- •Магнитное поле
- •Сила Лоренца
- •Принцип действия циклических ускорителей заряженных частиц.
- •Эффект Холла.
- •Магнитное поле движущегося заряда
- •Сила Ампера
- •Закон Био —– Савара — Лапласа
- •Магнитное поле прямолинейного проводника с током
- •Магнитное поле кругового тока
- •Взаимодействие параллельных проводников с током. Единица силы тока.
- •Графическое представление поля . Теорема Гаусса
- •Циркуляция магнитного поля.
- •Ротор магнитного поля.
- •Применение теоремы о циркуляции вектора Магнитное поле соленоида
- •Магнитное поле тороида
- •Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент контура с током.
- •Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле
- •Магнитное поле в веществе Элементарные носители магнетизма
- •Намагничивание магнетика
- •Напряженность магнитного поля. Теорема о циркуляции напряженности магнитного поля
- •Магнитная проницаемость среды. Классификация магнетиков
- •Диамагнетизм
- •Парамагнетизм
- •Ферромагнетизм
- •Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея
- •Токи Фуко
- •Индуктивность контура. Индуктивность соленоида
- •Явление самоиндукции. Эдс самоиндукции
- •Наблюдение самоиндукции
- •Ток при замыкании и размыкании цепи
- •Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
- •Явление взаимной индукции
- •Ток смещения. Уравнения Максвелла
- •Электронная теория проводимости металлов (классическая теория Друде — Лоренца)
- •Закон Ома в электронной теории
- •Закон Джоуля — Ленца в электронной теории
- •Закон Видемана — Франца в электронной теории
- •Затруднения классической электронной теории металлов
- •Сверхпроводимость
Магнитное поле
Изучение магнитных явлений развивалось совершенно отдельно от исследований электричества. Казалось, что магнитные явления свойственны в первую очередь железу и каким-то образом самой Земле. Магниты могут, как притягиваться, так и отталкиваться друг от друга. При изучении взаимодействия постоянных магнитов было установлено: постоянные магниты имеют два полюса: северный и южный; одноименные полюсы отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются. Взаимодействие между магнитами осуществляется посредством их магнитных полей. Магнитное поле проявляется в действии на магнитную стрелку, на рамку с током, на движущийся заряд. На рамку с током и на магнитную стрелку магнитное поле оказывает ориентирующее действие. Северным полюсом магнитной стрелки (магнита) называют полюс конца стрелки в поле Земли, обращенный к Северу Земли, а южным полюс конца стрелки, обращенный к югу Земли. Сориентированная магнитная стрелка указывает своим северным полюсом направление магнитного поля. Для наглядного изображения магнитных полей используют силовые линии. Силовой линией магнитного поля называют такую линию, в каждой точке которой магнитное поле направлено по касательной к этой линии. Картину магнитных силовых линий можно сделать «видимой». Для этого используют мелкие железные опилки, которые в магнитном поле намагничиваются и, подобно маленьким магнитным стрелкам, ориентируются вдоль силовых линий. В отличие от потенциального электростатического поля, где силовые линии начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, магнитное поле является соленоидальным или вихревым: его силовые линии всегда замкнуты. Другими словами, магнитное поле не имеет магнитных зарядов.
Силовой характеристикой магнитного поля служит вектор магнитной индукции . Вектор можно ввести одним из трех эквивалентных способов:
исходя из силового действия магнитного поля на движущегося в нем точечного электрического заряда — силы Лоренца;
основываясь на силовом действии магнитного поля на малый элемент проводника с током — силы Ампера;
исходя из силового действия магнитного поля на небольшую рамку с током.
Сила Лоренца
На частицу с электрическим зарядом q, движущуюся в магнитном поле со скоростью действует сила Лоренца равная . Направление силы Лоренца определится по правилу векторного произведения — правилу левой руки. Четыре вытянутых пальца левой руки располагают по направлению вектора (по направлению движения положительного заряда и против движения отрицательного заряда), в ладонь входят силовые линии магнитного поля, тогда большой вытянутый палец покажет направление действия силы Лоренца.
По модулю сила Лоренца будет равна , где — угол между вектором и направлением поля, — индукция магнитного поля, определяемая как отношение максимальной силы, действующей на заряженную частицу со стороны магнитного поля, к произведению абсолютной величины заряда и скорости частицы . Сила максимальна при движении частицы перпендикулярно магнитному полю, .
Это отношение не зависит, как показывает опыт, ни от q, ни от и характеризует магнитное поле в точке нахождения заряда.
Если на движущийся электрический заряд действует не только магнитное поле с индукцией , но также еще и электрическое поле с напряженностью , то результирующая сила будет равна
.
Эту силу часто также называют силой Лоренца, а иногда обобщенной силой Лоренца.
Если заряженная частица движется вдоль силовой линии магнитного поля, , то в этом случае сила Лоренца равна нулю, и частица будет двигаться, не изменяя направления своего движения по прямой линии.
Если заряженная частица движется перпендикулярно магнитному полю, , то в этом случае она будет двигаться по окружности, радиус которой определится из второго закона Ньютона: , . Откуда , а период обращения будет равен , .
Если заряженная частица движется под острым углом к магнитному полю, то в этом случае она будет двигаться по спирали. Действительно, вектор скорости можно разложить на две составляющие , где , . Вектор не изменяется ни по направлению, ни по величине, вектор все время изменяется по направлению — в итоге частица будет двигаться по спирали, радиус которой будет равен , а шаг спирали , .