- •8 Вопрос:
- •12 Вопрос: Изопроцессы
- •13 Вопрос:
- •Вывод основного уравнения мкт
- •Уравнение среднеквадратичной скорости молекулы
- •15 Вопрос: Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения
- •16 Вопрос: Число степеней свободы молекулы и закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул
- •17 Вопрос: Внутренняя энергия
- •Идеальные газы
- •19 Вопрос:
- •Раздел 2. Электричество. Постоянный ток. Магнетизм.
- •24 Вопрос: Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Потенциал
- •26 Вопрос:
- •28 Вопрос: 1.8. Электрический ток. Закон Ома
- •30 Вопрос: Закон Ома для неоднородного участка цепи
- •32 Вопрос: Закон Био - Савара - Лапласа и его применение к расчету магнитного поля
- •34 Вопрос:
- •35 Вопрос: Сила Лоренца
- •36 Вопрос: Закон полного тока
- •Ток смещения
- •37 Вопрос: Основные формулы
- •38 Вопрос: Явление электромагнитной индукции.
- •Закон Фарадея
- •40 Вопрос: Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
- •Раздел 3. Оптика и атомная физика
- •45 Вопрос: Дифракция Света
- •47 Вопрос: фракция Фраунгофера на одной щели
- •48 Вопрос: Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке. Условия минимумов и максимумов.
- •Энергетическая светимость тела
- •52 Вопрос: 1.2. Законы Кирхгофа
- •53 Вопрос: Формулы Рэлея - Джинса и Планка
- •54 Вопрос: Модели атома Томсона и Резерфорда
- •55 Вопрос: Формула Бальмера
- •История создания формулы Бальмера и ее значение
- •57 Вопрос: Квантовые числа и их физический смысл
- •58 Вопрос: Состав атомного ядра
- •1919 Г. Э. Резерфорд. Ядерная реакция. 14n(α,p)17o
- •1919 Г. Э. Резерфорд. Ядерная реакция. 14n(α,p)17o
- •1932 Г. Дж. Чедвик. Открытие нейтрона
- •Нейтроны
- •Размер ядра
- •Размер ядра и закон сил
- •Характеристики свободных нейтрона и протона
- •59 Вопрос: Закон радиоактивного распада
34 Вопрос:
Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов |
Как нам уже известно, магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие. Значит, вращающий момент, который испытывает рамка, является результатом действия сил на отдельные ее элементы. Сравнивая и обобщая результаты исследования действия магнитного поля на различные проводники с током, Ампер открыл, что сила dF, с которой магнитное поле действует на элемент проводника dl с током, который находится в магнитном поле, равна (1) где dl - вектор, по модулю равный dl и совпадающий по направлению с током, В - вектор магнитной индукции. Направление вектора dF может быть определено, используя (1), по правилу векторного произведения, откуда следует правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор В, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы, которая действуюет на ток. Модуль силы Ампера (см. (1)) равен (2) где α — угол между векторами dl и В. Закон Ампера используется при нахождении силы взаимодействия двух токов. Рассмотрим два бесконечных прямолинейных параллельных тока I1 и I2; (направления токов даны на рис. 1), расстояние между которыми R. Каждый из проводников создает вокруг себя магнитное поле, которое действует по закону Ампера на соседний проводник с током. Найдем, с какой силой действует магнитное поле тока I1 на элемент dl второго проводника с током I2. Магнитное поле тока I1 есть линии магнитной индукции, представляющие собой концентрические окружности. Направление вектора B1 задается правилом правого винта, его модуль по формуле (5) есть Направление силы dF1, с которой поле B1 действует на участок dl второго тока, находится по правилу левой руки и указано на рисунке. Модуль силы, используя (2), с учетом того, что угол α между элементами тока I2 и вектором B1 прямой, будет равен подставляя значение для В1, найдем (3) Аналогично рассуждая, можно показать, что сила dF2 с которой магнитное поле тока I2 действует на элемент dl первого проводника с током I1, направлена в противоположную сторону и по модулю равна (4) Сопоставление выражений (3) и (4) дает, что т. е. два параллельных тока одинакового направления притягиваются друг к другу с силой, равной (5) Если токи имеют противоположные направления, то, используя правило левой руки, определим, что между ними действует сила отталкивания, определяемая выражением (5).
Рис.1 |
35 Вопрос: Сила Лоренца
Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца в честь великого голландского физика Х. Лоренца (1853 — 1928) — основателя электронной теории строения вещества. Силу Лоренца можно найти с помощью закона Ампера.
Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы F, действующей на участок проводника длиной Δl, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся в этом участке проводника:
Рассмотрим отрезок тонкого прямого проводника с током. Пусть длина отрезка Δl и площадь поперечного сечения проводника S настолько малы, что вектор индукции магнитного поля можно считать одинаковым в пределах этого отрезка проводника. Сила тока I в проводнике связана с зарядом частиц q, концентрацией заряженных частиц (числом зарядов в единице объема) и скоростью их упорядоченного движения v следующей формулой:
I = qnvS ( 2 )
Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на выбранный элемент тока, равен:
F = | I |B Δl sin α
Подставляя в эту формулу выражение ( 2 ) для силы тока, получаем:
F = | q | nvS Δl B sin α = v | q | NB sin α,
где N = nSΔl — число заряженных частиц в рассматриваемом объеме. Следовательно, на каждый движущийся заряд со стороны магнитного поля действует сила Лоренца, равная:
где α — угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Сила Лоренца перпендикулярна векторам магнитной индукции и скорости упорядоченного движения заряженных частиц. Ее направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера.
Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работы. Согласно теореме о кинетической энергии это означает, что сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы.