Hydratool.ru

Журнал "ГидраТул"
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Физика. 11 класс

Урок 3. Магнитная индукция. Действие магнитного поля на проводник с током и движущуюся заряженную частицу

Магнитная индукция – векторная величина, характеризующая величину и направление магнитного поля.

Сила Ампера – сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током.

Сила Лоренца – сила, действующая со стороны магнитного поля на движущую частицу с зарядом.

Правило «буравчика» — правило для определения направления магнитного поля проводника с током.

Правило левой руки – правило для определения направления силы Ампера и силы Лоренца.

Соленоид – проволочная катушка.

Рамка с током – небольшой длины катушка с двумя выводами из скрученного гибкого проводника с током, способная поворачиваться вокруг оси, проходящей через диаметр катушки.

Основная и дополнительная литература по теме урока

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций. М.: Просвещение, 2014. – С. 3 – 20

2. А.П. Рымкевич. Сборник задач по физике. 10-11 классы. — М: Дрофа, 2009. – С.109 — 112

Основное содержание урока

Магнитное поле – особый вид материи, которая создаётся электрическим током или постоянными магнитами. Для демонстрации действия и доказательства существования магнитного поля служат магнитная стрелка, способная вращаться на оси, или небольшая рамка (или катушка) с током, подвешенная на тонких скрученных гибких проводах.

Рамка с током и магнитная стрелка под действием магнитного поля поворачиваются так, что северный полюс (синяя часть) стрелки и положительная нормаль рамки указывают направление магнитного поля.

Магнитное поле, созданное постоянным магнитом или проводником с током, занимает всё пространство в окрестности этих тел. Магнитное поле принято (удобно) изображать в виде линий, которые называются линиями магнитного поля. Магнитные линии имеют вихревой характер, т.е. линии не имеют ни начала, ни конца, т.е. замкнуты. Направление касательной в каждой точке линии совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Поля с замкнутыми линиями называются вихревыми.

Магнитное поле характеризуется векторной величиной, называемой магнитной индукцией. Магнитная индукция характеризует «силу» и направление магнитного поля – это количественная характеристика магнитного поля.

Она обозначается символом За направление вектора магнитной индукции принимают направление от южного полюса к северному магнитной стрелки, свободно установившейся в магнитном поле.

Направление магнитного поля устанавливают с помощью вектора магнитной индукции.

Направление вектора магнитной индукции прямого провода с током определяют по правилу буравчика (или правого винта).

Правило буравчика звучит следующим образом:

если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

Направление магнитного поля внутри соленоида определяют по правилу правой руки.

Определим модуль вектора магнитной индукции.

Наблюдения показывают, что максимальное значение силы, действующей на проводник, прямо пропорционально силе тока, длине проводника, находящегося в магнитном поле.

Тогда, зависимость силы от этих двух величин выглядит следующим образом

Отношение зависит только от магнитного поля и может быть принята за характеристику магнитного поля в данной точке.

Величина, численно равная отношению максимальной силы, действующей на проводник с током, на произведение силы тока и длины проводника, называется модулем вектора магнитной индукции:

Единицей измерения магнитной индукции является 1 тесла (Тл).

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, равна произведению модуля магнитной индукции, силы тока, длины проводника и синуса угла между вектором магнитной индукции и направлением тока:

где α – угол между вектором B и направлением тока.

Направление силы Ампера определяется правилом левой руки:

Если ладонь левой руки развернуть так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 0 большой палец покажет направление силы Ампера.

Читайте так же:
Какую сигнализацию с автозапуском лучше поставить

Сила Ампера — сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля.

Сила Лоренца – сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля. Её численное значение равно произведению заряда частицы на модули скорости и магнитной индукции и синус угла меду векторами скорости и магнитной индукции:

– заряд частицы;

– скорость частицы;

B – модуль магнитной индукции;

– угол между векторами скорости частицы и магнитной индукции.

Направление силы Лоренца также определяют по правилу левой руки:

Если четыре вытянутых пальца левой руки направлены вдоль вектора скорости заряженной частицы, а вектор магнитной индукции направлен в ладонь, то отведённый на 90 0 большой палец покажет направление силы Лоренца. Если частица имеет заряд отрицательного знака, то направление силы Лоренца противоположно тому направлению, которое имела бы положительная частица.

Получим формулы для радиуса окружности и периода вращения частицы, которая влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции, применяя формулы второго закона Ньютона и центростремительного ускорения.

Согласно 2-му закону Ньютона

Время, за которое частица делает полный оборот (период обращения), равно:

Многим юным бывает досадно, что они не родились в старые времена, когда делались открытия. Им кажется, что теперь всё известно и никаких открытий на их долю не осталось.

Одной из нераскрытых тайн является механизм земного магнитного поля. Как же и чем вызывается магнитное поле Земли? Подумайте и может быть…

Одна из возможных гипотез.

Как известно, ядро Земли имеет высокую температуру

и высокую плотность. Судя по исследованиям, в самом центре содержится твёрдое ядро. При вращении Земли вокруг своей оси центр тяжести не совпадает с геометрическим центром из-за притяжения Солнца. В результате сместившееся из центра ядро вращаясь относительно оболочки Земли вызывает такое же движение жидкой расплавленной массы мантии, как чайная ложка, перемешивающая воду в стакане. Получается не что иное, как направленное движение зарядов. Есть электрический ток, а он, в свою очередь, создаёт магнитное поле.

Разбор тренировочных заданий

1. На рисунке изображён проводник с током, помещённый в магнитное поле. Стрелка указывает направление тока в проводнике. Вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно плоскости рисунка к нам. Как направлена сила, действующая на проводник с током?

— точка означает, что магнитная индукция направлена на нас из глубины плоскости рисунка.

Используя правило левой руки, определяем направление силы Ампера:

Левую руку располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, 4 пальца направим вниз по направлению тока, тогда отогнутый на 90 0 большой палец покажет направление силы Ампера, т. е. она направлена влево.

2. По проводнику длиной 40 см протекает ток силой 10 А. Чему равна индукция магнитного поля, в которое помещён проводник, если на проводник действует сила 8 мН?

(Ответ выразите в мТл).

3. Определите модуль силы, действующей на проводник длиной 50 см при силе тока 10 А в магнитном поле с индукцией 0,15 Тл. (Ответ выразите в мН).

4. Протон в магнитном поле с индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найдите скорость протона. (Ответ выразите в км/с, округлив до десятков)

5. С какой скоростью влетает электрон в однородное магнитное поле (индукция 1,8 Тл) перпендикулярно к линиям индукции, если магнитное поле действует на него с силой 3,6∙10 — ¹² Н? Ответ выразите в км/с.

6. Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией 3,14мТл. Чему равен период обращения электрона? (Ответ выразите в наносекундах, округлив до целых)

Запишем формулу модуля магнитной индукции:

B = 0,008 Н / ( 0,4м·10 A) = 0,002 Tл = 2 мTл.

Запишем формулу силы Ампера:

F = 0,l5 Tл· 10 A· 0,5 м = 0,75 Н = 750 мН

Читайте так же:
Как сплести из резинок чехол для ручки

Заряд протона равен: q₀ = l,6·l0⁻ˡ⁹ Кл,

масса протона: m = l,67·l0⁻²⁷ кг.

Согласно 2-му закону Ньютона:

v = ( l,6·l0⁻ˡ⁹ Кл·0,l м·0,0l Tл) / l,67·l0⁻²⁷ кг ≈ 0,00096·l0⁸ м/с ≈ l00 км/с.

Ответ: v ≈ l00 км/с.

Найти:

Заряд электрона равен: q₀ = l,6·l0⁻ˡ⁹ Кл.

Используем формулу силы Лоренца:

.

Выразим из формулы силы скорость, учитывая, что sin90°=l,

v = 3,6·l0⁻¹² Н / (l,6·l0⁻ˡ⁹ Кл· l,8 Tл) = l,25·l0⁷м/с = l2500 км/с.

Ответ: v = l2500 км/с.

B = 3,l4 мТл = 3,l4·l0⁻³ Tл,

Масса электрона равна: m = 9,l·l0⁻³¹ кг.

Время, за которое частица делает полный оборот (период обращения), равно:

T = 2·3,l4·9,l·l0⁻³¹ кг/( l,6·l0⁻ˡ⁹ Кл·3,l4·l0⁻³ Tл) = ll,375·l0⁻⁹ с ≈ ll нс.

Индукция обозначение в физике

Азбука физики
Азбука физики
Научные игрушки
Научные игрушки
Простые опыты
Простые опыты
Этюды об ученых
Этюды об ученых
Решение задач
Решение задач
Презентации
Учебные презентации
Книги по физике Повышение IQ
Умные книжки
Умные книжки
Есть вопросик?
Есть вопросик
Его величество.
Его величество
Музеи науки.
Музеи науки
Достижения.
Достижения
Викторина по физике
Викторина для физика
Физика в кадре
Физика в кадре
Учителю
В помощь учителю
Читатели пишут
Читатели пишут

-векторная физическая величина, характеризующая магнитное поле.

Вектор магнитной индукции всегда направлен по касательной к магнитной линии

где F- сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током ( H );
I — сила тока в проводнике ( A );
l — длина проводника ( м ).

Единица измерения индукции магнитного поля в СИ:
[ B ] = 1Тл ( тесла).

Контур, помещенный в однородное магнитное поле, пронизывается магнитным потоком
( потоком векторов магнитной индукции).

Ф — магнитный поток, пронизывающий площадь контура, зависит от
величины вектора магнитной индукции, площади контура и его ориентации относительно линий индукции магнитного поля.

Если вектор магнитной индукции перпендикулярен площади контура, то магнитный поток максимальный.

Если вектор магнитной индукции параллелен площади контура, то магнитный поток равен нулю.

Магнитная индукция поля Земли составляет 0,5Ч10–4 Тл, тогда как поле между полюсами сильного электромагнита – порядка 2 Тл и более.

На магнитное поле Земли оказывает влияние повышенная солнечная активность . Примерно один раз в каждые 11.5 лет она возрастает настолько, что нарушается радиосвязь, ухудшается самочувствие людей и животных, а стрелки компасов начинают непредсказуемо "плясать" из стороны в сторону. В таком случае говорят, что наступает магнитная буря. Обычно она длится от нескольких часов до нескольких суток.

III. Основы электродинамики

Уже в VI в. до н.э. в Китае было известно, что некоторые руды обладают способностью притягиваться друг к другу и притягивать железные предметы. Куски таких руд были найдены возле города Магнесии в Малой Азии, поэтому они получили название магнитов.

Посредством чего взаимодействуют магнит и железные предметы? Вспомним, почему притягиваются наэлектризованные тела? Потому что около электрического заряда образуется своеобразная форма материи — электрическое поле. Вокруг магнита существует подобная форма материи, но имеет другую природу происхождения (ведь руда электрически нейтральна), ее называют магнитным полем.

Для изучения магнитного поля используют прямой или подковообразный магниты. Определенные места магнита обладают наибольшим притягивающим действием, их называют полюсами (северный и южный). Разноименные магнитные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Для силовой характеристики магнитного поля используют вектор индукции магнитного поля B. Магнитное поле графически изображают при помощи силовых линий (линии магнитной индукции). Линии являются замкнутыми, не имеют ни начала, ни конца. Место, из которого выходят магнитные линии — северный полюс (North), входят магнитные линии в южный полюс (South).

Магнитное поле можно сделать «видимым» с помощью железных опилок.

Магнитное поле проводника с током

А теперь о том, что обнаружили Ханс Кристиан Эрстед и Андре Мари Ампер в 1820 г. Оказывается, магнитное поле существует не только вокруг магнита, но и любого проводника с током. Любой провод, например, шнур от лампы, по которому протекает электрический ток, является магнитом! Провод с током взаимодействует с магнитом (попробуйте поднести к нему компас), два провода с током взаимодействуют друг с другом.

Читайте так же:
Как сделать монтажную пену

Силовые линии магнитного поля прямого тока — это окружности вокруг проводника.

Направление вектора магнитной индукции

Направление магнитного поля в данной точке можно определить как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенного в эту точку.

Направление линий магнитной индукции зависит от направления тока в проводнике.

Определяется направление вектора индукции по правилу буравчика или правилу правой руки.

Вектор магнитной индукции

Это векторная величина, характеризующая силовое действие поля.

Индукция магнитного поля бесконечного прямолинейного проводника с током на расстоянии r от него:

Индукция магнитного поля в центре тонкого кругового витка радиуса r:

Индукция магнитного поля соленоида (катушка, витки которой последовательно обходятся током в одном направлении):

Принцип суперпозиции

Если магнитное поле в данной точке пространства создается несколькими источниками поля, то магнитная индукция — векторная сумма индукций каждого из полей в отдельности

Сравнительная таблица магнитного и электрического полей

Магнитное поле Земли

Земля является не только большим отрицательным зарядом и источником электрического поля, но в то же время магнитное поле нашей планеты подобно полю прямого магнита гигантских размеров.

Географический юг находится недалеко от магнитного севера, а географический север приближен к магнитному югу. Если компас разместить в магнитном поле Земли, то его северная стрелка ориентируется вдоль линий магнитной индукции в направлении южного магнитного полюса, то есть укажет нам, где располагается географический север.

Характерные элементы земного магнетизма весьма медленно изменяются с течением времени — вековые изменения. Однако время от времени происходят магнитные бури, когда в течение нескольких часов магнитное поле Земли сильно искажается, а затем постепенно возвращается к прежним значениям. Такое резкое изменение влияет на самочувствие людей.

Магнитное поле Земли является «щитом», прикрывающего нашу планету от частиц, проникающих из космоса («солнечного ветра»). Вблизи магнитных полюсов потоки частиц подходят гораздо ближе к поверхности Земли. При мощных солнечных вспышках магнитосфера деформируется, и эти частицы могут переходить в верхние слои атмосферы, где сталкиваются с молекулами газа, образуются полярные сияния.

Внутренняя структура магнита

Применение магнитного поля

Частицы диоксида железа на магнитной пленке хорошо намагничиваются в процессе записи.

Поезда на магнитной подушке скользят над поверхностью совершенно без трения. Поезд способен развивать скорость до 650 км/ч.

Работа головного мозга, пульсация сердца сопровождается электрическими импульсами. При этом в органах возникает слабое магнитное поле.

Индукция — это в физике что это? Отвечаем на вопрос.

В данной статье мы рассмотрим существующее в физике обозначение — индукцию. Мы ознакомимся с некоторыми ее характеристиками и изучим существующие разновидности. Помимо физики, данный термин встречается и в других сферах человеческой деятельности.

Введение

В физике индукция – это соотношение коэффициента пропорциональности с электрическим током, движущимся вдоль замкнутого контура. А также он имеет магнитный поток полного типа. Называют потокосцеплением.

Индуктивность выступает в качестве электрической инерции, уподобляясь инерции тела механической природы. В качестве меры, для определения электрического инерциального коэффициента, необходимо использовать ЭДС индукции.

Существует понятие об индуктивных свойствах прямых длинных проводов. Здесь замкнутый контур может определять полезность действия путем определения особых уточнений.

В физике, индукция – это форма выражения показателя ЭДС самоиндукции в пределах контура, которая возникает при изменении величины тока.

При наличии заданного параметры силы тока, индуктивность будет определять энергетический потенциал магнитного поля, которое создал этот ток.

Обозначающие средства

физика 11 класс электромагнитная индукция

При измерении показателя индуктивности в пределах системы СИ, для ее обозначения используют «Гн». Один контур вмещает себя величину индукции равную одному генри. Но для этого необходимым условием является изменение тока на один ампер ежесекундно. Данное требование дает контуры на выводе с показателем возникшего напряжения, равного одному вольту.

Системные возможности СГС позволяют нам измерять показатель индуктивности при помощи Гауссовой системы. СГСЭ единицей, определяющей данную величину, служит статгенри. Однако очень часто ей не дают имени.

Читайте так же:
Где устанавливать розетки на кухне

Обозначение символом L увековечило имя ученого Э. Х. Ленца. По имени Дж. Генри также назвали единицу измерения величины индуктивности. Предложил ввести в терминологию понятие индуктивности О. Хевисайд, а сделал он это в 1886 году.

индукция обозначение в физике

Немного теории

Проводящий контур, по которому протекает ток, образует вокруг себя магнитное поле, за счет деятельности электричества.

С точки зрения квазистатического приближения, рассмотрение подразумевает в себе то, что переменная электрического поля довольно слаба либо изменяется довольно медленно, для того чтобы ей можно было пренебрегать магнитным полем, которое они порождают. Это соответствует условиям закона Био-Савара-Лапласа. Суммирование всех полей, которые порождает любая единица, пропорциональная такому току, показывает нам то, что в физике вектор магнитной индукции, его поле, соответствует данному явлению электричества, такому же току.

Такие данные соответствуют протеканию процесса в вакууме. Если имеется присутствие магнетика, с достаточно мощным показателем магнитной восприимчивости, то вектор индукции станет ярко выражать различие, в сравнении с тем, как он себя вел в отсутствии такой среды.

Контур одновиткового типа и индуктивность катушки

Одновитковые контуры, пронизанные величиной потока магнитной природы, связаны с уровнем тока, что выражается здесь:

Где L – это индуктивная способность единичного витка.

При наличии количества витков в размере – N, выражение принимает другой вид:

В таком виде Ψ = ∑ (N, I = 1) Φi – это общее количество потоков магнитной природы, проходящих сквозь имеющиеся витки. L – становится индуктивностью катушки с большим количеством витков. Ψ – величина потокосцепления.

L – называют коэффициентом пропорциональности или самоиндукции. В случае, когда ток воздействует на все витки с равной силой, получаем Ψ = N Φ. Этому соответствует LN = L1 N 2 .

физика явление электромагнитной индукции

О соленоиде

Соленоид – это катушка, у которой диаметр гораздо меньше ее длины. Наличие данной характеристики при отсутствии магнитных материалов, выражающих свою плотность магнитных потоков в системе СИ, фактически имеет постоянный показатель.

Абсолютное заполнение пространства внутри катушки магнитными материалами создаст различие в индуктивности. Разница выражается в множителе относительной магнитной проницаемости.

Понятие об электростатической индукции

Индукция в физике – это «многогранное» явление, которое способно иметь место в различных разделах рассматриваемой их науки.

Индукция электростатической природы представляет собой наведение личного поля электростатического типа телом, на которое воздействует внешнее эл. поле.

Основания для этого явления заключены в перераспределении зарядов, находящихся внутри проводящего тела. Процесс поляризации набора внутренних микроструктур у тел непроводящего типа, также подтверждает такой вид индукции. Внешние электрические поля могут заметно искажаться, находясь рядом с телом, обладающим индуцированным эл. полем.

Явление в проводниках

физика вектор магнитной индукции

Значение индукции в физике позволяет нам, при помощи ряда других знаний о природе тока, определять, что процесс перераспределения зарядов внутри металлов, имеющих высокий показатель проводимости, в условиях воздействия внешнего эл. поля, будет протекать до момента его полной взаимной компенсации. А также это приведет к появлению разно заряженных наведенных зарядов, расположенных на противоположных концах самого проводника.

Рассмотрение такого явления важно при решении задач по физике. Индукция электростатической природы используется для их заряжения. Это можно показать, если заземленный проводник подвергнуть воздействию тела с отрицательным зарядом, путем их сближения. С учетом отсутствия их соприкосновения, некоторая часть «-» зарядов отправится в землю, замещаясь при этом зарядами «+». Теперь, если мы уберем заземление и тело, имеющее заряд, последнее все равно будет заряжено положительно. Такие же действия, но в отсутствии заземления, обусловят индуцированное перераспределение зарядов внутри проводника. Это приведет к тому, что каждая его часть обретет нейтральную форму.

Индукция магнитной природы

индукция задачи по физике

В физике магнитная индукция – это величина, определяемая векторами и являющаяся силовым параметром магнитного поля в конкретно указанной точке. Позволяет обнаруживать силу поля, воздействующего на заряды.

Читайте так же:
Как подключить переключатель на два направления

Индукция магнитного поля в физике может определяться в качестве отношения максимального момента силы механического типа, действующего на рамку под напряжением, помещенную в поле однородного характера, к параметру произведения силы тока в пределах рамки, ее площади.

Считается, что именно это явление объясняет и закладывает основу для определения фундаментальной характеристики магнитного поля, которое является аналогичным вектору, указывающему на напряженность эл. поля.

Система СГС измеряет магнитную индукцию при помощи гауссов (Гс), а система СИ использует единицы Тесла (Тл). Один Тл соответствует 10 4 Гс.

Прибор, измеряющий показатель такого типа индукции, называется тесламетром.

Индукция электромагнетизма

индукция это в физике

Электромагнитную индукцию физика 11 класса представляет в форме явления, при котором возникает электрополе в условиях замкнутого контура, сквозь который проходит изменяющийся магнитный поток. М. Фарадей в 1831 году обнаружил, что ЭДС, появляющаяся в таком контуре, соблюдает пропорциональность скорости, при которой изменяется магнитный поток. Это показатель движущей электричество силы, независимо от причины, обусловливающей изменение потока – изменения свойств самого поля или контурного движения, его части, в маг. поле. Ток, который вызывает такой ЭДС, называют индукционным.

Г. Х. Эрстедом в 1820 году было доказано, что вследствие воздействия протекающей цепи тока, магнитная стрелка будет отклоняться. Когда эл. ток порождается магнетизмом, то сам магнетизм должен быть связанным с электротоком. Это взаимно обуславливающие процессы.

Данную мысль стал детально изучать английский ученый М. Фарадей. Попытка получить электричество из магнетизма была его главной целью в жизни на тот момент. Его старания насчитывают огромнейшее количество опытов, который он проводил, но без успеха. Однако в 1831 г., 29 августа, его постиг триумф. Было открыто явление электромагнитной индукции в физике. Установка, при помощи которой был совершен прорыв, базируется на кольце, изготовленном из железа с относительно высокой мягкостью. Его ширина составляла два см, и в диаметре достигала 15. Он намотал на колечко большое количество витков проволоки из меди, на обеих половинах кольца. Цепочка первой обмотки производила замыкание проволоки. В витках располагалась стрела, для обнаружения электромагнитной индукции. Вторая половина обмотки пропускала ток в гальванические элементы от батареи. Включение электрического напряжения вызывало колебания на магнитной стрелке, которые вскоре утихали; прерывание подачи тока вызывало вспыхивание и затухание движений указателя. Было выяснено, что стрелочка отклоняется в одном направлении, когда ток подавали, и в другом, когда его прерывали. М. Фарадей определил, что превращение сил магнетизма в электричество можно совершить при помощи простого магнита.

физика магнитная индукция

Выводы

Из всего выше прочитанного, можно заключить, что в физике индукция – это многогранное количество явлений, которые могут обнаруживаться в разных областях изучения физики. Данная величина свое выражение находит при помощи ряда векторов. По характеру и природе явления может делиться на магнитную, электростатическую и электромагнитную индукции. Данное свойство тока позволяет рассчитывать множество значений, например, таких, как параметры проводников. Оно выражает ЭДС, лежащее в пределах определенного контура. Изначально явление индукции было гипотезой, которая была возведена в статус теории посредством множества проведенных опытов, подтверждающих и объясняющих суть устройства данного механизма. Также важно знать, что данное явление может носить несколько иной характер, если оно наблюдается в соленоиде. В жизни человека этот механизм является условием, на основе которого строится современная система передачи тока на большие расстояния, а также играет важную роль при создании самой энергии. Понимание индукции и вытекающих из нее следствий, позволяет человеку эксплуатировать ее для достижения личностных производственных целей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector