Как влияет электромагнитное поле на заряд

2.Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрические заряды (продемонстрировать опыты, подтверждающие это действие).

Магнитное поле– это особая форма материи, существующая независимо от нас и от наших знаний о нём. Оно обладает следующими свойствами:

1. возникает вокруг движущихся зарядов и проводников с током;

2. действует на движущиеся заряды и проводники с током.

Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция.

Модулем магнитной индукцииназывается отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка., гдеB– модуль магнитной индукции,F_mмаксимальная сила,Iсила тока, ∆l – длина проводника.

Магнитная индукция измеряется в Теслах(Тл).

Магнитная индукция – векторная величина.

Вектор направлен от северного полюса магнита к южному полюсу.

Для прямолинейного проводника с током направление вектора определяют поправилубуравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения буравчика совпадёт с направлением вектора.

Сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, называется силойАмпера.

Сила Ампера вычисляется по формуле: , где.

Сила, действующая со стороны магнитного поля на движущийся заряд, называется силой Лоренца.

Сила Лоренца вычисляется по формуле: , где.

Направление силы Ампера и силы Лоренца определяется по правилу левой руки.

Для демонстрации действия магнитного поля на движущиеся заряды (электрический ток) необходимо подключить проволочный моток к источнику тока и, поднося к нему магнит разными полюсами, показать отталкивание и притяжение мотка.

3.Задача на применение графиков изопроцессов.

1.Фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Применение фотоэффекта в технике.

Фотоэффект– это вырывание электронов из вещества под действием света.

Фотоэффект был открыт в 1887 г. немецким физиком Герцем и изучался экспериментально русским учёным Столетовым.

Столетов в опытах использовал стеклянный вакуумный баллон со впаянными в него двумя электродами. На электроды подавалось напряжение, а отрицательный электрод освещался светом. Под действием света из электрода вырывались электроны, которые двигались ко второму электроду. Т.е. создавался электрический ток.

В результате опытов Столетов получил следующие законы:

1.Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.

2.Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

Объяснение фотоэффекта было дано в 1905 г. Эйнштейном.

Он использовал гипотезу немецкого физика Планка: свет излучается и поглощается отдельными порциями – квантами.

По Эйнштейну: свет – поток особых частиц – фотонов. Энергия фотона:E = h·ν, где h– постоянная Планка,ν– частота света.

Уравнение Эйнштейна: энергия порции светаидёт на совершение работы выхода электрона из металла и на сообщение электрону кинетической энергии.

Приборы, в основе действия которых лежит фотоэффект, называются фотоэлементами.

Они используются в кино для воспроизведения звука, в фотометрии для измерения освещённости, в калькуляторах, в солнечных батареях и т.д.

Электрический заряд

Частицы, участвующие в электромагнитном взаимодействии, обладают специальным свойством — электрическим зарядом. Что такое электрический заряд? Первичное понятие. Нельзя его описать в других более понятных терминах. Электрический заряд — неотъемлемое свойство элементарной частицы. Если есть частица, обладающая электрическим зарядом, например, электрон, всем вам известный электрон, лишить его этого свойства невозможно. Электрон обладает и другими свойствами: массой, спином, магнитным моментом. Имеются частицы и не обладающие этим свойством. Если частица не участвует в электромагнитном взаимодействии (а как это определить? берём частицу, находим действующую на неё силу, есть книжки, в которых дано руководство для дальнейших действий), итак, если частица не участвует в электромагнитном взаимодействии, то она не обладает электрическим зарядом.

Заряды всех тел кратны величине Кл, это заряд электрона. Это означает, что в природе встречается минимальный заряд, равныйе. Можно было бы принять е=1, но в силу ряда причин, в частности, по исторической причине, е выражается таким числом.

Есть такие частицы — кварки, заряд которых дробный: ,и т.д. То, что их заряд дробный не противоречит тому, что я сказал, так как кварки самостоятельно не наблюдаются. Считается, что нельзя выделить кварки индивидуально, чтобы получить частицу с дробным зарядом. Чтобы было более понятно, я приведу такой пример. Имеем намагниченную спицу с южным и северным полюсом, они ведут себя, как точечные источники тока, но, сломав спицу пополам, на одном конце остаётся южный полюс, а на другом выскакивает северный. Так и при делении кварков, они делятся, но появляются новые кварки, а не их половинки.

Заряды бывают двух знаков: “+” и “–“. Как понимать отрицательный и положительный знак? Можно было бы назвать их другими символами, но которые входят в математические понятия, потому что математика — базовая наука.

Электромагнитное поле

Ещё раз повторю, мир состоит из взаимодействующих частиц, но частицы не взаимодействуют друг с другом. Этот вопрос занимал ещё Ньютона. Он считал, что сама идея взаимодействия через пустое пространство это абсурд. Нынешняя физика так же отвергает взаимодействие через пустое пространство. Например, откуда Земля «знает», что где-то от неё на расстоянии 150 млн. км находится Солнце, к которому она должна притягиваться? Поле является переносчиком взаимодействия, в частности, переносчиком электромагнитных взаимодействий является электромагнитное поле. Что такое поле? опять таки первичное понятие, невозможно его выразить более простыми словами. Надо понимать так: имеем частицу заряженную, одну единственную, и то, что создаёт частица в пространстве, это и есть электромагнитное поле. Некоторые формы этого электромагнитного поля мы видим, свет есть проявление электромагнитного поля. Другая заряженная частица погружена в это поле и взаимодействует с этим полем там, где она находится. Таким образом, решена проблема взаимодействия. Электромагнитное поле — это переносчик электромагнитного взаимодействия.

Опять таки, поле мы не можем описать обычными словами. Вот стол, он деревянный, коричневый и т.д., его можно описать бесконечно большим набором свойств. Электромагнитное поле гораздо более простая вещь. Движение частицы, находящейся в электромагнитном поле, описывается следующим уравнением.

Второй закон Ньютона:

Заряженная частица, обладающая зарядом q, движется в электромагнитном поле согласно этому уравнению. Видим, что сила, действующая на частицу со стороны электромагнитного поля, определяется двумя векторными полями: , то есть в каждой точке пространства задан вектор, который может меняться со временем (математик может сказать, если в каждой точке пространства задана скалярная функция, что задано скалярное поле, если задана векторная функция — задано векторное поле), поленазывается напряжённостью электрического поля, поле —индукция магнитного поля. Почему они так называются, нам сейчас неважно, это термины. Почему они разделены? Потому что влияние их на частицу различны. Поле не содержит никаких характеристик частицы кроме заряда. Если v = 0, то второе слагаемое вылетает. Это означает, что магнитное поле действует только на движущиеся частицы. Неподвижные заряды не чувствуют магнитного поля.

Когда говорится о функциях координат, имеется в виду, что мы находимся в некоторой инерциальной системе. Если заряд движется, то в другой инерциальной системе он будет покоиться. Это означает, что, если в одной инерциальной системе отсчёта существует только , то в другой появится и. Вот эти два векторных поля полностью описывают электромагнитное поле. Задать электромагнитное поле означает задать шесть функций от координат и времени.

Как задать поле в этом помещении? Помещаем пробный заряд, измеряем силу, делим на q, получаем . Чуть сложнее измерить. Есть более изящные методы измерения, основанные на этом уравнении. И получим исчерпывающее описание этой вещи. Это описание на много проще описания этого стола.

Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты

С современной точки зрения в природе существует совокупность двух полей — электрического и магнитного — это электромагнитное поле, оно представляет собой особый вид материи, т. е. существует объективно, независимо от нашего сознания. Магнитное поле всегда порождается переменным электрическим, и наоборот, переменное магнитное поле всегда порождает переменное электрический поле. Электрическое поле, вообще говоря, можно рассматривать отдельно от магнитного, так как носителями его являются частицы — электроны и протоны. Магнитное поле без электрического не существует, так как носителей магнитного поля нет. Вокруг проводника с током существует магнитное поле, и оно порождается переменным электрическим полем движущихся заряженных частиц в проводнике.

Магнитное поле является вихревым полем. Для графического изображения магнитных полей вводятся силовые линии, или линии индукции, — это такие линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной. Направление силовых линий находится по правилу

буравчика. Если буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки совпадет с направлением силовых линий. Линии магнитной индукции прямого провода с током представляют собой концентрические окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной проводнику

16) Полупроводники́ — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры[1].

Полупроводниковые приборы, ППП — широкий класс электронных приборов, изготавливаемых из полупроводников.

К полупроводниковым приборам относятся:

Интегральные схемы (микросхемы)

Полупроводниковые диоды (в том числе варикапы, стабилитроны, диоды Шоттки),

Приборы с зарядовой связью,

Полупроводниковые СВЧ-приборы (диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды),

Оптоэлектронные приборы (фоторезисторы, фотодиоды, солнечные элементы, детекторы ядерных излучений, светодиоды, полупроводниковые лазеры, электролюминесцентные излучатели),

Терморезисторы, датчики Холла.

17) Явление электромагнитной индукции

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в СИ):

— электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура,

— магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур.

Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца, названное так по имени русского физика Э. Х. Ленца:

Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Для катушки, находящейся в переменном магнитном поле, закон Фарадея можно записать следующим образом:

— магнитный поток через один виток,

Магни́тный пото́к — поток Ф в как интеграл вектора магнитной индукции В через конечную поверхность S. Определяется через интеграл по поверхности

при этом векторный элемент площади поверхности определяется как

где — n единичный вектор, нормальный к поверхности

Также магнитный поток можно рассчитать как скалярное произведение вектора магнитной индукции на вектор площади:

где α — угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости площади.

Магнитный поток через контур также можно выразить через циркуляцию векторного потенциала магнитного поля по этому контуру:

Зако́н электромагни́тной инду́кции Фараде́я является основным законом электродинамики, касающимся принципов работы трансформаторов, дросселей, многих видов электродвигателей и генераторов.[1] Закон гласит:Для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур.[1] или другими словами: Генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Правило Ленца определяет направление индукционного тока и гласит:Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток.

Правило сформулировано в 1833 году Э. Х. Ленцем. Позднее оно было обобщено на все физические явления в работах Ле Шателье (1884 год) и Брауна (1887 год), это обобщение известно как принцип Ле Шателье — Брауна.Эффектной демонстрацией правила Ленца является опыт Элиу Томсона.

Влияние магнитного поля на электрический ток: основные принципы и явления

В этой статье мы рассмотрим действие магнитного поля на ток и его значительное влияние на движущиеся заряды, а также рассмотрим различные явления, связанные с этим взаимодействием, и его применение в технике.

Влияние магнитного поля на электрический ток: основные принципы и явления обновлено: 27 августа, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

Введение

Магнитное поле и электрический ток – два фундаментальных понятия в физике, которые тесно связаны друг с другом. Действие магнитного поля на ток имеет важное значение в различных областях науки и техники. Понимание этого взаимодействия позволяет создавать электромагнитные устройства, такие как генераторы, электродвигатели и трансформаторы, а также разрабатывать новые технологии и материалы.

Нужна помощь в написании работы?

Написание учебной работы за 1 день от 100 рублей. Посмотрите отзывы наших клиентов и узнайте стоимость вашей работы.

Магнитное поле

Магнитное поле – это область пространства, в которой проявляются магнитные силы. Оно создается движущимися электрическими зарядами, такими как электроны в атомах или токи в проводниках.

Магнитное поле имеет свою направленность и силу, которые можно представить с помощью магнитных силовых линий. Магнитные силовые линии представляют собой кривые линии, которые указывают направление и интенсивность магнитного поля. Они выходят из одного полюса магнита и входят в другой полюс.

Важно отметить, что магнитные поля не только создаются движущимися зарядами, но и оказывают воздействие на эти заряды. Это действие магнитного поля на ток будет рассмотрено далее.

Ток и его основные свойства

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике. Он возникает при наличии разности потенциалов между двумя точками проводника, что приводит к перемещению электронов или других заряженных частиц.

Существуют различные типы тока:

• Постоянный ток – это ток, который имеет постоянную величину и направление. Примером постоянного тока является электрический ток в батарейке.
• Переменный ток – это ток, который меняет свою величину и направление со временем. Примером переменного тока является электрический ток в розетке.
• Импульсный ток – это кратковременное прохождение электрического заряда через проводник. Примером импульсного тока может быть разряд молнии.

Основными свойствами электрического тока являются:

• Сила тока – это количество заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени. Единицей измерения силы тока является ампер (А).
• Направление тока – это направление движения положительных зарядов в проводнике. По соглашению, направление тока определяется от положительного к отрицательному полюсу и обозначается стрелкой.
• Законы Ома – это законы, описывающие зависимость между напряжением, силой тока и сопротивлением в электрической цепи. Они формулируются следующим образом:
  • Первый закон Ома: Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению: I = U/R.
  • Второй закон Ома: Напряжение на участке цепи равно произведению силы тока на его сопротивление: U = I * R.

  Изучение свойств тока позволяет понять его взаимодействие с магнитным полем, о котором будет рассказано далее.

  Влияние магнитного поля на движущийся заряд

  Действие магнитного поля на движущийся заряд описывается с помощью силы Лоренца. Сила Лоренца является результатом взаимодействия магнитного поля и заряда и определяет направление и величину силы, действующей на заряд.

  Сила Лоренца (F) на заряд (q), движущийся со скоростью (v) в магнитном поле (B), выражается следующей формулой:

  где θ – угол между векторами скорости и магнитной индукции.

  Из этой формулы видно, что сила Лоренца перпендикулярна как скорости, так и направлению магнитного поля. Она всегда направлена перпендикулярно плоскости, образованной векторами скорости и магнитной индукции.

  Принцип действия электромоторной силы основан на действии силы Лоренца на свободные электроны в проводнике. Когда проводник движется в магнитном поле или магнитное поле меняется, возникает электромоторная сила (ЭМС), которая приводит к появлению электрического тока в проводнике.

  Это явление используется в различных устройствах, таких как генераторы и электродвигатели. В генераторах механическая энергия преобразуется в электрическую с помощью действия магнитного поля на движущиеся заряды. В электродвигателях, напротив, электрическая энергия преобразуется в механическую благодаря действию магнитного поля на ток.

  Таким образом, понимание действия магнитного поля на движущийся заряд позволяет создавать и усовершенствовать различные устройства и технику, основанную на этом принципе.

  Эффект Холла

  Эффект Холла является одним из важных явлений, связанных с действием магнитного поля на ток. Он был открыт американским физиком Эдвардом Холлом в 1879 году и получил широкое применение в измерительной технике.

  Основная идея эффекта Холла заключается в следующем: если проводник с током поместить в магнитное поле, то возникает поперечная разность потенциалов между двумя противоположными сторонами проводника. Эта разность потенциалов называется холловским напряжением.

  Холловское напряжение (U_H) определяется формулой:

  где B – магнитная индукция, I – сила тока, d – толщина проводника, n – концентрация зарядовых носителей (электронов или дырок), e – элементарный заряд.

  Из этой формулы видно, что холловское напряжение пропорционально магнитной индукции, силе тока и толщине проводника, а обратно пропорционально концентрации зарядовых носителей.

  Эффект Холла позволяет определить направление и величину магнитной индукции. Для этого используется специальное устройство – холловский датчик. Холловский датчик состоит из проводника, на который подается постоянный ток, и перпендикулярно к проводнику расположенного магнита. При наличии магнитного поля возникает холловское напряжение, которое можно измерить с помощью вольтметра.

  Эффект Холла широко применяется в различных областях, таких как электроника, автомобильная промышленность и измерительная техника. Он используется для создания датчиков магнитного поля, компасов, гальванометров и других устройств.

  Магнитоопрозводимость и магнитная проводимость

  Магнитоопрозводимость и магнитная проводимость – это две важные физические величины, связанные с действием магнитного поля на ток. Они описывают способность материала пропускать или противостоять магнитным линиям силового поля.

  Магнитоопрозводимость (μ) – это мера способности материала пропускать магнитные линии силового поля. Она определяется формулой:

  где B – магнитная индукция, H – напряженность магнитного поля.

  Магнитоопрозводимость имеет размерность Гн/м (генри на метр) и зависит от свойств материала. Некоторые материалы, такие как железо и никель, обладают высокой магнитоопрозводимостью, что позволяет им эффективно пропускать и усиливать магнитные линии силового поля. Другие материалы, такие как воздух и вакуум, имеют низкую магнитоопрозводимость и плохо пропускают магнитные линии.

  Магнитная проводимость (σ) – это мера способности материала противостоять магнитным линиям силового поля. Она определяется формулой:

  где μ – магнитоопрозводимость.

  Магнитная проводимость имеет размерность См/Гн (сантиметры на генри) и также зависит от свойств материала. Материалы с высокой магнитной проводимостью обладают способностью противостоять изменению магнитных линий, что делает их хорошими экранами от воздействия внешних магнитных полей.

  Значения магнитоопрозводимости и магнитной проводимости различных материалов можно найти в специальных таблицах или использовать для расчетов в соответствующих формулах.

  Понимание этих физических величин позволяет улучшить проектирование электрических и электронных устройств, таких как трансформаторы, индуктивности и магнитные экраны. Они также играют важную роль в различных областях науки и техники, связанных с магнитными явлениями.

  Применения в технике

  В дополнение к пониманию действия магнитного поля на ток, это знание имеет широкий спектр применений в различных областях техники. Ниже приведены некоторые из них:

  Электромагниты

  Электромагниты – это устройства, которые создают магнитное поле при прохождении электрического тока через проводник. Они широко используются в различных устройствах и системах, таких как электромагнитные клапаны, реле, электромагнитные замки и даже в медицине для создания магнитного поля в МРТ-сканерах.

  Генераторы

  Генераторы – это устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую. Они работают на основе принципа индукции, где изменение магнитного поля вызывает появление электрического тока. Генераторы широко используются для производства электричества в стационарных и портативных источниках энергии, таких как электростанции и автомобильные генераторы.

  Электродвигатели

  Электродвигатели – это устройства, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Они работают на основе взаимодействия магнитного поля и тока, создавая вращательное движение. Электродвигатели широко используются в различных устройствах и системах, таких как промышленные механизмы, бытовая техника (стиральные машины, холодильники) и транспортные средства (электрические автомобили).

  Трансформаторы

  Трансформаторы – это устройства, которые используются для изменения напряжения переменного тока. Они работают на основе принципа индукции и состоят из двух обмоток (первичной и вторичной), связанных общим магнитным полем. Трансформаторы широко используются в электрических сетях для передачи энергии на большие расстояния с минимальными потерями.

  Магнитные экраны

  Магнитные экраны – это устройства, которые используются для защиты от воздействия внешних магнитных полей. Они создают магнитное поле, противоположное внешнему полю, и тем самым снижают его воздействие на окружающие объекты. Магнитные экраны широко применяются в электронике и телекоммуникациях для защиты от помех и электромагнитных излучений.

  Это лишь некоторые из многочисленных применений действия магнитного поля на ток. Понимание этого явления позволяет разрабатывать более эффективные и инновационные устройства и системы, которые используются в различных областях науки и техники.

  Заключение

  Действие магнитного поля на ток является фундаментальным явлением в физике и имеет широкий спектр применений в технике. Понимание этого явления позволяет разрабатывать и улучшать различные устройства и системы, такие как электромагниты, генераторы, электродвигатели и трансформаторы. Знание о взаимодействии магнитного поля и тока также полезно для создания магнитных экранов и защиты от внешних магнитных полей. Дальнейшие исследования в этой области могут привести к новым открытиям и разработке более эффективных устройств и систем.

  Влияние магнитного поля на электрический ток: основные принципы и явления обновлено: 27 августа, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

  Похожие публикации:

  1. Как настроить принтер в компьютере
  2. Как понять оптоволокно или нет
  3. Как удалить игры из гейм лаунчера
  4. Что с apple music