

31) Сила Лоренца. Движение электрических зарядов в электромагнитном поле. Ускорители заряженных частиц. Масс-спектрограф. Действие силы Лоренца на свободные заряды в движущихся в магнитном поле проводниках.

Сила Лоренца - сила, действующая на заряженные частицы, движущиеся в проводнике, находящиеся в магнитном поле.

Сила Лоренца определяется как отношение силы , действующей на участок проводника длинной , к числу N заряженных частиц в этом участке:

, где n - концентрация носителей заряда, v - скорость их движения, S - площадь сечения проводника

 (т. к.  и  сонаправлены)

 - модуль силы

Направление силы Лоренца  - перпендикулярно плоскости, содержащей  и , а направление в третьей оси определяется по правилу левой руки или правилу буравчика.

Т. к. сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работы. Сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы, под её действием меняется лишь направление движения частицы.

Движение зарядов в магнитном поле

1) Движение вдоль линий магнитной индукции

 => движение равномерное и прямолинейное

2) Движение перпендикулярно линиям магнитной индукции

 => движение равномерное и по окружности

Второй закон Ньютона:

Период вращения не зависит от скорости