Магнитное поле, как особый вид материи. Характеристики. Изображение.

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 04.03.2019

 

 

 

 

 

  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых тем для рефератов по физике:

 

Много готовых рефератов по физике

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

 
 
 
 

 

Введение:

Взаимодействие проводников (токов) происходит через магнитное поле. Эрстед впервые был замечен в экспериментах с проводниками тока и магнитными стрелками. Магнитное поле - это материальная субстанция, которая не регистрируется органами чувств, но имеет свои физические характеристики. В эксперименте Эрстеда проволока, по которой протекал ток, была протянута над магнитной иглой, вращающейся на игле. Когда ток был включен, стрелка была установлена ​​перпендикулярно проводу. При изменении направления тока стрелка поворачивалась в противоположном направлении.

Электрическое поле создается неподвижными электрическими зарядами, магнитное поле - движущимися электрическими зарядами (электрическими токами) и не влияет на заряд покоя. Сила возникает только тогда, когда заряд движется. Проводник тока - это электрически нейтральная система зарядов, в которой заряды одного знака движутся в одном направлении, а заряды другого знака движутся в противоположном направлении (или покоятся). Отсюда следует, что магнитное поле создается движущимися зарядами. Итак, движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающего их пространства - они создают в нем магнитное поле. Это поле проявляется в том, что силы действуют на движущиеся в нем заряды (токи).
Магнитное поле описывается магнитными силовыми линиями и проявляется действием силы на электрические токи. Индикатор электрического поля представляет собой тестовый электрический заряд, индикатор магнитного поля - это тестовый замкнутый контур с током.

При помещении испытательной цепи с током в любую точку, где вы хотите определить магнитное поле, схема будет ориентироваться (вращаться) так, чтобы ее нормаль была установлена ​​по полю. Направление нормали будет указывать направление магнитного поля в данной точке. Мы помещаем тестовую схему в какую-то точку магнитного поля; Схема устанавливается вдоль поля. Нормаль подключается к току в цепи в соответствии с правилом правого винта. Для направления поля выберите направление положительной нормали контура.

Магнитный момент будет действовать на контур в магнитном поле, которое имеет тенденцию вращать нормаль контура вдоль поля. Если нормаль и направление поля имеют угол - минимальный момент, - максимальный момент. Цепь, по которой течет ток, имеет собственный магнитный момент, который пропорционален току и площади цепи.

Различные испытательные контуры, когда они введены в данной точке, будут вызывать разные крутящие моменты, но отношение (- максимальный крутящий момент) будет одинаковым для всех точек и пропорционально магнитной индукции. Производная магнитной индукции () представляет собой напряженность магнитного поля (H), которая устанавливается следующим образом:
где - магнитная проницаемость вещества (безразмерная величина). Величины B и H являются векторными величинами. H = 1 А / м
1 А / м - напряженность такого поля, магнитная индукция которого в вакууме равна. B = 1 Tl = 1 Н / (А • м)
1 Тл - это магнитная индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с силой 1 Н на метр длины прямолинейного проводника, перпендикулярного направлению поля, если через этот проводник проходит ток 1 А.

Для направления магнитного поля в любой точке возьмите направление, в котором векторы и ориентированы. Магнитное поле описывается магнитными силовыми линиями, которые всегда закрыты (тонкие металлические опилки определенным образом ориентированы вокруг проводников с током (магнитами) - магнитными силовыми линиями).

Закон Био-Саварда-Лапласа

Био и Савард провели эксперименты по ориентации магнитных стрелок вблизи токов различной конфигурации. Лаплас, суммируя математически свои эксперименты, показал, что каждый элемент тока вызывает магнитное поле в окружающем его пространстве, которое рассчитывается как суммарное поле, создаваемое в элементарных отдельных участках тока.

Рассмотрим проводник произвольной формы, по которому течет ток i. Выберите на нем простейший раздел дл. Мы находим магнитное поле в точке 1 на расстоянии r от dl, которое составляет угол с dl.

Закон биосаварда-лапласа:
где dl - вектор по модулю, равный длине dl элемента проводника и совпадающий по направлению с током, r - радиус-вектор, выведенный из элемента dl проводника в точку 1 поля.

Поле прямого тока

Рассмотрим прямолинейный проводник , по которому течет ток i. Подберем на нем элементарный разрез dl на расстоянии от вектора радиуса.
Линии магнитной индукции поля постоянного тока представляют собой систему концентрических окружностей, охватывающих провод.

Правило Гимлета для прямого тока.

Пусть поступательное движение буравчика (наконечника) совпадает с направлением тока, вращательное движение рукоятки показывает плоскость и направление магнитных силовых линий, касательных к ним в любой точке совпадает с вектором.

Круговой ток

Рассмотрим круговой ток радиуса r.
Найти напряженность магнитного поля в центре кругового тока.
Следовательно, магнитная индукция поля в центре круглого проводника с током
Правило Гимлета для кругового тока.
Пусть вращательное движение ручки буравчика совпадает с направлением тока, тогда поступательное движение покажет вектор или в центре кругового тока.

Суперпозиция магнитных полей

Для магнитного поля, как и для электрического поля, действует принцип суперпозиции: поле B, генерируемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме полей, генерируемых каждым зарядом (током) в отдельности.

Рассмотрим два параллельных тока, протекающих в противоположных направлениях вдоль двух проводников. Мы находим напряженность магнитного поля в точках A, B, C.

Действие магнитных полей на движущиеся токи и заряды

Сила Ампера

Рассмотрим проводник произвольной формы, по которому течет ток. Если вы поместите его в магнитное поле, то на проводник будет действовать сила, которая называется силой Ампера.
Направление силы Ампера рассчитывается по правилу левой руки: мы кладем левую руку так, чтобы 4 вытянутых пальца совпадали с направлением тока, магнитные силовые линии входили в ладонь руки, затем в большой палец согнутый на 90 ° покажет направление силы Ампера.

Сила Лоренца

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки: мы помещаем левую руку так, чтобы 4 вытянутых пальца совпадали со скоростью заряда, а магнитные силовые линии входили в ладонь руки, затем большой палец сгибался 90 ° указывает направление силы Лоренца.

Направление силы Лоренца перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы. Отсюда следует, что скорость зарядов перпендикулярна силе. Видно, что отсюда работа нулевая.
Сила Лоренца не может работать и изменять энергию частиц. Действуя с магнитным полем на движущуюся заряженную частицу, нельзя изменить ее энергию. Поскольку исторически принято, что направление положительных токов принимается за направление положительных зарядов, правило левой руки действует только для положительных зарядов. Для отрицательных зарядов необходимо принять направление, противоположное силе Лоренца.

Опыт Буша. Метод магнитного фокуса

Чтобы определить удельный заряд электрона, был проведен ряд экспериментов. Рассмотрим метод магнитной фокусировки, разработанный Бушем. Когда катод K нагревается, электроны имитируются и ускоряются полем анода.

Чем больше напряжение U, тем больше скорость частицы. При выходе из анода, в котором предусмотрено отверстие, частицы проходят сквозь него и собираются в пучке через конденсатор и попадают в поле соленоида под небольшими углами. Частицы будут двигаться в соленоиде (магнитном поле) по спиральной траектории; они преодолевают расстояние за один оборот. Перемещение экрана так, чтобы частицы были сфокусированы на экране, т.е.
где n - угловое число.

Эффект Холла

Эффект Холла - это возникновение в металле (или полупроводнике) с плотностью тока, помещенной в магнитное поле B электрического поля в направлении, перпендикулярном B.
Рассмотрим плоскопараллельную металлическую пластину, пусть плотность течет вдоль одной из граней. В проводнике появляется электрическое поле; эквипотенциальные поверхности 1, 2 будут перпендикулярны граням. Давайте пропустим магнитное поле вдоль смежной грани индукцией B, тогда эквипотенциальные поверхности будут наклонены, разность потенциалов появится на остальных гранях и эффект Холла.

Когда металлическая пластина помещается в магнитное поле, сила Лоренца будет действовать на каждый движущийся электрон, который, в соответствии с правилом левой руки, будет отклонять электроны к верхней грани, где будет определяться избыточный отрицательный заряд и их отсутствие (избыточный положительный заряд) на нижней грани. В результате этого между краями пластины возникает поперечное электрическое поле, направленное вверх. Когда напряженность этого поперечного поля достигает такого значения, что его воздействие на заряды будет уравновешивать силу Лоренца, тогда будет установлено стационарное распределение зарядов в поперечном направлении. Затем
где d - ширина пластины, - поперечная (холловская) разность потенциалов.

Мы принимаем во внимание, что сила тока
где S - площадь поперечного сечения пластины толщиной a, n - концентрация электронов, средняя скорость упорядоченного движения электронов. 
где R - постоянная Холла в зависимости от вещества.
Те. поперечная разность потенциалов Холла прямо пропорциональна магнитной индукции B, току I и обратно пропорциональна толщине пластины a.

Константа Холла зависит от заряда носителей e и концентрации носителей n. Поэтому, измеряя разницу потенциалов Холла в металлах, можно найти концентрацию носителей тока внутри проводника. Знак разности потенциалов Холла зависит от знака заряда носителей. Зная электропроводность металла, можно найти и определить индивидуально концентрацию, знак носителей. Поэтому эффект Холла является наиболее эффективным методом изучения энергетического спектра носителей тока в металлах и полупроводниках.

Заключение

Итак, между движущимися зарядами (и, следовательно, между проводниками с током) существует магнитное взаимодействие, которое передается через магнитное поле. Магнитное поле обнаруживается воздействием на постоянные магниты, в частности магнитные стрелки, а также на рамку с током. Магнитное поле оказывает ориентирующее влияние на магнитную стрелку и рамку с током. Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами (электрическим током), постоянными магнитами, а также изменяющимся электрическим полем. Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции.
Если вы поместите проводник в магнитное поле, то на проводник будет действовать сила, которая называется силой Ампера и определяется по правилу левой руки. Сила, действующая на одну частицу в магнитном поле, называется силой Лоренца и определяется тем же правилом левой руки. Правило левой руки для силы Лоренца справедливо только для положительных зарядов, для отрицательных зарядов необходимо принять направление, противоположное силе Лоренца.

Ускорители заряженных частиц называются устройствами для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов), которые имеют очень высокую кинетическую энергию. Увеличение энергии ускоренных частиц происходит под действием электрического поля ускорителя. В зависимости от типа ускорителя это поле может быть электростатическим, индуктивным или переменным высокочастотным. Соответственно ускорители делятся на электростатические (или высоковольтные), индукционные и резонансные. По форме траектории ускоренных частиц различают линейные и циклические ускорители. В линейных ускорителях пути частиц близки к прямым линиям, а в циклических ускорителях они имеют форму кругов или спиралей.

В ходе этой работы были разработаны демонстрации в программе Flash (название демонстрации: определение направления магнитного поля, правило левой руки, правило левой руки для силы Лоренца, правило буравчик для прямого тока, эффект Холла), чтобы проиллюстрировать эти законы и явления.