Экзаменационные вопросы по физике за курс 10 класса

Движение под углом можно представить в виде суммы движений вдоль и перпендикулярно линиям магнитной индукции (сумма поступательного и движения по окружности)

h - шаг винта

Ускорители заряженных частиц

Как видно, время прохождения данной частицей полуокружности не зависит ни от радиуса, ни от скорости частицы. Этот факт используется в циклотроне - приборе для ускорения заряженных частиц.

Два электрода специальной формы - дуанты (находящиеся в вакуумной камере), - которые помещают между полюсами сильного магнита, к ним подводится переменная разность потенциалов. Ускоренные частицы влетают во внутреннюю часть дуанта, где электрическое поле практически отсутствует. Двигаясь под действием силы Лоренца по окружности, заряженные частицы снова появляются в щели между дуантами. Те из частиц, которые двигались с подходящей скоростью, пройдут через щель именно в тот момент, когда электрическое поле поменяет свое направление. Такие частицы снова описывают окружность большего радиуса, но время остается прежним => частица ускоряется. Остальные частицы плохо или совсем не ускоряются.

Масс-спектрограф - прибор, с помощью которого можно разделять заряженные частицы по их удельным зарядам и точно определять их массы.

Вакуумная камера прибора помещена в магнитное поле. Ускоренные частицы, описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории. По радиусу определяется удельный заряд, а, зная заряд, легко определить и массу.

Действие силы Лоренца на свободные заряды в движущихся в магнитном поле проводниках

При движении проводника в магнитном поле свободные заряды разных знаков смещаются в противоположных направлениях под действием силы Лоренца. В результате на концах проводника возникает разность потенциалов, при которой заряды внутри проводника оказываются в равновесии.

Условие равновесия: обобщенная сила Лоренца обращается в ноль

 или

32) Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. ЭДС индукции. Индукционное электрическое поле. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Токи Фуко.

Электромагнитная индукция (ЭМИ) - возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Магнитный поток:

 = 1 Вб (Вебер)

При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой ЭДС индукции.

Правило Ленца (правило для определения направления индуктивного тока):

Индуктивный ток протекает в таком направлении, чтобы создаваемое им самим магнитное поле препятствовало изменению магнитного потока, породившего этот индукционный ток.

Закон ЭМИ

ЭДС индукции прямо пропорциональна изменению магнитного потока через замкнутый контур.

Индукционный ток I_i направлен против положительного направления обхода => ЭДС индукции отрицательна.

Переменное магнитное поле создает в окружающем пространстве электрическое поле. Но оно имеет совсем другую структуру, чем электростатическое, т. к. линии напряженности представляют собой замкнутые линии. Такое поле называют вихревым электрическим полем. Работа этого поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.

Именно вихревое поле объясняет появление токов Фуко - индукционных токов, возникающих в сложных проводниках.

Индукционные токи в массивных проводниках используют для нагревания проводящих тел в индукционных печах. С другой стороны, во многих электротехнических устройствах эти токи приводят к бесполезным потерям энергии на выделение тепла.

33) Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля катушки с током.

Явление самоиндукции - возникновение индукционного тока в проводнике, обусловленное изменением тока в этой цепи.

Проводник с током является источником магнитного поля. Постоянный электрический ток создает постоянное магнитное поле, а изменяющийся - переменное магнитное поле.

Если увеличивать ток в проводнике, то вокруг него возникает возрастающее магнитное поле. По закону ЭМИ это приведет к появлению вихревого электрического поля, которое станет действовать на электрические заряды, тормозя их => при включении источника постоянного тока в цепь установление постоянного тока в ней будет происходить постепенно, а при выключении - ток не исчезнет мгновенно.

Индукционный ток направлен против тока цепи, если последний возрастает и сонаправлен - если убывает. Или, ЭДС самоиндукции направлена против ЭДС цепи, если ток цепи возрастает и направлена по ЭДС цепи - если убывает.

Магнитный поток Ф пропорционален модулю B вектора магнитной индукции, который пропорционален силе тока I => Ф ~ B ~ I => Ф = LI, где L - индуктивность контура или коэффициент самоиндукции.

Индуктивность - величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока.

Индуктивность зависит от размеров и формы проводника (прямо) и от магнитных свойств среды, в которой находится проводник, но не зависит от силы тока проводнике.

= 1 Гн (Генри)

Чем меньше индуктивность проводника, тем быстрее ток в нем достигает своего стационарного значения.

Взаимоиндукция - частный случай ЭМИ, явление возникновения тока в замкнутом контуре при изменении силы тока в соседнем контуре.

Поток магнитной индукции Ф₁₂ , созданный током в первом контуре и пронизывающий поверхность второго, пропорционален силе тока I₁:

L₁₂ - коэффициент взаимной индукции (аналог индуктивности L); зависит от геометрии обоих контуров, расстояния между ними, их взаимного расположения и магнитных свойств окружающей среды.

Если же сила тока меняется во втором контуре, то:

Энергия магнитного поля катушки с током

Работа, совершаемая источником (катушкой) с ЭДС за малое время , равна:

Эта работа равна сумме приращения энергии тока  и количества выделяемой теплоты :

, где  - ЭДС самоиндукции

Из графика зависимости LI от I приращение энергии  численно равно площади прямоугольника abcd => полное изменение энергии равно площади под графиком =>

Магнитное поле, созданное электрическим током, обладает энергией, равной .