МАГНИТНОЕ ПОЛЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Магнитное поле —

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Магнитное поле - составляющая электромагнитного поля, проявляющаяся через воздействие на движущиеся заряженные частицы (в частности, токи), а также намагниченные тела (независимо от того, движутся они или нет). На покоящиеся заряженные частицы магнитное поле (в отличие от электрического) не действует. Опыт Ампера (1820 г. ) Опыт Эрстеда (1820 г. )

ИСТОЧНИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Источником магнитного поля являются движущиеся свободные или внутри вещества заряженные частицы и намагниченные тела. Кроме того, согласно теории Максвелла, источником магнитного поля является переменное электрическое поле.

МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции. За положительное направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. С Ю

МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ Линии в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной называются линиями магнитной индукции. Линии магнитной индукции всегда замкнуты. Это означает, что магнитное поле не имеет источников – магнитных зарядов. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются вихревыми.

ПРАВИЛО БУРАВЧИКА Магнитное поле прямолинейного проводника с током.

ПРИМЕРЫ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

ПРИМЕРЫ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

ИНДУКЦИЯ И НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗАКОН БИО-САВАРА-ЛАПЛАСА ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ - в веществе - магнитная проницаемость среды магнитная постоянная Индукция магнитного поля, создаваемого несколькими токами, в некоторой точке пространства равна векторной сумме индукций магнитных полей создаваемых в этой точке каждым из токов в отдельности. Величина Единицы измерения СИ B Н/A м = Тл (Тесла) Н А/м

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ПРОВОДНИКА С ТОКОМ

СИЛА АМПЕРА I 1 I 2 F F I 1 F I 2 Опыт Ампера (1820 г. ) F Сила Ампера - сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током.

СИЛА АМПЕРА Из закона Ампера виден физический смысл магнитной индукции: Магнитная индукция – величина, численно равная силе, с которой магнитное поле действует на ориентированный перпендикулярно силовым линиям проводник единичной длины по которому течет единичный ток.

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ

МАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ И АНТИПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ТОКОВ.

РАБОТА СИЛЫ АМПЕРА На элемент тока I (подвижный провод) длиной l действует сила Ампера, направленная вправо: Пусть проводник l переместится параллельно самому себе на расстояние dx. При этом совершится работа:

РАБОТА СИЛЫ АМПЕРА Работа, совершаемая силой Ампера при перемещении проводника с током, численно равна произведению тока на магнитный поток, пересечённый этим проводником. Формула остаётся справедливой, если проводник любой формы движется под любым углом к линиям вектора магнитной индукции. Работа, совершаемая при перемещении замкнутого контура с током в магнитном поле, равна произведению величины тока на изменение магнитного потока, сцепленного с этим контуром. Приведенные выражения тождественны, но причины изменения магнитного потока d. Ф различны.

ИНДУКЦИЯ И НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗАКОН БИО-САВАРА-ЛАПЛАСА ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ - в веществе - магнитная проницаемость среды магнитная постоянная Индукция магнитного поля, создаваемого несколькими токами, в некоторой точке пространства равна векторной сумме индукций магнитных полей создаваемых в этой точке каждым из токов в отдельности. Величина Единицы измерения СИ B Н/A м = Тл (Тесла) Н А/м

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ПРОВОДНИКА С ТОКОМ

СИЛА ЛОРЕНЦА Сила Лоренца - сила, с которой электромагнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу. - сила Ампера Сила действующая со стороны магнитного поля на движущийся заряд всегда перпендикулярна направлению его движения и вектору магнитной индукции.

СИЛА ЛОРЕНЦА Так как сила Лоренца направлена перпендикулярно движущемуся заряду, т. е. перпендикулярно , работа этой силы всегда равна нулю. Следовательно, действуя на заряженную частицу, сила Лоренца не может изменить кинетическую энергию частицы. Формула Лоренца:

ЭФФЕКТ ХОЛЛА Эффект Холла состоит в возникновении на боковых гранях проводника с током, помещенного в поперечное магнитное поле, разности потенциалов, пропорциональной величине силы тока I и индукции магнитного поля В. где R – коэффициент Холла. В случае а) верхняя часть проводника будет заряжаться отрицательно, в случае б) положительно. Эффект Холла обусловлен действием Лоренцевой силы на свободные заряды в проводнике.

ПРИМЕРЫ ДВИЖЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ Круговое движение заряженной частицы в однородном магнитном поле. Магнитная «бутылка» . Заряженные частицы не выходят за пределы «бутылки» . Магнитное поле «бутылки» может быть создано с помощью двух круглых катушек с током.

РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА ЗЕМЛИ Быстрые заряженные частицы из космоса (главным образом от Солнца) «захватываются» магнитным полем Земли и образуют так называемые радиационные пояса, в которых частицы, как в магнитных ловушках, перемещаются по спиралеобразным траекториям между северным и южным магнитными полюсами за времена порядка долей секунды. Лишь в полярных областях некоторая часть частиц вторгается в верхние слои атмосферы, вызывая полярные сияния. Радиационные пояса Земли простираются от расстояний порядка 500 км до десятков земных радиусов. Следует помнить, что южный магнитный полюс Земли находится вблизи северного географического полюса (на северо-западе Гренландии).

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Наименование Обозна чение Магнитная индукция В Напряженность магнитного поля Н Магнитная постоянная μ 0 Поток магнитной индукции ФB СИ СИ/СГС Гс А/м СГС 104 Э 1 Вб (Тл·м 2) Мкс 108

МАГНИТНЫЙ ПОТОК ΦВ = B · S · cos α Единицы измерения Магнитный поток, равный 1 Вб, создается магнитным полем с индукцией 1 Тл, пронизывающим по направлению нормали плоский контур площадью 1 м 2. Величина СИ ФВ Тл м 2 = Вб (Вебер)

ПОТОК И ЦИРКУЛЯЦИЯ ВЕКТОРОВ В И Н Теорема Гаусса. Поток векторов В и Н сквозь любую замкнутую поверхность равен нулю. Циркуляция векторов В и Н по произвольному замкнутому контуру прямо пропорциональна алгебраической сумме токов охватываемых этим контуром.

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТОСТАТИКИ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Теорема Гаусса Циркуляция ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА Магнитная индукция в среде складывается из индукции внешнего магнитного поля и собственной магнитной индукции вещества: ДИАМАГНЕТИК - магнитная восприимчивость среды ПАРАМАГНЕТИК ФЕРРОМАГНЕТИК

МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ СРЕДЫ - магнитная проницаемость среды Магнитная проницаемость среды – физическая величина, показывающая во сколько раз полная индукция магнитного поля в однородной среде отличается от индукции внешнего магнитного поля в вакууме.

ДИАМАГНЕТИЗМ Диамагнетики – слабомагнитные вещества, магнитная проницаемость которых чуть меньше единицы: < 1. Намагничиваются навстречу приложенному магнитному полю. Диамагнетиками являются вода ( = 0, 999991), медь ( = 0, 9999897), золото ( = 0, 999961), этиловый спирт ( = 0, 9999927) и др. Пламя свечи (продукт сгорания – диамагнетик) выталкивается в область более слабого поля.

ПАРАМАГНЕТИКИ Атомы, магнитный момент которых отличен от нуля, называются парамагнитными, а вещества, состоящие из них парамагнетиками. Парамагнетики - слабомагнитные вещества, магнитная проницаемость которых чуть больше единицы: > 1

ФЕРРОМАГНЕТИЗМ Ферромагнетики – вещества, у которых магнитная проницаемость >> 1. Это – железо, никель, кобальт, множество их сплавов, а также редкоземельные элементы. При помещении ферромагнетиков во внешнее магнитное поле они намагничиваются и начинают создавать свое собственное магнитное поле, которое может в сотни тысяч раз превышать внешнее поле. Типичная зависимость магнитной проницаемости ферромагнетика от индукции внешнего магнитного поля.

ФЕРРОМАГНЕТИЗМ, ТЕМПЕРАТУРА КЮРИ Для каждого ферромагнетика существует определенная температура (температура или точка Кюри), выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком. У железа, например, температура Кюри равна 770 °C, у кобальта 1130 °C, у никеля 360 °C. Материал Fe Температу 1043 ра Кюри, K Co Ni Gd 1403 631 289 Dy 87 Ho 20 Tm Er 25 19, 6

ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЕ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ