Міністерство шляхів сполучення РФ
ІРКУТСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ШЛЯХІВ ПОВІДОМЛЕННЯ
КАФЕДРА В«ФІЗИКАВ»
Тема:
сила Лоренца.
ефекту Холла.
Виконав: студент групи ІС-02-217
Богатирьов А.Л.
Перевірив: Ілларіонов А.І.
Іркутськ-2003
Магнітнаіндукція. Сила Лоренца.
1.Досліди показують, що сила F м , що діє з боку магнітного поляна рухому в цьому полі заряджену частинку, підпорядковується наступнимзаконерностям:
а)сила F M завжди перпендикулярна вектору швидкості v частинки;
б)відношення F M /(| q | v ) не залежить ні від заряду q частинки, ні від модуля її швидкості;
в)при зміні напрямку швидкості частинки в точці А поля модульсили F м змінюється від 0 до максимального значення ( F м ) макс , яке залежить не тільки від | q | v , але також від значення в точці А силовийхарактеристики магнітного поля - вектора В званого магнітноїіндукцією поля.
За визначенням, модуль вектора В дорівнює
(1)
Отже, магнітна індукція В чисельно дорівнює відношеннюсили,
діючоїна заряджену частинку з боку магнітного поля, до твору абсолютзначення заряду і швидкості частинки, якщо напрямок швидкості частинки таке,що ця сила максимальна. Вектор В направлений перпендикулярно векторусили ( F м ) макс чинної на позитивно зарядженучастинку ( q > 0), і вектору швидкості v частинки так, що з кінця вектора В обертання занайкоротшій відстані від напрямку сили ( F м ) макс до напрямку швидкості v видно що відбувається проти годинникової стрілки.Інакше кажучи, вектори ( F м ) макс , v і В утворюють праву трійку
Магнітне поле називається однорідним, якщоу всіх його точках вектори магнітної індукції однакові як за модулем, так і занапрямку. В іншому випадку магнітне поле називається неоднорідним .
2. Для графічного зображення стаціонарного, т. тобтощо не змінюється з часом, магнітного поля користуються методом
лініймагнітної індукції.
Лініями магнітної індукції (силовими лініями магнітного поля) називаються лінії, проведені вмагнітному полі так, що в кожній точці поля дотична до лінії магнітноїіндукції збігається з напрямком вектора В в цій точці поля.
Лінії магнітної індукції найпростіше спостерігати за допомогою дрібних
голчастізалізних тирси, які намагнічуються в досліджуваному полі і поводятьсяподібно маленьким магнітним стрілкам (вільна магнітна стрілкарозгортається в магнітному полі так, щоб вісь стрілки, що з'єднує її південнийполюс з північним, збігалася з напрямком В ).
3. Вид ліній магнітної індукції найпростіших магнітних полів показаний
на рис. Зрис. б - г видно, що ці лінії охоплюють провідник зі струмом,створює поле. Поблизу провідника вони лежать у площинах, перпендикулярнихпровідникові.
Напрямок ліній індукції визначається за правиломбуравчика : якщо угвинчувати буравчик у напрямку вектора густини струму впровіднику, то напрям руху рукоятки буравчика вкаже напрямокліній магнітної індукції.
Лінії індукції магнітного поля
струму ні вяких точках не можуть обриватися, тобто ні починатися, ні кінчатися: вони абозамкнуті (рис. б, в, г), або нескінченно навиваються на деякуповерхню, усюди щільно заповнюючи її, але ніколи не повертаючись вдруге вяку точку поверхні.
Для порівняння магнітного поля з електростатичним корисно
нагадати,що лінії напруженості електростатичного поля розімкнуті. Вонипочинаються на позитивних зарядах, закінчуються на негативних і поблизу відзарядженого провідника спрямовані перпендикулярно його поверхні.
Із зіставлення рис. а і г видно, що магнітне полепоза соленоїда,
довгоюкотушки зі струмом, подібно магнітному полю смугового магніту. Північний полюсмагніту збігається з тим кінцем соленоїда, з якого струм у витках виднощо йде проти годинникової стрілки. Лінії магнітної індукції постійного магнітувиходять з його північного полюса і входять в південний. На перший погляд здається, щотут є повна аналогія з лініями напруженості електростатичного поля,причому полюси магніту грають роль магнітних В«зарядівВ» (магнітних мас),створюють магнітне поле. Однак досліди показали, що, розрізаючи постійниймагніт на частини, не можна розділити його полюси, тобто не можна отримати магніт абоз одним північним, або з одним південним полюсом. Кожна скільки завгодно мала частинапостійного магніту завжди має обидва полюси. Отже, на відміну віделектричних зарядів вільних магнітних В«зарядівВ» в природі не існує.Немає їх і в полюсах постійних магнітів. Тому лінії магнітної індукції неможуть обриватися на полюсах.
Повна аналогія між магнітними полями смугових магнітів і
соленоїдівдозволила французькому фізику А. Ампер висловити (1821 - 1822) гіпотезу про те,що магнітні властивості постійних магнітів обумовлені існуючими в нихмікрострумами. Про природу і характер цих мікрострумів Ампер нічого не міг сказати,так як в той час вчення про будову речовини знаходилося ще в початковійстадії. Лише після відкриття електрона і з'ясування будови атомів і молекул, т.тобто через майже 100 років, гіпотеза Ампера була блискуче підтверджена і лягла воснову сучасних уявлень про магнітні властивості речовини. Гіпотетичнімікроструми Ампера отримали просте і наочне тлумачення: вони пов'язані зрухом електронів в атомах, молекулах і іонах.
4. За формулою (1) можна знайти силу, що діє з боку
магнітногополя на рухому в ньому заряджену частинку, тільки якщо швидкість частинки v перпендикулярна вектору В . У загальному випадку ця сила дорівнює
(2)
На рис. показані взаємні розташування векторів v , В і F M для позитивного і негативного зарядів частинки.Модуль сили дорівнює
де а - кут між векторами v і В .
Сила F M спрямована перпендикулярно швидкості v зарядженої частинки і
повідомляєчастинці тільки нормальне прискорення. Іншими словами, сила F M не здійснює роботи і викликає лише скривленнятраєкторії частинки. Тому при русі вільної зарядженої частинки вмагнітному полі її кінетична енергія не змінюється.
5. Якщо на рухому частку з електричним зарядом q
одночаснодіють і магнітне, і електричне поля, то результуюча сила F ,звана силою Лоренца , дорівнює сумі двох складових - електричноїі магнітної:
(3)
де Е - Напруженість електричного поля. Іноді під силою Лоренца розуміють тількимагнітну складову сили F.
Поділ сили Лоренца F на електричну тамагнітну
складовівідносно, тобто ці складові залежать від вибору інерціальної системивідліку. Справа в тому, що при переході від однієї інерціальної системи відліку доінший змінюються не тільки швидкість ...
