На помещенный в магнитное поле проводник с током будет действовать сила, определяемая законом Ампера. Взаимодействие поля и проводника является результатом взаимодействия поля и отдельных зарядов снутри проводника.
Сила Лоренца — сила, характеризующая воздействие со стороны наружного магнитного поля на перемещающийся с неизменной скоростью электрический заряд.
Формулировка, правила правой и левой руки
В конце XIX века нидерландский физик Х. Лоренц установил, что попадание перемещающейся частички в магнитное поле приводит к появлению силы, перпендикулярной направлению движения заряженной частички и вектору магнитной индукции. Полученную величину принято именовать силой Лоренца. Направление силы можно найти при помощи правил правой и левой руки.
Правило правой руки
Ладонь правой руки должна быть размещена так, дабы силовые полосы магнитного поля были ориентированы от ладошки. Четыре пальца навести согласно вектору скорости заряженной частички. Большой палец будет указывать направление силы Лоренца для положительного заряда. Для негативно заряженной частички направление — обратное.
Правило левой руки
Ладонь левой руки расположить так, дабы силовые полосы магнитного поля были ориентированы к ладошки. Четыре пальца должны быть сонаправлены с вектором скорости движения заряженной частички. Большой палец будет указывать направление силы Лоренца для положительного заряда. Для негативно заряженной частички направление — обратное.
При содействии поля и частички меняется направление ее движения, но не модуль скорости, т.е. кинетическая энергия остается постоянной.
Обозначенное свойство гласит о том, что, согласно аксиоме о кинетической энергии, работа силы Лоренца равна нулю.
Силу Лоренца не следует путать с силой Ампера. Отличие состоит в том, что последняя обрисовывает взаимодействие магнитного поля и проводника с током, а сила Лоренца — взаимодействие поля и единичного электрического заряда.
В чем измеряется, формула
Возьмем проводник с током I нескончаемо малой длины Δ l и поместим его в магнитное поле с индукцией B. По закону Ампера сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, равна:
F = B · I · ∆ l · sin α ,
где α — угол между векторами магнитной индукции и скорости заряда.
За нескончаемо маленькое время Δt по проводнику пройдет n заряженных частиц зарядом q. Тогда выражение для тока можно записать в виде:
Подставим приобретенное выражение в формулу силы:
F = B · n · q Δ t · Δ l · sin α .
Беря во внимание, что отношение Δ l Δ t дает скорость движения заряда v , получим:
F = B · n · q · v · sin α .
Для вычисления значения силы Лоренца, действующей на отдельный заряд, поделим правую часть выражения на n:
F = B · q · v · sin α .
Сила является векторной физической величиной, формула в векторной форме имеет вид:
Единицей измерения силы Лоренца в СИ является Ньютон (Н).
Формула силы Лоренца при наличии магнитного и электрического полей
В случае, когда заряженная частичка движется в электромагнитном поле, сила Лоренца содержит в себе:
- магнитную составляющую, вызванную действием магнитного поля индукцией B → :
F м → = q · v → × B → ; - электрическую составляющую, вызванную действием электрического поля напряженностью E → :
F э → = q · E → .
Полная сила Лоренца определяется как векторная сумма 2-ух составляющих:
Использование силы Лоренца
Взаимодействие магнитного поля с перемещающимися заряженными частичками обширно применяется в технике и играет важную роль в природе. Примеры и пояснения:
Сила Лоренца правило левой руки – определение коротко, формулы и примеры
Сила Лоренца представляет собой комбинацию магнитной и электрической силы на точечном заряде, который вызван электромагнитными полями. Либо другими словами, сила Лоренца – это сила, действующая на всякую заряженную частичку, которая падает в магнитном поле с определенной скоростью. Ее величина находится в зависимости от величины магнитной индукции В, электрического заряда частички q и скорости, с которой частичка падает в поле – V. О том какая формула расчета силы Лоренца, также ее практическое значение в физике читайте дальше.
Внедрение правила правой руки в электродинамике
Если в магнитном поле подвесить на узком и гибком проводе рамку с током, то она будет поворачиваться и расположится спецефическим образом. Аналогично поведение магнитной стрелки. Это свидетельствует о векторном нраве физической величины, характеризующей магнитное поле. При всем этом направление этого вектора будет связано с ориентацией рамки и стрелки. Физической векторной величиной, которая охарактеризовывает магнитное поле, стал вектор магнитной индукции ($\vec$).
Готовые работы на аналогичную тему
- Курсовая работа Правило левой и правой руки для магнитного поля 420 руб.
- Реферат Правило левой и правой руки для магнитного поля 220 руб.
- Контрольная работа Правило левой и правой руки для магнитного поля 190 руб.
Получить выполненную работу либо консультацию спеца по вашему учебному проекту Выяснить цена
Это один из основных характеристик, описывающих состояние магнитного поля, потому нужно уметь отыскивать его величину и, естественно, направление.
Для определения направления вектора магнитной индукции применяют:
- правило правого винта либо
- правило правой руки.
Направлением вектора магнитной индукции, в месте локализации рамки с током, считают направление положительного перпендикуляра ($\vec$) к этой рамке. Положительная нормаль ($\vec$) будет иметь направление такое же, как направление поступательного перемещения правого винта, если его головку крутить по току в рамке (рис.1 (a)).
Читайте также: Измеряем опытом холостой ход и куцее замыкание в трансформаторе
Набросок 1. Определение направления вектора магнитной индукции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Так, владея пробной рамкой с током, помещая ее в исследуемое поле, давая ей свободно крутиться в нем, можно найти, как ориентирован вектор магнитной индукции в каждой точке поля. Нужно только дать рамке придти в положение равновесия, потом применять правило правого винта.
Ты эксперт в этой предметной области? Предлагаем стать создателем Справочника Условия работы
Сейчас обратимся к правилу правой руки. Сожмем правую руку в неплотный кулак (рис.2). Отогнем большой палец на 90°. Руку разместим так, дабы большой палец указывал направление течения тока, тогда согнутые другие четыре пальца укажут направление линий магнитной индукции поля, которое делает ток. А мы помним, что касательная в каждой точке поля к силовой полосы (полосы магнитной индукции) показывает направление $\vec$.
Набросок 2. Правило правой руки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Разглядим соленоид. Обхватим правой ладонью его так, дабы четыре пальца совпали с направлением тока в нем, тогда отогнутый на девяносто градусов палец укажет, как ориентировано магнитное поле, создаваемое у него снутри.
Нам понятно, что если в магнитном поле перемещать проводник, то в этом проводнике будет появляться ток индукции. Правило правой руки можно применять для определения направления течения тока индукции в таких проводниках. При всем этом:
- полосы индукции магнитного поля должны заходить в открытую ладонь правой руки,
- палец этой руки отогнуть на девяносто градусов, и навести по скорости перемещения проводника,
- вытянутые четыре пальца будут указывать, как ориентирован ток индукции.
Правилом правой руки можно пользоваться при определении направления ЭДС индукции в контуре:
Согнутыми 4-мя пальцами правой руки окутать контур, в каком индуцируется ЭДС при изменении магнитного потока, отогнуть на девяносто градусов большой палец этой руки и навести его по направлению магнитного потока при его увеличении (либо против направления магнитного потока при его уменьшении), тогда согнутые пальцы укажут на направление обратное ЭДС.
Незначительно истории
1-ые пробы обрисовать электромагнитную силу были изготовлены еще в XVIII веке. Исследователи Генри Кавендиш и Тобиас Майер высказали предположение, что сила на магнитных полюсах и электрически заряженных объектах подчиняется закону оборотных квадратов. Но экспериментальное подтверждение этого факта не было полным и убедительным. Исключительно в 1784 году Шарль Августин де Кулон с помощью собственного торсионного баланса сумел совсем обосновать это предположение.
В 1820 году физиком Эрстедом был открыт факт, что на магнитную стрелку компаса действует ток вольта, а Андре-Мари Ампер в этом же году сумел создать формулу угловой зависимости между 2-мя токовыми элементами. На самом деле, эти открытия стали фундаментом современной концепции электрических и магнитных полей. Сама же концепция получила свое предстоящее развитие в теориях Майкла Фарадея, в особенности в его представлении о силовых линиях. Лорд Кельвин и Джеймс Максвелл дополнили теории Фарадея подробным математическим описанием. А именно Максвеллом было сотворено так званное, «уравнение поля Максвелла» – представляющее собой систему дифференциальных и интегральных уравнений, описывающих электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами и токами в вакууме и сплошных средах.
Джей Джей Томпсон был первым физиком, кто попробовал вывести из уравнения поля Максвелла электромагнитную силу, которые действует на перемещающийся заряженный объект. В 1881 году он опубликовал свою формулу F = q/2 v x B. Но из-за некоторых просчетов и неполного описания тока смещения она оказалась не совершенно правильной.
И вот, в конце концов, в 1895 году голландский ученый Хендрик Лоренц вывел правильную формулу, которая применяется и доныне, также носит его имя, как и та сила, что действует на летящую частичку в магнитном поле, с этого момента именуется «силой Лоренца».
Читайте также: Как отыскать частоту вращения мотора неизменного тока
Формула силы Лоренца
Формула для расчета силы Лоренца смотрится следующим образом:
Где q – электрический заряд частички, V – ее скорость, а B – величина магнитной индукции магнитного поля.
При всем этом поле B выступает в качестве силы, перпендикулярной к направлению вектора скорости V нагрузок и направлению вектора B. Это можно проиллюстрировать на диаграмме:
Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле
Когда было проведено огромное количество подобных тестов, то было получено правило, которое связывает между собой направление магнитных линий, направление электрического тока и силовое действие магнитного поля. Это правило получило название правило левой руки. Определение: левую руку необходимо расположить таким макаром, дабы магнитные полосы входили в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление электрического тока – тогда отогнутый большой палец укажет направление деяния магнитного поля.
Рис. 2. Правило левой руки
Правило левой руки
Правило левой руки позволяет физикам определять направление и возврат вектора магнитной (электродинамической) энергии. Представьте для себя, что наша левая рука размещена таким макаром, что полосы магнитного поля ориентированы перпендикулярно внутренней поверхности руки (так, что они попадают вовнутрь руки), а все пальцы кроме огромного указывают на направление протекания положительного тока, отклоненный большой палец показывает на направление электродинамической силы, действующий на положительный заряд, помещенный в это поле.
Вот так это будет смотреться схематически.
Есть также и 2-ой метод определения направления электромагнитной силы. Он заключается в расположении огромного, указательного и среднего пальцев под прямым углом. В данном случае указательный палец будет демонстрировать направление линий магнитного поля, средний – направление движение тока и большой – направление электродинамической силы.
Обнаружение МП по его действию на эл. ток. Правило левой руки
Так как магнитное поле проводника с током действует с определённой силой на магнит, то естественно представить, что со стороны магнитного поля магнита на проводник с током также должна действовать какая-то сила. Разглядим более тщательно действие магнитного поля на проводник с током и попытаемся подтвердить либо опровергнуть высказанное предположение.
Для этого соберём цепь, состоящую из источника тока, ключа, трёхсторонней рамки, реостата и подковообразного магнита, закреплённого в штативе. Рамку подвесим на крючках так, дабы она могла свободно крутиться, и поместим в магнитное поле, сделанное подковообразным магнитом. Присоединим рамку к источнику тока, последовательно с реостатом и ключом. При разомкнутой цепи деяния со стороны магнитного поля магнита на рамку не наблюдается. Если же цепь замкнуть, то проводник идёт в движение — он втягивается в место между полюсами дугообразного магнита.
Поэтому, магнитное поле действует на рамку с током с некоторой силой
, отклоняющей её от начального положения.
Раз магнитное поле способно оказывать действие на проводник с током, то это действие может быть применено для обнаружения магнитного поля в данной области места.
Кто-то из вас произнесет, что для чего столько сложностей, если магнитное поле можно найти при помощи обычного компаса.
Читайте также: Расчет электрических цепей неизменного тока. Главные законы электротехники. 1-ый закон Кирхгофа. Способ конкретного использования законов Кирхгофа
Да, при помощи компаса проще, но вспомните догадку Ампера: снутри каждой молекулы вещества циркулируют кольцевые электрические токи.
Потому действие магнитного поля на стрелку компаса сводится к действию поля на простые электрические токи, которые циркулируют в атомах и молекулах вещества, из которого сделана магнитная стрелка.
Таким макаром, магнитное поле создаётся электрическим током и находится по его действию на электрический ток.
Но вернёмся к нашему опыту. Давайте поменяем направление тока в цепи. Замкнув её увидим, что проводник отклонился в обратную сторону.
Означает, совместно с током поменялось и направление действующей на рамку силы.
Если сейчас поменять местами полюсы магнита (другими словами поменять направление магнитных линий), то мы увидим, как рамка с током вновь втягивается в место между полюсами магнита.
Означает, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник с током, связаны между собой.
Из курса физики восьмого класса вы понимаете, что сила, с которой магнитное поле действует на помещённый в него проводник с током, именуется силой Ампера,
в честь французского учёного Андре-Мари Ампера.
Направление силы Ампера можно найти при помощи правила левой руки: если левую руку расположить так, дабы полосы магнитного поля входили в ладонь, а четыре пальца были ориентированы по направлению тока в проводнике, то отогнутый на девяносто градусов большой палец покажет направление действующей на проводник силы.
При использовании данного правила не запамятовывайте о том, что за направление тока в цепи принято направление в каком движутся либо могли бы двигаться положительно заряженные частички.
При помощи правила левой руки также определяют и направление силы, действующую на отдельную заряженную частичку, перемещающуюся в магнитном поле. Для самого обычного варианта, другими словами когда частичка движется перпендикулярно линиям магнитного поля, это правило звучит так: если левую руку расположить так, дабы полосы магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были ориентированы по движению положительно заряженной частички (либо против движения негативно заряженной), то отставленный на девяносто градусов большой палец покажет направление действующей на частичку силы.
Обратим внимание ещё на один принципиальный момент: магнитное поле не действует в случаях, если прямолинейный проводник с током либо скорость перемещающейся заряженной частички параллельны линиям магнитного поля либо совпадают с ними.
Билет 11.Сила Лоренца. Правило левой руки
— сила, действующая со стороны магнитного поля на перемещающуюся электрически заряженную частичку.
где q — заряд частички;
V — скорость заряда;
B — индукции магнитного поля;
a — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.
Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки:
Если поставить левую руку так, дабы перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции заходила в ладонь, а четыре пальца могли быть размещены по направлению скорости движения положительного заряда (либо против направления скорости отрицательного заряда), то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца
.
Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы (т.е. не изменяет величину скорости заряда и его кинетическую энергию).
Если заряженная частичка движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то Fл = 0 , и заряд в магнитном поле движется умеренно и прямолинейно.
Если заряженная частичка движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то сила Лоренца является центростремительной
и делает центростремительное ускорение равное
В данном случае частичка движется по окружности.
.
Согласно второму закону Ньютона: сила Лоренца равнв произведению массы частички на центростремительное ускорение
тогда радиус окружности
а период воззвания заряда в магнитном поле
Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть итог его деяния на отдельные перемещающиеся заряды.
Билет 12.ЭДС индукции в перемещающихся проводниках.
Прямолинейный проводник АВ движется в магнитном поле с индукцией В по проводящим шинам, которые замкнуты на гальванометр.
На электрические заряды, перемещающиеся совместно с проводником в магнитном поле, действует
сила Лоренца:
Fл = /q/vB sin a
B – магнитная индукция (Тл)
Её направление можно найти по правилу левой руки.
Под действием силы Лоренца снутри проводника происходит рассредотачивание положительных и отрицательных зарядов вдоль всей длины проводника l.
Сила Лоренца является в этом случае посторонней силой, и в проводнике появляется ЭДС индукции, а на концах проводника АВ появляется разность потенциалов.
Причина появления ЭДС индукции в перемещающемся проводнике разъясняется действием силы Лоренца на свободные заряды.
ЗАДАНИЕ.
1. При каком направлении движения контура в магнитном поле в контуре будет появляться индукционный ток?
2. Укажите направление индукционного тока в контуре при внедрении его в однородное магнитное поле.
3. Как поменяется магнитный поток в рамке, если рамку повернуть на 90 градусов из положения 1 в положение 2 ?
4. Будет ли появляться индукционный ток в проводниках, если они движутся так, как показано на рисунке?
5. Найти направление индукционного тока в проводнике АБ, перемещающемся в однородном магнитном поле.
6. Указать правильное направление индукционного тока в контурах.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество воды на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных возможностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не меняются в течение жизни.
Механическое удерживание земельных масс: Механическое удерживание земельных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями разных конструкций.
Опора древесной одностоечной и методы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на нужной высоте над землей, водой.
