Nguvu ya Lorentz. Kanuni za jumla za kifaa

MUHTASARI

Katika mada "Fizikia"
Mada: "Matumizi ya Nguvu ya Lorentz"

Ilikamilishwa na: Mwanafunzi wa kikundi T-10915 Logunova M.V.

Mwalimu Vorontsov B.S.

Kurgan 2016

Utangulizi. 3

1. Matumizi ya nguvu ya Lorentz. 4

.. 4

1. 2 Misa spectrometry. 6

1. 3 MHD jenereta. 7

1. 4 Cyclotron. 8

Hitimisho. kumi na moja

Orodha ya fasihi iliyotumika... 13

Utangulizi

Nguvu ya Lorentz- nguvu ambayo uwanja wa umeme, kulingana na electrodynamics ya classical (yasiyo ya quantum), hufanya juu ya chembe iliyoshtakiwa. Wakati mwingine nguvu ya Lorentz inaitwa nguvu inayofanya kazi kwenye kitu kinachotembea kwa kasi υ malipo q tu kutoka upande wa shamba la sumaku, mara nyingi kwa nguvu kamili - kutoka upande wa uwanja wa umeme kwa ujumla, kwa maneno mengine, kutoka upande wa umeme. E na sumaku B mashamba.

Katika Mfumo wa Kimataifa wa Vitengo (SI) imeonyeshwa kama:

F L = q υ B dhambi α

Imetajwa baada ya mwanafizikia wa Uholanzi Hendrik Lorentz, ambaye alipata usemi wa nguvu hii mnamo 1892. Miaka mitatu kabla ya Lorenz, usemi sahihi ulipatikana na O. Heaviside.

Udhihirisho wa jumla wa nguvu ya Lorentz ni nguvu ya Ampere.

Kwa kutumia nguvu ya Lorentz

Athari inayoletwa na uga wa sumaku kwenye chembe zinazochajiwa zinazosonga hutumiwa sana katika teknolojia.

Maombi kuu ya nguvu ya Lorentz (kwa usahihi zaidi, kesi yake maalum - nguvu ya Ampere) ni mashine za umeme (motors za umeme na jenereta). Nguvu ya Lorentz hutumiwa sana katika vifaa vya elektroniki ili kuathiri chembe zilizochajiwa (elektroni na wakati mwingine ioni), kwa mfano, kwenye runinga. zilizopo za cathode ray, V spectrometry ya wingi Na Jenereta za MHD.

Pia, katika mitambo ya majaribio iliyoundwa kwa ajili ya kutekeleza mmenyuko wa nyuklia unaodhibitiwa, hatua ya uwanja wa magnetic kwenye plasma hutumiwa kuipotosha kwenye kamba ambayo haigusa kuta za chumba cha kufanya kazi. Mwendo wa duara wa chembe zilizochajiwa katika uwanja wa sumaku sare na uhuru wa kipindi cha mwendo huo kutoka kwa kasi ya chembe hutumiwa katika vichapishi vya mzunguko wa chembe zinazochajiwa - cyclotron.

1. 1. Vifaa vya boriti ya elektroni

Vifaa vya boriti ya elektroni (EBDs) ni darasa la vifaa vya elektroniki vya utupu vinavyotumia mtiririko wa elektroni, kujilimbikizia kwa namna ya boriti moja au boriti ya mihimili, ambayo inadhibitiwa kwa ukubwa (sasa) na nafasi katika nafasi, na kuingiliana na. lengo la anga la stationary (skrini) ya kifaa. Sehemu kuu ya matumizi ya ELP ni ubadilishaji wa habari ya macho kuwa ishara za umeme na ubadilishaji wa nyuma wa ishara ya umeme kuwa ishara ya macho - kwa mfano, kuwa picha inayoonekana ya runinga.

Darasa la vifaa vya cathode-ray halijumuishi mirija ya X-ray, seli za picha, viboreshaji picha, vifaa vya kutokwa na gesi (dekatroni) na kupokea na kukuza mirija ya elektroni (tetrodi za boriti, viashiria vya utupu wa umeme, taa zilizo na chafu ya pili, nk.) fomu ya boriti ya mikondo.

Kifaa cha boriti ya elektroni kina angalau sehemu tatu kuu:

· Mwangaza wa kielektroniki (bunduki) huunda boriti ya elektroni (au miale ya miale, kwa mfano, mihimili mitatu kwenye bomba la picha ya rangi) na kudhibiti ukali wake (sasa);

· Mfumo wa kupotoka hudhibiti nafasi ya anga ya boriti (mkengeuko wake kutoka kwa mhimili wa mwangaza);

· Lengo (skrini) la ELP inayopokea hubadilisha nishati ya boriti kuwa mtiririko wa mwanga wa picha inayoonekana; lengo la kutuma au kuhifadhi ELP hukusanya unafuu unaowezekana wa anga, kusomwa na boriti ya elektroni inayochanganua.

Mchele. Kifaa 1 cha CRT

Kanuni za jumla za kifaa.

Utupu wa kina huundwa kwenye silinda ya CRT. Ili kuunda boriti ya elektroni, kifaa kinachoitwa bunduki ya elektroni hutumiwa. Cathode, inapokanzwa na filament, hutoa elektroni. Kwa kubadilisha voltage kwenye electrode ya kudhibiti (modulator), unaweza kubadilisha ukubwa wa boriti ya elektroni na, ipasavyo, mwangaza wa picha. Baada ya kuacha bunduki, elektroni huharakishwa na anode. Ifuatayo, boriti hupita kupitia mfumo wa kupotoka, ambao unaweza kubadilisha mwelekeo wa boriti. CRT za runinga hutumia mfumo wa kukengeusha sumaku kwani hutoa pembe kubwa za kukengeusha. CRT za oscillographic hutumia mfumo wa kukengeusha kielektroniki kwani hutoa utendakazi mkubwa zaidi. Boriti ya elektroni hupiga skrini iliyofunikwa na fosforasi. Ikidumishwa na elektroni, fosforasi inang'aa na sehemu inayosonga kwa kasi ya mwangaza unaobadilika hutengeneza picha kwenye skrini.

1. 2 Misa spectrometry

Mchele. 2

Nguvu ya Lorentz pia hutumiwa katika ala zinazoitwa spectrographs za wingi, ambazo zimeundwa kutenganisha chembe zilizochajiwa kulingana na chaji zao mahususi.

Wingi spectrometry(uchunguzi wa wingi, taswira ya wingi, uchanganuzi wa taswira ya wingi, uchanganuzi wa taswira ya wingi) - njia ya kusoma dutu kulingana na kuamua uwiano wa wingi wa malipo wa ioni unaoundwa na ionization ya vipengele vya sampuli vya riba. Mojawapo ya njia zenye nguvu zaidi za kitambulisho cha ubora wa dutu, ambayo pia inaruhusu uamuzi wa kiasi. Tunaweza kusema kwamba spectrometry ya molekuli ni "uzani" wa molekuli katika sampuli.

Mchoro wa spectrograph rahisi zaidi ya molekuli umeonyeshwa kwenye Mchoro 2.

Katika chumba cha 1, ambacho hewa imepigwa nje, kuna chanzo cha ion 3. Chumba kinawekwa kwenye uwanja wa magnetic sare, katika kila hatua ambayo induction B⃗ B→ ni perpendicular kwa ndege ya kuchora na kuelekezwa kuelekea. sisi (katika Mchoro 1 uwanja huu unaonyeshwa na miduara). Voltage ya kuharakisha hutumiwa kati ya electrodes A na B, chini ya ushawishi ambao ions zinazotolewa kutoka kwa chanzo huharakishwa na kwa kasi fulani huingia kwenye uwanja wa magnetic perpendicular kwa mistari ya induction. Kusonga kwenye uwanja wa sumaku kando ya arc ya mviringo, ions huanguka kwenye sahani ya picha 2, ambayo inafanya uwezekano wa kuamua radius R ya arc hii. Kujua induction ya shamba la sumaku B na kasi υ ya ions, kulingana na formula

malipo maalum ya ions yanaweza kuamua. Na ikiwa malipo ya ion yanajulikana, wingi wake unaweza kuhesabiwa.

Historia ya spectrometry inaanzia kwenye majaribio ya semina ya J. J. Thomson mwanzoni mwa karne ya 20. Mwisho "-metry" kwa jina la njia ilionekana baada ya mabadiliko ya kuenea kutoka kwa kuchunguza chembe za kushtakiwa kwa kutumia sahani za picha kwa vipimo vya umeme vya mikondo ya ion.

Utambuzi wa wingi hutumika sana katika uchanganuzi wa vitu vya kikaboni, kwani hutoa utambulisho wa ujasiri wa molekuli rahisi na ngumu. Mahitaji pekee ya jumla ni kwamba molekuli iwe ionzable. Hata hivyo, kwa sasa imevumbuliwa

Kuna njia nyingi za kuainisha vijenzi vya sampuli hivi kwamba spectrometry ya wingi inaweza kuchukuliwa kuwa njia inayojumuisha karibu yote.

1. 3 MHD jenereta

Jenereta ya Magnetohydrodynamic, jenereta ya MHD ni mmea wa nguvu ambao nishati ya maji ya kufanya kazi (kioevu au gesi ya umeme inayoendesha kati) inayotembea kwenye uwanja wa sumaku inabadilishwa moja kwa moja kuwa nishati ya umeme.

Kanuni ya uendeshaji wa jenereta ya MHD, kama jenereta ya mashine ya kawaida, inategemea hali ya induction ya sumakuumeme, yaani, juu ya kutokea kwa sasa katika kondakta kuvuka mistari ya shamba la sumaku. Tofauti na jenereta za mashine, kondakta katika jenereta ya MHD ni maji ya kazi yenyewe.

Maji ya kufanya kazi husogea kwenye uwanja wa sumaku, na chini ya ushawishi wa uwanja wa sumaku, mtiririko ulioelekezwa kinyume wa wabebaji wa malipo ya ishara tofauti huibuka.

Nguvu ya Lorentz hufanya kazi kwenye chembe iliyochajiwa.

Vyombo vya habari vifuatavyo vinaweza kutumika kama giligili ya kufanya kazi ya jenereta ya MHD:

· elektroliti;

· metali za kioevu;

· plasma (gesi ionized).

Jenereta za kwanza za MHD zilitumia vimiminiko vinavyopitisha umeme (electrolytes) kama giligili inayofanya kazi. Hivi sasa, plasma hutumiwa ambayo flygbolag za malipo ni hasa elektroni za bure na ions chanya. Chini ya ushawishi wa shamba la magnetic, flygbolag za malipo hutoka kwenye trajectory ambayo gesi ingetembea kwa kutokuwepo kwa shamba. Katika kesi hii, katika uwanja wenye nguvu wa sumaku, uwanja wa Ukumbi unaweza kutokea (tazama Athari ya Ukumbi) - uwanja wa umeme unaoundwa kama matokeo ya migongano na uhamishaji wa chembe zilizoshtakiwa kwenye ndege inayolingana na uwanja wa sumaku.

1. 4 Cyclotron

Cyclotroni ni kasi ya mzunguko wa resonant ya chembe zisizo za relativistic zenye kushtakiwa nzito (protoni, ions), ambayo chembe huhamia kwenye uwanja wa magnetic wa mara kwa mara na sare, na uwanja wa umeme wa mzunguko wa juu wa mzunguko wa mara kwa mara hutumiwa kuharakisha yao.

Mchoro wa mzunguko wa cyclotron umeonyeshwa kwenye Mchoro 3. Chembe za kushtakiwa nzito (protoni, ions) huingia kwenye chumba kutoka kwa sindano karibu na katikati ya chumba na huharakishwa na uwanja unaobadilishana wa mzunguko uliowekwa unaotumiwa kwa electrodes ya kuongeza kasi (kuna mbili kati yao na huitwa dees). Chembe zilizo na malipo Ze na molekuli m husogea kwenye uwanja wa sumaku wa mara kwa mara wa kiwango cha B, kinachoelekezwa kwa ndege ya mwendo wa chembe, katika ond ya kufuta. Radi ya R ya trajectory ya chembe yenye kasi v huamuliwa na fomula

ambapo γ = -1/2 ni kipengele cha relativistic.

Katika cyclotron, kwa chembe isiyo ya uhusiano (γ ≈ 1) katika uwanja wa sumaku wa mara kwa mara na sare, radius ya obiti inalingana na kasi (1), na mzunguko wa chembe isiyo ya uhusiano (masafa ya cyclotron hufanya hivyo. haitegemei nishati ya chembe

E = mv 2 /2 = (Ze) 2 B 2 R 2 /(2m) (3)

Katika pengo kati ya dees, chembe huharakishwa na shamba la umeme la pulsed (hakuna shamba la umeme ndani ya mashimo ya chuma). Matokeo yake, nishati na radius ya obiti huongezeka. Kwa kurudia kuongeza kasi kwa uwanja wa umeme katika kila mapinduzi, nishati na radius ya obiti huletwa kwa viwango vya juu vinavyoruhusiwa. Katika kesi hii, chembe hupata kasi v = ZeBR/m na nishati inayolingana:

Katika zamu ya mwisho ya ond, uwanja wa umeme unaogeuka huwashwa, na kusababisha boriti nje. Uthabiti wa uwanja wa sumaku na mzunguko wa uwanja unaoongeza kasi hufanya kuongeza kasi iwezekanavyo. Wakati chembe fulani zinasonga kwenye zamu za nje za ond, zingine ziko katikati ya njia, na zingine zinaanza kusonga mbele.

Ubaya wa cyclotron ni kizuizi cha nguvu zisizo za uhusiano za chembe, kwani hata marekebisho sio makubwa sana ya uhusiano (mkengeuko wa γ kutoka kwa umoja) huvuruga usawazishaji wa kuongeza kasi kwa zamu tofauti na chembe zilizo na nguvu zilizoongezeka sana hazina tena wakati wa kufanya hivyo. kuishia kwenye pengo kati ya dees katika awamu ya uwanja wa umeme unaohitajika kwa kuongeza kasi. Katika cyclotrons za kawaida, protoni zinaweza kuharakishwa hadi 20-25 MeV.

Ili kuharakisha chembe nzito katika hali ya ond kujifungua kwa nguvu makumi ya mara zaidi (hadi 1000 MeV), marekebisho ya kimbunga inayoitwa. isokrononi(relativistic) cyclotron, pamoja na phasotron. Katika cyclotron za isochronous, athari za relativistic hulipwa na ongezeko la radial katika uwanja wa magnetic.

Hitimisho

Maandishi yaliyofichwa

Hitimisho lililoandikwa (la msingi zaidi kwa vifungu vyote vya sehemu ya kwanza - kanuni za operesheni, ufafanuzi)

Orodha ya fasihi iliyotumika

1. Wikipedia [Nyenzo ya kielektroniki]: Nguvu ya Lorentz. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Force

2. Wikipedia [Nyenzo ya kielektroniki]: Jenereta ya Magnetohydrodynamic. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Magnetohydrodynamic_generator

3. Wikipedia [Nyenzo ya kielektroniki]: Vifaa vya boriti ya elektroni. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Electron-beam_devices

4. Wikipedia [Nyenzo ya kielektroniki]: Misa spectrometry. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Mass spectrometry

5. Fizikia ya nyuklia kwenye Mtandao [Nyenzo ya kielektroniki]: Cyclotron. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

6. Kitabu cha kiada cha kielektroniki cha fizikia [Nyenzo ya kielektroniki]: T. Maombi ya kikosi cha Lorentz // URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T. Maombi ya kikosi cha Lorentz

7. Mwanachuo [Nyenzo ya kielektroniki]: Jenereta ya Magnetohydrodynamic // URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/MAGNETOHYDRODYNAMIC

©2015-2019 tovuti
Haki zote ni za waandishi wao. Tovuti hii haidai uandishi, lakini hutoa matumizi bila malipo.
Tarehe ya kuundwa kwa ukurasa: 2017-03-31

Kuhusiana na vidole vingine vyote, katika ndege sawa na mitende.

Fikiria kwamba vidole vinne vya kiganja chako ambavyo umeshikilia pamoja vinaelekeza mwelekeo kasi ya harakati ya malipo, ikiwa ni chanya, au kinyume cha kasi mwelekeo, ikiwa ni malipo.

Nguvu Lorenz inaweza kuwa sawa na sifuri na haina sehemu ya vekta. Hii hutokea wakati trajectory ya chembe chaji ni sambamba na mistari magnetic shamba. Katika kesi hii, chembe ina trajectory ya rectilinear ya mwendo na mara kwa mara. Nguvu Lorenz haiathiri mwendo wa chembe kwa njia yoyote, kwa sababu katika kesi hii haipo kabisa.

Katika hali rahisi, chembe iliyochajiwa ina trajectory ya mwendo perpendicular kwa mistari magnetic field. Kisha nguvu Lorenz huunda kuongeza kasi ya katikati, na kulazimisha chembe iliyochajiwa kusogea kwenye mduara.

Kumbuka

Nguvu ya Lorentz iligunduliwa mnamo 1892 na Hendrik Lorentz, mwanafizikia kutoka Uholanzi. Leo hutumiwa mara nyingi katika vifaa mbalimbali vya umeme, hatua ambayo inategemea trajectory ya kusonga elektroni. Kwa mfano, hizi ni zilizopo za cathode ray katika televisheni na wachunguzi. Kila aina ya vichapuzi vinavyoongeza kasi ya chembe zilizochajiwa hadi kasi kubwa, kwa kutumia nguvu ya Lorentz, huweka njia za mwendo wao.

Ushauri wa manufaa

Kesi maalum ya kikosi cha Lorentz ni nguvu ya Ampere. Mwelekeo wake unahesabiwa kwa kutumia utawala wa kushoto.

Vyanzo:

Nguvu ya Lorentz
Sheria ya nguvu ya Lorentz ya mkono wa kushoto

Ni mantiki kabisa na inaeleweka kuwa kwenye sehemu tofauti za njia kasi ya mwili haina usawa, mahali fulani ni haraka, na mahali pengine polepole. Ili kupima mabadiliko katika kasi ya mwili kwa muda, wazo " kuongeza kasi". Chini kuongeza kasi m inahusu mabadiliko katika kasi ya harakati ya kitu cha mwili kwa muda fulani ambapo mabadiliko ya kasi yalitokea.

Utahitaji

Jua kasi ya mwendo wa kitu katika maeneo tofauti kwa vipindi tofauti vya wakati.

Maagizo

Uamuzi wa kuongeza kasi kwa kuongeza kasi ya sare.
Aina hii ya mwendo ni kwamba kitu huharakisha kwa thamani sawa katika nyakati sawa. Acha wakati mmoja wa harakati T1 harakati zake ziwe v1, na kwa sasa T2 kasi itakuwa v2. Kisha kitu kinaweza kuhesabiwa kwa kutumia formula:
a = (v2-v1)/(t2-t1)

Uingizaji wa sumaku ni wingi wa vekta, na kwa hiyo, pamoja na thamani yake kamili, ina sifa ya mwelekeo. Ili kuipata, unahitaji kupata miti ya sumaku ya kudumu au mwelekeo wa sasa unaozalisha shamba la magnetic.

Utahitaji

- sumaku ya kumbukumbu;
- chanzo cha sasa;
- gimlet ya kulia;
- conductor moja kwa moja;
- coil, zamu ya waya, solenoid.

Maagizo

sumaku induction. Ili kufanya hivyo, pata na pole. Kawaida sumaku ina rangi ya buluu, na ya kusini ni ¬–. Ikiwa nguzo za sumaku hazijulikani, chukua sumaku ya kumbukumbu na ushikilie ncha yake ya kaskazini karibu na haijulikani. Mwisho unaovutiwa na ncha ya kaskazini ya sumaku ya kumbukumbu itakuwa nguzo ya sumaku ambayo induction ya shamba inapimwa. Mistari sumaku induction kuacha ncha ya kaskazini na kuingia pole ya kusini. Vekta katika kila hatua kwenye mstari huenda kwa tangentially katika mwelekeo wa mstari.

Kuamua mwelekeo wa vector sumaku induction kondakta moja kwa moja kubeba sasa. Ya sasa inapita kutoka kwa nguzo chanya ya chanzo hadi pole hasi. Kuchukua gimlet ambayo ni screwed katika wakati kuzungushwa saa, inaitwa moja ya haki. Anza kuifuta kwa mwelekeo ambapo sasa inapita kwenye kondakta. Kuzunguka kwa kushughulikia kutaonyesha mwelekeo wa mistari iliyofungwa ya mviringo sumaku induction. Vekta sumaku induction katika kesi hii itakuwa tangent kwa mduara.

Pata mwelekeo wa uwanja wa sumaku wa coil inayobeba sasa, au. Ili kufanya hivyo, unganisha kondakta kwenye chanzo cha sasa. Chukua gimlet sahihi na uzungushe kushughulikia kwa mwelekeo wa mkondo unaopita kupitia zamu kutoka kwa nguzo nzuri ya chanzo cha sasa hadi hasi. Harakati ya mbele ya fimbo ya gimlet itaonyesha mwelekeo wa mistari ya shamba la sumaku. Kwa mfano, ikiwa kushughulikia kwa gimlet iko kwenye mwelekeo wa sasa wa kinyume cha saa (upande wa kushoto), basi, bila kufuta, huenda hatua kwa hatua kuelekea mwangalizi. Kwa hiyo, mashamba ya magnetic pia yanaelekezwa kwa mwangalizi. Ndani ya zamu, koili au solenoid, mistari ya uga wa sumaku imenyooka na inalingana katika mwelekeo na thamani kamili na vekta. sumaku induction.

Ushauri wa manufaa

Kama gimlet ya mkono wa kulia, unaweza kutumia kizibao cha kawaida kufungua chupa.

Induction hutokea kwa kondakta wakati inavuka mistari ya shamba ikiwa inahamishwa kwenye uwanja wa magnetic. Induction ina sifa ya mwelekeo ambao unaweza kuamua kulingana na sheria zilizowekwa.

Utahitaji

- conductor na sasa katika shamba magnetic;
- gimlet au screw;
- solenoid na sasa katika uwanja wa magnetic;

Maagizo

Ili kujua mwelekeo wa induction, unapaswa kutumia moja ya mambo mawili: sheria ya gimlet au sheria ya mkono wa kulia. Ya kwanza ni hasa kwa waya moja kwa moja inayobeba sasa. Sheria ya mkono wa kulia inatumika kwa coil ya sasa ya kulishwa au solenoid.

Ili kujua mwelekeo wa induction kwa kutumia utawala wa gimlet, tambua polarity ya waya. Ya sasa daima hutiririka kutoka kwenye nguzo chanya hadi kwenye nguzo hasi. Weka gimlet au skrubu kando ya waya inayobeba sasa: ncha ya gimlet inapaswa kuelekeza kwenye nguzo hasi, na mpini kuelekea pole chanya. Anza kuzungusha gimlet au skrubu kana kwamba unaizungusha, yaani, pamoja. Uingizaji unaosababishwa una fomu ya miduara iliyofungwa karibu na waya wa kulishwa kwa sasa. Mwelekeo wa induction utafanana na mwelekeo wa mzunguko wa kushughulikia gimlet au kichwa cha screw.

Sheria ya mkono wa kulia inasema:
Ikiwa unachukua coil au solenoid katika kiganja cha mkono wako wa kulia ili vidole vinne viweke kwenye mwelekeo wa mtiririko wa sasa katika zamu, basi kidole kilichowekwa kwa upande kitaonyesha mwelekeo wa induction.

Kuamua mwelekeo wa induction kwa kutumia mkono wa kulia, ni muhimu kuchukua solenoid au coil kwa sasa ili mitende iko kwenye chanya, na vidole vinne vya mkono viko kwenye mwelekeo wa sasa katika zamu: kidole kidogo ni karibu na chanya, na kidole cha index ni kuelekea. Weka kidole gumba kando (kana kwamba unaonyesha ishara ya ""). Mwelekeo wa kidole gumba utaonyesha mwelekeo wa induction.

Video kwenye mada

Kumbuka

Ikiwa mwelekeo wa sasa katika kondakta umebadilishwa, basi gimlet inapaswa kufutwa, yaani, kuzungushwa kinyume na saa. Mwelekeo wa induction pia utafanana na mwelekeo wa mzunguko wa kushughulikia gimlet.

Ushauri wa manufaa

Unaweza kuamua mwelekeo wa induction kwa kufikiria kiakili mzunguko wa gimlet au screw. Sio lazima uwe nayo mkononi.

Vyanzo:

Uingizaji wa sumakuumeme

Mistari ya induction inaeleweka kama mistari ya uwanja wa sumaku. Ili kupata habari kuhusu aina hii ya jambo, haitoshi kujua thamani kamili ya introduktionsutbildning, unahitaji pia kujua mwelekeo wake. Mwelekeo wa mistari ya induction inaweza kupatikana kwa kutumia vyombo maalum au kutumia sheria.

Utahitaji

- conductor moja kwa moja na mviringo;
- chanzo cha sasa cha moja kwa moja;
- sumaku ya kudumu.

Maagizo

Unganisha kondakta moja kwa moja kwenye chanzo cha DC. Ikiwa sasa inapita ndani yake, ina uwanja wa magnetic, mistari ya nguvu ambayo ni miduara ya kuzingatia. Tambua mwelekeo wa mistari ya shamba kwa kutumia sheria. Gimlet ya mkono wa kulia ni skrubu ambayo husonga mbele inapozungushwa kulia (saa).

Kuamua mwelekeo wa sasa katika kondakta, kutokana na kwamba inapita kutoka pole chanya ya chanzo hadi hasi. Weka fimbo ya screw sambamba na kondakta. Anza kuizunguka ili fimbo ianze kusonga kwa mwelekeo wa sasa. Katika kesi hiyo, mwelekeo wa mzunguko wa kushughulikia utaonyesha mwelekeo wa mistari ya shamba la magnetic.

Pamoja na nguvu ya Ampere, mwingiliano wa Coulomb, na uwanja wa sumakuumeme, dhana ya nguvu ya Lorentz mara nyingi hupatikana katika fizikia. Jambo hili ni moja wapo ya msingi katika uhandisi wa umeme na umeme, pamoja na, na wengine. Inathiri chaji zinazohamia kwenye uwanja wa sumaku. Katika makala hii tutazingatia kwa ufupi na kwa uwazi nguvu ya Lorentz ni nini na inatumika wapi.

Ufafanuzi

Wakati elektroni zinasonga kando ya kondakta, uwanja wa sumaku huonekana karibu nayo. Wakati huo huo, ikiwa utaweka kondakta katika uwanja wa magnetic transverse na kuisonga, emf ya induction ya umeme itatokea. Ikiwa sasa inapita kupitia conductor iko kwenye uwanja wa magnetic, nguvu ya Ampere hufanya juu yake.

Thamani yake inategemea mtiririko wa sasa, urefu wa kondakta, ukubwa wa vector ya induction ya sumaku na sine ya pembe kati ya mistari ya shamba la sumaku na kondakta. Inahesabiwa kwa kutumia formula:

Nguvu inayozingatiwa ni sawa na ile iliyojadiliwa hapo juu, lakini haifanyi kazi kwa kondakta, lakini kwa chembe inayosonga ya chaji kwenye uwanja wa sumaku. Fomula inaonekana kama hii:

Muhimu! Nguvu ya Lorentz (Fl) hufanya juu ya elektroni inayohamia kwenye uwanja wa magnetic, na kwa conductor - Ampere.

Kutoka kwa fomula mbili ni wazi kwamba katika kesi zote za kwanza na za pili, karibu na sine ya alpha ya angle ni digrii 90, athari kubwa zaidi kwa kondakta au malipo na Fa au Fl, kwa mtiririko huo.

Kwa hivyo, nguvu ya Lorentz haiashirii mabadiliko ya kasi, lakini athari ya uwanja wa sumaku kwenye elektroni iliyoshtakiwa au ioni chanya. Inapofunuliwa kwao, Fl haifanyi kazi yoyote. Ipasavyo, ni mwelekeo wa kasi ya chembe iliyoshtakiwa ambayo inabadilika, na sio ukubwa wake.

Kama kitengo cha kipimo cha nguvu ya Lorentz, kama ilivyo kwa nguvu zingine katika fizikia, idadi kama hiyo Newton hutumiwa. Vipengele vyake:

Nguvu ya Lorentz inaelekezwa vipi?

Kuamua mwelekeo wa nguvu ya Lorentz, kama ilivyo kwa nguvu ya Ampere, sheria ya mkono wa kushoto inafanya kazi. Hii ina maana, ili kuelewa ambapo thamani ya Fl inaelekezwa, unahitaji kufungua kitende cha mkono wako wa kushoto ili mistari ya induction ya magnetic iingie mkono wako, na vidole vinne vilivyopanuliwa vinaonyesha mwelekeo wa vector ya kasi. Kisha kidole gumba, kilichoinama kwa pembe ya kulia kwa kiganja, kinaonyesha mwelekeo wa nguvu ya Lorentz. Katika picha hapa chini unaweza kuona jinsi ya kuamua mwelekeo.

Makini! Mwelekeo wa hatua ya Lorentz ni perpendicular kwa mwendo wa chembe na mistari ya induction ya magnetic.

Katika kesi hii, kuwa sahihi zaidi, kwa chembe chaji chanya na hasi mwelekeo wa mambo ya vidole vinne vilivyofunuliwa. Sheria ya mkono wa kushoto iliyoelezwa hapo juu imeundwa kwa chembe chanya. Ikiwa ni kushtakiwa vibaya, basi mistari ya induction ya magnetic inapaswa kuelekezwa si kwa mitende ya wazi, lakini kuelekea nyuma yake, na mwelekeo wa vector Fl itakuwa kinyume chake.

Sasa tutakuambia kwa maneno rahisi ni nini jambo hili linatupa na ni athari gani halisi juu ya mashtaka. Hebu tuchukue kwamba elektroni huenda kwenye ndege perpendicular kwa mwelekeo wa mistari ya induction ya magnetic. Tayari tumetaja kuwa Fl haiathiri kasi, lakini inabadilisha tu mwelekeo wa mwendo wa chembe. Kisha nguvu ya Lorentz itakuwa na athari ya centripetal. Hii inaonekana katika takwimu hapa chini.

Maombi

Kati ya maeneo yote ambapo nguvu ya Lorentz inatumiwa, mojawapo ya makubwa zaidi ni mwendo wa chembe katika uwanja wa sumaku wa dunia. Ikiwa tunazingatia sayari yetu kama sumaku kubwa, basi chembe ambazo ziko karibu na miti ya kaskazini ya sumaku husogea kwa kasi ya ond. Kwa sababu hiyo, zinagongana na atomi kutoka angahewa ya juu, na tunaona miale ya kaskazini.

Hata hivyo, kuna matukio mengine ambapo jambo hili linatumika. Kwa mfano:

Cathode ray zilizopo. Katika mifumo yao ya kupotoka kwa sumakuumeme. CRT zimetumika kwa zaidi ya miaka 50 mfululizo katika vifaa mbalimbali, kuanzia oscilloscope rahisi zaidi hadi televisheni za maumbo na ukubwa mbalimbali. Inashangaza kwamba linapokuja suala la uzazi wa rangi na kufanya kazi na graphics, baadhi bado hutumia wachunguzi wa CRT.
Mashine za umeme - jenereta na motors. Ingawa nguvu ya Ampere ina uwezekano mkubwa wa kuchukua hatua hapa. Lakini idadi hii inaweza kuchukuliwa kuwa karibu. Walakini, hizi ni vifaa ngumu wakati wa operesheni ambayo ushawishi wa matukio mengi ya mwili huzingatiwa.
Katika accelerators ya chembe kushtakiwa ili kuweka obiti zao na maelekezo.

Hitimisho

Hebu tufanye muhtasari na muhtasari wa mambo manne makuu ya makala hii kwa lugha rahisi:

Nguvu ya Lorentz hufanya kazi kwenye chembe zilizochajiwa ambazo husogea kwenye uwanja wa sumaku. Hii inafuatia kutoka kwa formula ya msingi.
Inalingana moja kwa moja na kasi ya chembe iliyoshtakiwa na induction ya sumaku.
Haiathiri kasi ya chembe.
Huathiri mwelekeo wa chembe.

Jukumu lake ni kubwa kabisa katika maeneo ya "umeme". Mtaalamu haipaswi kupoteza maelezo ya msingi ya kinadharia kuhusu sheria za kimsingi za kimwili. Ujuzi huu utakuwa muhimu, na pia kwa wale wanaohusika katika kazi ya kisayansi, kubuni na tu kwa maendeleo ya jumla.

Sasa unajua nguvu ya Lorentz ni nini, ni sawa na jinsi inavyofanya kazi kwenye chembe zilizoshtakiwa. Ikiwa una maswali yoyote, waulize katika maoni chini ya makala!

Nyenzo

Sheria za msingi za Mienendo. Sheria za Newton - kwanza, pili, tatu. Kanuni ya Galileo ya uhusiano. Sheria ya mvuto wa ulimwengu wote. Mvuto. Nguvu za elastic. Uzito. Vikosi vya msuguano - kupumzika, kuteleza, kusonga + msuguano katika vinywaji na gesi.

Kinematics. Dhana za kimsingi. Mwendo wa moja kwa moja wa sare. Mwendo ulioharakishwa kwa usawa. Harakati sare katika mduara. Mfumo wa kumbukumbu. Njia, uhamishaji, njia, usawa wa mwendo, kasi, kuongeza kasi, uhusiano kati ya kasi ya mstari na angular.

Mifumo rahisi. Lever (lever ya aina ya kwanza na lever ya aina ya pili). Zuia (kizuizi kisichobadilika na kizuizi kinachohamishika). Ndege iliyoelekezwa. Vyombo vya habari vya Hydraulic. Kanuni ya dhahabu ya mechanics

Sheria za uhifadhi katika mechanics. Kazi ya mitambo, nguvu, nishati, sheria ya uhifadhi wa kasi, sheria ya uhifadhi wa nishati, usawa wa vitu vikali.

Harakati ya mviringo. Mlinganyo wa mwendo katika mduara. Kasi ya angular. Kawaida = kuongeza kasi ya katikati. Kipindi, mzunguko wa mzunguko (mzunguko). Uhusiano kati ya kasi ya mstari na angular

Mitetemo ya mitambo. Mitetemo ya bure na ya kulazimishwa. Mitetemo ya Harmonic. Mitetemo ya elastic. Pendulum ya hisabati. Mabadiliko ya nishati wakati wa oscillations ya harmonic

Mawimbi ya mitambo. Kasi na urefu wa wimbi. Mlinganyo wa wimbi la kusafiri. Matukio ya wimbi (kutofautiana, kuingiliwa ...)

Mechanics ya maji na aeromechanics. Shinikizo, shinikizo la hydrostatic. Sheria ya Pascal. Equation ya msingi ya hydrostatics. Vyombo vya mawasiliano. Sheria ya Archimedes. Masharti ya meli tel. Mtiririko wa maji. Sheria ya Bernoulli. Fomula ya Torricelli

Fizikia ya molekuli. Masharti ya msingi ya ICT. Dhana za kimsingi na kanuni. Mali ya gesi bora. Mlinganyo wa msingi wa MKT. Halijoto. Mlinganyo wa hali ya gesi bora. Equation ya Mendeleev-Clayperon. Sheria za gesi - isotherm, isobar, isochore

Optics ya wimbi. Nadharia ya chembe-wimbi ya mwanga. Wimbi mali ya mwanga. Mtawanyiko wa mwanga. Kuingiliwa kwa mwanga. Kanuni ya Huygens-Fresnel. Tofauti ya mwanga. Polarization ya mwanga

Thermodynamics. Nishati ya ndani. Kazi. Kiasi cha joto. Matukio ya joto. Sheria ya kwanza ya thermodynamics. Utumiaji wa sheria ya kwanza ya thermodynamics kwa michakato mbalimbali. Mlinganyo wa usawa wa joto. Sheria ya pili ya thermodynamics. Injini za joto

Electrostatics. Dhana za kimsingi. Chaji ya umeme. Sheria ya uhifadhi wa malipo ya umeme. Sheria ya Coulomb. Kanuni ya nafasi ya juu. Nadharia ya vitendo vya masafa mafupi. Uwezo wa uwanja wa umeme. Capacitor.

Mkondo wa umeme wa mara kwa mara. Sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko. Uendeshaji wa DC na nguvu. Sheria ya Joule-Lenz. Sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili. Sheria ya Faraday ya electrolysis. Mzunguko wa umeme - uunganisho wa serial na sambamba. Sheria za Kirchhoff.

Mitetemo ya sumakuumeme. Oscillations ya bure na ya kulazimishwa ya umeme. Mzunguko wa oscillatory. Mbadala wa sasa wa umeme. Capacitor katika mzunguko wa sasa wa kubadilisha. Inductor ("solenoid") katika mzunguko wa sasa wa kubadilisha.

Mawimbi ya sumakuumeme. Dhana ya wimbi la sumakuumeme. Tabia za mawimbi ya umeme. Matukio ya wimbi

Uko hapa sasa: Uga wa sumaku. Vector ya induction ya magnetic. Kanuni ya gimlet. Sheria ya Ampere na nguvu ya Ampere. Nguvu ya Lorentz. Utawala wa mkono wa kushoto. Uingizaji wa sumakuumeme, flux ya sumaku, sheria ya Lenz, sheria ya induction ya sumakuumeme, kujiingiza, nishati ya shamba la sumaku.

Fizikia ya quantum. Nadharia ya Planck. Jambo la athari ya photoelectric. Equation ya Einstein. Picha. Machapisho ya quantum ya Bohr.

Vipengele vya nadharia ya uhusiano. Machapisho ya nadharia ya uhusiano. Uhusiano wa wakati mmoja, umbali, vipindi vya wakati. Sheria ya uhusiano wa kuongeza kasi. Utegemezi wa wingi kwa kasi. Sheria ya msingi ya mienendo ya uhusiano ...

Makosa ya vipimo vya moja kwa moja na visivyo vya moja kwa moja. Kosa kabisa, jamaa. Makosa ya kimfumo na ya nasibu. Mkengeuko wa kawaida (hitilafu). Jedwali la kuamua makosa ya vipimo vya moja kwa moja vya kazi mbalimbali.

Nguvu ya Ampere, kutenda kwa sehemu ya kondakta ya urefu wa Δ l kwa nguvu ya sasa I, iko kwenye uwanja wa sumaku B,

Usemi wa nguvu ya Ampere unaweza kuandikwa kama:

Nguvu hii inaitwa Nguvu ya Lorentz . Pembe α katika usemi huu ni sawa na pembe kati ya kasi na vector ya induction magnetic Mwelekeo wa nguvu ya Lorentz inayofanya kazi kwenye chembe yenye chaji chanya, pamoja na mwelekeo wa nguvu ya Ampere, inaweza kupatikana na utawala wa mkono wa kushoto au kwa kanuni ya gimlet. Msimamo wa jamaa wa vectors, na kwa chembe chaji chanya imeonyeshwa kwenye Mtini. 1.18.1.

Kielelezo 1.18.1.

Nafasi ya jamaa ya vekta, na moduli ya nguvu ya Lorentz ni nambari sawa na eneo la parallelogram iliyojengwa kwenye vekta na kuzidishwa na malipo. q

Nguvu ya Lorentz inaelekezwa perpendicular kwa vectors na

Wakati chembe iliyochajiwa inaposogea kwenye uga wa sumaku, nguvu ya Lorentz haifanyi kazi. Kwa hiyo, ukubwa wa vector kasi haibadilika wakati chembe inakwenda.

Ikiwa chembe iliyochajiwa inasonga katika uwanja wa sumaku sare chini ya ushawishi wa nguvu ya Lorentz, na kasi yake iko kwenye ndege iliyo sawa na vekta, basi chembe itasonga kwenye mduara wa radius.

Kipindi cha mapinduzi ya chembe katika uwanja wa magnetic sare ni sawa na

kuitwa mzunguko wa cyclotron . Mzunguko wa cyclotron hautegemei kasi (na kwa hiyo juu ya nishati ya kinetic) ya chembe. Hali hii inatumika katika cyclotron - accelerators ya chembe nzito (protoni, ions). Mchoro wa mpangilio wa cyclotron unaonyeshwa kwenye Mtini. 1.18.3.

Chumba cha utupu kinawekwa kati ya miti ya sumaku-umeme yenye nguvu, ambayo kuna elektroni mbili kwa namna ya mitungi ya nusu ya chuma mashimo. matendo ) Voltage mbadala ya umeme inatumika kwa dees, ambao mzunguko ni sawa na mzunguko wa cyclotron. Chembe za kushtakiwa huingizwa katikati ya chumba cha utupu. Chembe zinaharakishwa na uwanja wa umeme kwenye pengo kati ya dees. Ndani ya dees, chembe husogea chini ya ushawishi wa nguvu ya Lorentz katika semicircles, radius ambayo huongezeka kadri nishati ya chembe inavyoongezeka. Kila wakati chembe inaruka kupitia pengo kati ya dees, inaharakishwa na uwanja wa umeme. Kwa hivyo, katika cyclotron, kama katika viongeza kasi vingine vyote, chembe iliyochajiwa huharakishwa na uwanja wa umeme na kuwekwa kwenye trajectory yake na uwanja wa sumaku. Cyclotrons hufanya iwezekanavyo kuharakisha protoni kwa nishati ya utaratibu wa 20 MeV.

Sehemu za sumaku za sare hutumiwa katika vifaa vingi na, haswa, katika spectrometers ya molekuli - vifaa ambavyo unaweza kupima wingi wa chembe za kushtakiwa - ioni au nuclei za atomi mbalimbali. Wingi wa spectrometers hutumiwa kwa kujitenga isotopu, yaani, viini vya atomiki vilivyo na chaji sawa, lakini misa tofauti (kwa mfano, 20 Ne na 22 Ne). Kipimo rahisi zaidi cha misa kinaonyeshwa kwenye Mtini. 1.18.4. Ions kutoroka kutoka kwa chanzo S, pitia mashimo kadhaa madogo, na kutengeneza boriti nyembamba. Kisha wanaingia kichaguzi cha kasi , ambamo chembe huingia ndani walivuka homogeneous mashamba ya umeme na magnetic. Shamba la umeme linaundwa kati ya sahani za capacitor gorofa, shamba la magnetic linaundwa katika pengo kati ya miti ya electromagnet. Kasi ya awali ya chembe za kushtakiwa inaelekezwa perpendicular kwa vectors na

Chembe inayotembea katika uwanja wa umeme na sumaku iliyovuka inatekelezwa na nguvu ya umeme na Nguvu ya magnetic Lorentz. Kwa kuzingatia hilo E = υ B nguvu hizi hasa kusawazisha kila mmoja. Ikiwa hali hii itafikiwa, chembe itasonga kwa usawa na kwa usawa na, baada ya kuruka kupitia capacitor, itapita kwenye shimo kwenye skrini. Kwa maadili yaliyopewa ya uwanja wa umeme na sumaku, kiteuzi kitachagua chembe zinazosonga kwa kasi υ = E / B.

Kisha, chembe zilizo na thamani sawa ya kasi huingia kwenye chumba cha spectrometa ya molekuli, ambamo uga sare wa sumaku huundwa.Chembe hizo husogea kwenye chemba hiyo katika ndege iliyo sawa na uga wa sumaku chini ya ushawishi wa nguvu ya Lorentz. Njia za chembe ni miduara ya radii R = mυ / qB". Kupima radii ya trajectories kwa maadili inayojulikana ya υ na B" uhusiano unaweza kuamua q / m. Katika kesi ya isotopu ( q 1 = q 2) spectrometer ya molekuli inakuwezesha kutenganisha chembe na raia tofauti.

Vipimo vya kisasa vya molekuli hufanya iwezekanavyo kupima wingi wa chembe za kushtakiwa kwa usahihi wa juu kuliko 10 -4.

Ikiwa kasi ya chembe ina sehemu kando ya mwelekeo wa shamba la magnetic, basi chembe hiyo itahamia kwenye uwanja wa magnetic sare katika ond. Katika kesi hii, radius ya ond R inategemea moduli ya sehemu ya perpendicular kwa shamba la magnetic υ ┴ ya vector na lami ya ond. uk– kutoka kwa moduli ya sehemu ya longitudinal υ || (Mchoro 1.18.5).

Kwa hivyo, trajectory ya chembe ya kushtakiwa inaonekana upepo karibu na mstari wa induction magnetic. Jambo hili linatumika katika teknolojia kwa insulation ya mafuta ya magnetic ya plasma ya joto la juu, yaani, gesi ya ionized kabisa kwa joto la utaratibu wa 10 6 K. Dutu katika hali hii hupatikana katika mitambo ya aina ya Tokamak wakati wa kujifunza athari za kudhibiti nyuklia. Plasma haipaswi kuwasiliana na kuta za chumba. Insulation ya joto inapatikana kwa kuunda uwanja wa magnetic wa usanidi maalum. Kama mfano katika Mtini. 1.18.6 inaonyesha trajectory ya chembe chaji katika "chupa" ya sumaku(au wamenaswa ).

Jambo kama hilo hutokea katika uwanja wa sumaku wa Dunia, ambao ni ulinzi kwa viumbe vyote kutoka kwa mtiririko wa chembe za kushtakiwa kutoka anga ya nje. Chembe chembe zinazochajiwa haraka kutoka angani (hasa kutoka kwa Jua) "hutekwa" na uga wa sumaku wa Dunia na kuunda kinachoitwa. mikanda ya mionzi (Mchoro 1.18.7), ambamo chembe, kama katika mitego ya sumaku, husogea na kurudi kando ya njia za ond kati ya ncha ya sumaku ya kaskazini na kusini katika nyakati za mpangilio wa sehemu za sekunde. Tu katika mikoa ya polar baadhi ya chembe huvamia anga ya juu, na kusababisha auroras. Mikanda ya mionzi ya Dunia inaenea kutoka umbali wa utaratibu wa kilomita 500 hadi makumi ya radii ya Dunia. Ikumbukwe kwamba pole ya kusini ya sumaku ya Dunia iko karibu na ncha ya kijiografia ya kaskazini (kaskazini magharibi mwa Greenland). Asili ya sumaku ya dunia bado haijasomwa.

Maswali ya kudhibiti

1.Eleza majaribio ya Oersted na Ampere.

2.Chanzo cha uga wa sumaku ni nini?

3. Je, ni nadharia gani ya Ampere inayoelezea kuwepo kwa shamba la magnetic ya sumaku ya kudumu?

4.Ni tofauti gani ya kimsingi kati ya uwanja wa sumaku na ule wa umeme?

5. Tengeneza ufafanuzi wa vector ya induction magnetic.

6. Kwa nini uwanja wa sumaku unaitwa vortex?

7. Tengeneza sheria:

A) Ampere;

B) Bio-Savart-Laplace.

8. Je, ni ukubwa gani wa vector ya induction ya magnetic ya uwanja wa mbele wa sasa?

9. Eleza ufafanuzi wa kitengo cha sasa (ampere) katika Mfumo wa Kimataifa wa Vitengo.

10. Andika fomula inayoonyesha wingi:

A) moduli ya vector ya induction magnetic;

B) Nguvu za Ampere;

B) Vikosi vya Lorentz;

D) kipindi cha mapinduzi ya chembe katika uwanja wa sumaku sare;

D) radius ya curvature ya mduara wakati chembe ya kushtakiwa inakwenda kwenye uwanja wa magnetic;

Mtihani wa kujidhibiti

Ni nini kilizingatiwa katika jaribio la Oersted?

1) Mwingiliano wa conductors mbili sambamba na sasa.

2) Mwingiliano wa sindano mbili za sumaku

3) Zungusha sindano ya sumaku karibu na kondakta wakati sasa inapitishwa ndani yake.

4) Kuonekana kwa sasa ya umeme katika coil wakati sumaku inasukumwa ndani yake.

Kondakta mbili zinazofanana huingilianaje ikiwa zinabeba mikondo kwa mwelekeo mmoja?

Kuvutiwa;

Wanasukuma mbali;

Nguvu na wakati wa nguvu ni sifuri.

Nguvu ni sifuri, lakini wakati wa nguvu sio sifuri.

Ni fomula gani huamua usemi wa moduli ya nguvu ya Ampere?

Ni fomula gani huamua usemi wa moduli ya nguvu ya Lorentz?

NDANI)

N 0.6; 2) 1 N; 3) 1.4 N; 4) 2.4 N.

1) T 0.5; 2) T 1; 3) T 2; 4) 0.8 T .

Elektroni yenye kasi ya V huruka kwenye uwanja wa sumaku na moduli ya induction B perpendicular kwa mistari ya sumaku. Ni usemi gani unaolingana na radius ya obiti ya elektroni?

Jibu: 1)
2)

4)

8. Je, kipindi cha mapinduzi ya chembe iliyochajiwa kwenye kimbunga kitabadilikaje wakati kasi yake imeongezeka maradufu? (V<< c).

1) Kuongezeka kwa mara 2; 2) Kuongezeka kwa mara 2;

3) Kuongezeka kwa mara 16; 4) Haitabadilika.

9. Ni fomula gani huamua moduli ya induction ya uwanja wa sumaku iliyoundwa katikati ya mkondo wa mviringo na radius ya mduara R?

1)
2)
3)
4)

10. Nguvu ya sasa katika coil ni sawa na I. Ambayo formula huamua moduli ya introduktionsutbildning shamba magnetic katikati ya coil ya urefu l na idadi ya zamu N?

1)
2)
3)
4)

Kazi ya maabara No.

Uamuzi wa sehemu ya usawa ya induction ya uwanja wa sumaku wa Dunia.

Nadharia fupi ya kazi ya maabara.

Sehemu ya sumaku ni nyenzo inayopitisha kinachojulikana kama mwingiliano wa sumaku. Sehemu ya sumaku ni moja ya aina za udhihirisho wa uwanja wa sumakuumeme.

Vyanzo vya mashamba ya sumaku ni chaji za umeme zinazosonga, waendeshaji wanaobeba sasa na mashamba ya umeme yanayobadilishana. Imezalishwa na malipo ya kusonga (mikondo), shamba la magnetic, kwa upande wake, hufanya tu kwa malipo ya kusonga (mikondo), lakini haina athari kwa malipo ya stationary.

Tabia kuu ya uwanja wa sumaku ni vector ya induction ya sumaku :

Ukubwa wa vector ya induction ya sumaku ni nambari sawa na nguvu ya juu inayofanya kazi kutoka kwa shamba la sumaku kwenye kondakta wa urefu wa kitengo kupitia ambayo nguvu ya kitengo inapita. Vekta huunda sehemu tatu za mkono wa kulia na vekta ya nguvu na mwelekeo wa sasa. Kwa hivyo, induction ya sumaku ni tabia ya nguvu ya uwanja wa sumaku.

Kitengo cha SI cha induction ya sumaku ni Tesla (T).

Mistari ya shamba la magnetic ni mistari ya kufikiria, katika kila hatua ambayo tangents inafanana na mwelekeo wa vector ya induction ya magnetic. Mistari ya sumaku ya nguvu hufungwa kila wakati na haiingiliani kamwe.

Sheria ya Ampere huamua hatua ya nguvu ya shamba la sumaku kwenye kondakta anayebeba sasa.

Ikiwa katika uwanja wa magnetic na induction conductor sasa-kubeba ni kuwekwa, basi kila kipengele sasa-kuelekezwa conductor inachukuliwa na nguvu ya Ampere, imedhamiriwa na uhusiano

Mwelekeo wa nguvu ya Ampere unafanana na mwelekeo wa bidhaa ya vector
, hizo. ni perpendicular kwa ndege ambayo vectors uongo Na (Mchoro 1).

Mchele. 1. Kuamua mwelekeo wa nguvu ya Ampere

Kama perpendicular , basi mwelekeo wa nguvu ya Ampere unaweza kuamua na utawala wa mkono wa kushoto: moja kwa moja vidole vinne vilivyopanuliwa kando ya sasa, weka mitende perpendicular kwa mistari ya nguvu, kisha kidole kitaonyesha mwelekeo wa nguvu ya Ampere. Sheria ya Ampere ni msingi wa ufafanuzi wa induction magnetic, i.e. uhusiano (1) hufuata kutoka kwa fomula (2), iliyoandikwa kwa umbo la scalar.

Nguvu ya Lorentz ni nguvu ambayo uga wa sumakuumeme hutenda kazi kwenye chembe iliyochajiwa inayosonga katika uwanja huu. Fomula ya nguvu ya Lorentz ilipatikana kwanza na G. Lorentz kama matokeo ya ujanibishaji wa uzoefu na ina fomu hii:

Wapi
- kulazimisha kutenda kwenye chembe iliyochajiwa kwenye uwanja wa umeme kwa nguvu ;
– lazimisha kutenda kwenye chembe iliyochajiwa katika uga wa sumaku.

Fomu ya sehemu ya magnetic ya nguvu ya Lorentz inaweza kupatikana kutoka kwa sheria ya Ampere, kwa kuzingatia kwamba sasa ni harakati iliyoamuru ya malipo ya umeme. Ikiwa uwanja wa sumaku haukufanya kazi kwa malipo ya kusonga, haitakuwa na athari yoyote kwa kondakta anayebeba sasa. Sehemu ya sumaku ya nguvu ya Lorentz imedhamiriwa na usemi:

Nguvu hii inaelekezwa perpendicular kwa ndege ambayo vectors kasi uongo na induction ya uwanja wa sumaku ; mwelekeo wake unafanana na mwelekeo wa bidhaa ya vector
Kwa q > 0 na kwa mwelekeo
Kwa q>0 (Mchoro 2).

Mchele. 2. Kuamua mwelekeo wa sehemu ya magnetic ya nguvu ya Lorentz

Ikiwa vector perpendicular kwa vector , basi mwelekeo wa sehemu ya sumaku ya nguvu ya Lorentz kwa chembe chaji chanya inaweza kupatikana kwa kutumia sheria ya mkono wa kushoto, na kwa chembe za kushtakiwa vibaya kwa kutumia sheria ya kulia. Kwa kuwa sehemu ya sumaku ya nguvu ya Lorentz daima inaelekezwa perpendicular kwa kasi , basi haifanyi kazi yoyote kusongesha chembe. Inaweza tu kubadilisha mwelekeo wa kasi , bend trajectory ya chembe, i.e. fanya kama nguvu ya kati.

Sheria ya Biot-Savart-Laplace inatumika kukokotoa sehemu za sumaku (ufafanuzi ) iliyoundwa na waendeshaji wanaobeba sasa.

Kulingana na sheria ya Biot-Savart-Laplace, kila kipengele kinachoelekezwa sasa cha kondakta huunda kwa hatua kwa mbali kutoka kwa kipengele hiki, uwanja wa sumaku, induction ambayo imedhamiriwa na uhusiano:

Wapi
H / m - mara kwa mara ya magnetic; µ - upenyezaji wa sumaku wa kati.

Mchele. 3. Kuelekea sheria ya Biot-Savart-Laplace

Mwelekeo
sanjari na mwelekeo wa bidhaa ya vector
, i.e.
perpendicular kwa ndege ambayo vectors uongo Na . Wakati huo huo
ni tangent kwa mstari wa nguvu, mwelekeo ambao unaweza kuamua na utawala wa gimlet: ikiwa harakati ya kutafsiri ya ncha ya gimlet inaelekezwa kando ya sasa, basi mwelekeo wa mzunguko wa kushughulikia utaamua mwelekeo wa mstari wa shamba la magnetic (Mchoro 3).

Ili kupata uwanja wa sumaku iliyoundwa na kondakta mzima, unahitaji kutumia kanuni ya uboreshaji wa shamba:

Kwa mfano, hebu tuhesabu induction ya magnetic katikati ya sasa ya mviringo (Mchoro 4).

Mchele. 4. Kuelekea hesabu ya shamba katikati ya mzunguko wa mzunguko

Kwa mzunguko wa sasa
Na
, kwa hivyo uhusiano (5) katika fomu ya scalar una fomu:

Sheria ya jumla ya sasa (nadharia ya mzunguko wa induction ya sumaku) ni sheria nyingine ya kuhesabu sehemu za sumaku.

Jumla ya sheria ya sasa ya uwanja wa sumaku katika utupu ina fomu:

Wapi B l – makadirio kwa kipengele cha kondakta , iliyoelekezwa kando ya mkondo.

Mzunguko wa vector ya induction ya magnetic pamoja na mzunguko wowote uliofungwa ni sawa na bidhaa ya mara kwa mara ya magnetic na jumla ya algebraic ya mikondo iliyofunikwa na mzunguko huu.

Nadharia ya Ostrogradsky-Gauss ya uwanja wa sumaku ni kama ifuatavyo.

Wapi B n – makadirio ya vekta kwa kawaida kwa tovuti dS.

Flux ya vector ya induction ya sumaku kupitia uso uliofungwa kiholela ni sifuri.

Asili ya uwanja wa sumaku hufuata kutoka kwa fomula (9), (10).

Hali ya uwezekano wa uwanja wa umeme ni kwamba mzunguko wa vekta ya nguvu ni sawa na sifuri.
.

Sehemu ya umeme inayowezekana inazalishwa na chaji za umeme zilizosimama; Mistari ya shamba haijafungwa, huanza kwa malipo mazuri na kuishia kwa hasi.

Kutoka kwa formula (9) tunaona kwamba katika uwanja wa magnetic mzunguko wa vector ya induction magnetic ni tofauti na sifuri, kwa hiyo, shamba la magnetic sio uwezo.

Kutoka kwa uhusiano (10) inafuata kwamba malipo ya sumaku yenye uwezo wa kuunda uwanja unaowezekana wa sumaku haipo. (Katika umemetuamo, nadharia kama hiyo inavuta moshi katika fomu
.

Mistari ya sumaku ya nguvu hujifunga yenyewe. Shamba kama hilo linaitwa shamba la vortex. Kwa hivyo, uwanja wa sumaku ni uwanja wa vortex. Mwelekeo wa mistari ya shamba imedhamiriwa na sheria ya gimlet. Katika kondakta moja kwa moja, isiyo na kikomo inayobeba sasa, mistari ya nguvu ina fomu ya miduara ya kuzingatia inayozunguka kondakta (Mchoro 3).