Vo fyzike pre ročník 11 (Kasyanov V.A., 2002),
úloha №32
do kapitoly" Magnetizmus. Magnetické pole. HLAVNÉ USTANOVENIA».
Vektor magnetickej indukcie
Elektrický prúd má magnetický účinok, takže pohybom nábojov vzniká magnetické pole.
Vektor magnetickej indukcie- vektorová fyzikálna veličina, ktorej smer sa v danom bode zhoduje so smerom naznačeným v tomto bode severným pólom voľnej magnetickej strelky.
Modul vektora magnetickej indukcie- fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru maximálnej sily pôsobiacej z magnetického poľa na segment vodiča s prúdom k súčinu sily prúdu a dĺžky segmentu vodiča:
Jednotkou magnetickej indukcie je tesla (1 T).
Gimletovo pravidlo pre jednosmerný prúd: ak zaskrutkujete gimlet v smere prúdu vo vodiči, potom sa smer rýchlosti pohybu konca jeho rukoväte zhoduje so smerom vektora magnetickej indukcie v tomto bode.
Pravidlo pravej ruky pre jednosmerný prúd: ak zakryjete vodič pravou rukou a nasmerujete ohnutý palec pozdĺž prúdu, konce zostávajúcich prstov v tomto bode ukážu smer indukčného vektora v tomto bode.
Princíp superpozície magnetických polí: výsledná magnetická indukcia v danom bode je súčtom vektorov magnetickej indukcie vytvorených rôznymi prúdmi v tomto bode:
Gimletovo pravidlo pre cievku s prúdom (prúd slučky): ak otočíte rukoväťou vinutia v smere prúdu v cievke, potom sa translačný pohyb prívesku zhoduje so smerom vektora magnetickej indukcie vytváraného prúdom v cievke na jej osi.
Čiary magnetickej indukcie- priamky, dotyčnice, ktoré sa v každom bode zhodujú so smerom vektora magnetickej indukcie. Čiary magnetickej indukcie sú vždy uzavreté: nemajú začiatok ani koniec. Magnetické pole - vírové pole, t.j. pole s uzavretými čiarami magnetickej indukcie
Magnetický tok (tok magnetickej indukcie) cez povrch určitej oblasti - fyzikálne množstvo rovnajúce sa skalárnemu súčinu vektora magnetickej indukcie a vektora oblasti:
Jednotkou magnetického toku je weber (1 Wb) 1 Wb \u003d 1 Tl.m 2.
Amperov zákon: sila, ktorou magnetické pole pôsobí na segment vodiča s prúdom v ňom umiestnený, sa rovná súčinu sily prúdu, magnetickej indukcie, dĺžky segmentu vodiča a sínusu uhla medzi smermi prúdu a vektor magnetickej indukcie:
V rovnomernom magnetickom poli má uzavretý obvod tendenciu usadzovať sa tak, že smer jeho vlastnej indukcie sa zhoduje so smerom vonkajšej indukcie.
Lorentzova sila- sila pôsobiaca na nabitú časticu pohybujúcu sa rýchlosťou v zo strany magnetického poľa B:
kde q je náboj častice a je uhol medzi rýchlosťou častice a indukciou magnetického poľa.
Smer Lorentzovej sily určuje pravidlo ľavej ruky: ak je ľavá ruka umiestnená tak, že štyri vystreté prsty ukazujú smer rýchlosti kladného náboja (alebo opačný k rýchlosti záporného náboja) a vektor magnetickej indukcie vstupuje do dlane, potom je palec ohnutý (v rovine dlane) o 90° ukáže smer sily pôsobiacej na daný náboj.
Nabitá častica letiaca do rovnomerného magnetického poľa rovnobežného s čiarami magnetickej indukcie sa pohybuje rovnomerne pozdĺž týchto čiar. Nabitá častica letiaca do rovnomerného magnetického poľa v rovine kolmej na čiary magnetickej indukcie sa v tejto rovine pohybuje po kruhu. Paralelne umiestnené vodiče, ktorými prúdi prúdy v jednom smere, sa priťahujú a v opačných smeroch sa odpudzujú. Magnetické polia vytvorené prúdmi I 1, I 2, pretekajúcimi cez nekonečne dlhé paralelné vodiče umiestnené vo vzdialenosti r od seba, vedú k vzniku interakčnej sily na každom segmente vodičov s dĺžkou Δl.
kde k m - koeficient proporcionality, k m \u003d 2 10 -7 N / A 2
Jednotkou intenzity prúdu je ampér (1 A) Sila jednosmerného prúdu je 1 A, ak prúd pretekajúci cez dva paralelné vodiče nekonečnej dĺžky a zanedbateľného kruhového prierezu umiestnené vo vákuu vo vzdialenosti 1 m od seba. , spôsobuje na segmente vodiča s dĺžkou 1 m interakčnú silu rovnajúcu sa 2 10 -7 N
Indukcia magnetického poľa klesá so zväčšujúcou sa vzdialenosťou od vodiča s prúdom Interakcia vodičov s prúdom je dôsledkom magnetickej interakcie pohybujúcich sa nábojov vo vodičoch Pod vplyvom magnetickej sily dochádza k paralelnému pohybu opačných nábojov v opačných smeroch. priťahujú a odpudzujú ako náboje.
Slučková indukčnosť(alebo koeficient samoindukcie) - fyzikálna veličina rovnajúca sa koeficientu úmernosti medzi magnetickým tokom cez oblasť ohraničenú obvodom vodiča a intenzitou prúdu v obvode. Jednotkou indukčnosti je henry (1 H)
Energia magnetického poľa, vytvorený pri toku prúdu I vodičom s indukčnosťou L, sa rovná
Magnetická permeabilita média- fyzikálna veličina ukazujúca, koľkokrát sa líši indukcia magnetického poľa v homogénnom prostredí od magnetickej indukcie vonkajšieho (magnetizujúceho) poľa vo vákuu.
Diamagnety, paramagnety, feromagnety- hlavné triedy látok s výrazne odlišnými magnetickými vlastnosťami
Diamagnetické - látka, v ktorej je vonkajšie magnetické pole mierne oslabené (μ<= 1)
Paramagnetické látka, v ktorej je vonkajšie magnetické pole mierne zvýšené (μ >= 1)
Feromagnetické- látka, v ktorej je vonkajšie magnetické pole výrazne zosilnené (μ >> 1)
Magnetizačná krivka- závislosť vlastnej magnetickej indukcie od indukcie vonkajšieho magnetického poľa
Donucovacia sila je magnetická indukcia vonkajšieho poľa potrebná na demagnetizáciu vzorky
Magneticky tvrdé feromagnety- feromagnety s vysokou zvyškovou magnetizáciou Magneticky mäkké feromagnety- feromagnety s nízkou zvyškovou magnetizáciou Hysterézna slučka- uzavretá krivka magnetizácie a demagnetizácie feromagnetika Curieova teplota- kritická teplota, nad ktorou dochádza k prechodu látky z feromagnetického stavu do paramagnetického stavu
Pre tých, ktorí neboli dobrí vo fyzike v škole, je pravidlo gimlet aj dnes skutočnou „terra incognita“. Najmä ak sa pokúsite nájsť definíciu známeho zákona na webe: vyhľadávače vám okamžite poskytnú množstvo zložitých vedeckých vysvetlení so zložitými schémami. Je však celkom možné stručne a jasne vysvetliť, z čoho pozostáva.
Aké je pravidlo gimletu
Gimlet - nástroj na vŕtanie otvorov
Znie to takto: v prípadoch, keď sa smer rúčky zhoduje so smerom prúdu vo vodiči pri translačných pohyboch, potom bude smer otáčania rúčky tiež identický s ňou.
Hľadá sa smer
Aby ste na to prišli, stále si musíte pamätať školské hodiny. Na nich nám učitelia fyziky povedali, že elektrický prúd je pohyb elementárnych častíc, ktoré zároveň nesú svoj náboj po vodivom materiáli. Vďaka zdroju je pohyb častíc vo vodiči usmernený. Pohyb, ako viete, je život, a preto okolo vodiča nie je nič iné ako magnetické pole, ktoré sa tiež otáča. Ale ako?
Práve toto pravidlo dáva odpoveď (bez použitia akýchkoľvek špeciálnych nástrojov) a výsledok sa ukazuje ako veľmi cenný, pretože v závislosti od smeru magnetického poľa začne niekoľko vodičov pôsobiť podľa úplne odlišných scenárov: buď sa navzájom odpudzujú, alebo sa naopak ponáhľajú.
Použitie
Najjednoduchší spôsob, ako určiť dráhu pohybu magnetických siločiar, je použiť pravidlo gimlet
Môžete si to predstaviť takto - na príklade vlastnej pravej ruky a najbežnejšieho drôtu. Vložíme drôt do ruky. Pevne zovrite štyri prsty v päsť. Palec ukazuje hore, ako gesto, ktorým dávame najavo, že sa nám niečo páči. V tomto „rozložení“ bude palec jasne indikovať smer prúdu, zatiaľ čo ďalšie štyri indikujú dráhu magnetických siločiar.
Pravidlo je celkom použiteľné v živote. Fyzici ho potrebujú na to, aby určili smer magnetického poľa prúdu, vypočítali mechanickú rotáciu rýchlosti, vektor magnetickej indukcie a moment síl.
Mimochodom, o tom, že pravidlo je použiteľné na rôzne situácie, svedčí aj to, že existuje viacero jeho výkladov naraz – v závislosti od každého konkrétneho posudzovaného prípadu.
Inštrukcia
Prečítajte si v učebnici pre ôsmy ročník, ako znejú pravidlá správnej skrutky. Toto pravidlo sa tiež nazýva gimletové pravidlo alebo pravidlo pravej ruky, čo naznačuje jeho sémantickú povahu. Jedna z formulácií pravidla pravej skrutky teda hovorí, že aby sme pochopili, ako je nasmerované magnetické pole umiestnené okolo vodiča s prúdom, je potrebné si predstaviť, že translačný pohyb rotujúcej skrutky sa zhoduje so smerom prúd vo vodiči. Smer otáčania hlavy skrutky by v tomto prípade mal udávať smer magnetického poľa priameho vodiča s prúdom.
Upozorňujeme, že znenie a pochopenie tohto pravidla bude jasnejšie, ak si namiesto skrutky predstavíme gimlet. Potom sa za smer magnetického poľa berie smer otáčania rukoväte.
Pamätajte na solenoid. Ako viete, je to induktor navinutý na magnetickom jadre. Cievka je pripojená k zdroju prúdu, v dôsledku čoho sa v nej vytvára rovnomerné magnetické pole určitého smeru.
Nakreslite solenoid schematicky na kus papiera zo strany jeho konca. V skutočnosti získate obraz kruhu. Označte na kruhu predstavujúcom závity cievky smer prúdu vo vodiči vo forme šípky (v smere hodinových ručičiek). Teraz zostáva pochopiť v smere prúdu, kam smerujú čiary magnetického poľa. V tomto prípade môžu byť nasmerované buď od vás, alebo smerom k vám.
Predstavte si, že uťahujete nejakú skrutku alebo skrutku a otáčate ňou v smere toku prúdu v elektromagnete. Translačný pohyb skrutky ukazuje smer magnetického poľa vo vnútri solenoidu. Ak je smer prúdu v smere hodinových ručičiek, potom je vektor magnetického poľa nasmerovaný preč od vás.
Ak vám nevyhovuje aplikovanie abstraktných pravidiel pomocou rúčky alebo skrutky v každom probléme, použite pri formulácii pravidla pravej ruky správne skrutkovacie pravidlo. Fungovanie tohto pravidla je rovnaké, líši sa len spôsob určenia smeru indukcie magnetického poľa alebo prúdu v cievke.
Znovu nakreslite koniec solenoidu. Ukážte smer prúdu v cievke (proti smeru hodinových ručičiek). Pravý okraj pravej ruky priložíme k nakreslenému kruhu tak, aby malíček bol v kontakte s kruhom a štyri prsty smerovali na smer prúdu vo vodičoch. Posuňte palec von o 90 stupňov tak, aby smeroval k vám a zodpovedal smeru magnetického poľa v solenoide.
Pomocou gimletovho pravidla sa určujú smery magnetických čiar (nazývajú sa aj magnetické indukčné čiary) okolo vodiča s prúdom.
Gimletovo pravidlo: Definícia
Samotné pravidlo znie takto: keď sa smer pohybu vpredu zhoduje so smerom prúdu v skúmanom vodiči, smer otáčania rukoväte tohto krúžku je rovnaký ako smer magnetického poľa vodidla. prúd.
Hovorí sa mu aj pravidlo pravej ruky a v tomto kontexte je definícia oveľa jasnejšia. Ak pravou rukou chytíte drôt tak, že štyri prsty zovriete v päsť a palec smeruje nahor (teda, ako zvyčajne rukou ukazujeme „triedu!“), palec naznačí, ktorým smerom prúd sa pohybuje a ostatné štyri prsty smer magnetických siločiar
Záves je skrutka s pravým závitom. Sú štandardom v technológii, pretože predstavujú prevažnú väčšinu. Mimochodom, rovnaké pravidlo by sa dalo sformulovať aj na príklade pohybu hodinovej ručičky, pretože pravotočivá skrutka je v tomto smere skrútená.
Aplikácia pravidla gimlet
Vo fyzike sa gimletovo pravidlo používa nielen na určenie smeru magnetického poľa prúdu. Takže napríklad platí aj pre výpočet smeru axiálnych vektorov, vektora uhlovej rýchlosti, vektora magnetickej indukcie B, smeru indukčného prúdu so známym vektorom magnetickej indukcie a mnoho ďalších možností. Ale pre každý takýto prípad má pravidlo svoju formuláciu.
Napríklad na výpočet vektora súčinu sa hovorí: ak nakreslíte vektory tak, aby sa na začiatku zhodovali, a presuniete vektor prvého faktora do vektora druhého faktora, potom sa gimlet pohybujúci sa rovnakým spôsobom zaskrutkuje. smer vektora súčinu.
Alebo takto bude znieť gimletové pravidlo pre mechanickú rotáciu otáčok: ak otočíte skrutkou v rovnakom smere, akým sa otáča telo, bude sa skrutkovať v smere uhlovej rýchlosti.
Takto vyzerá opaskové pravidlo pre moment síl: keď sa skrutka otáča v tom istom smere, v akom sily otáčajú teleso, opasok sa zaskrutkuje v smere smeru týchto síl.
Na zistenie trajektórie rotácie magnetického poľa umiestneného v blízkosti vodiča s jednosmerným prúdom sa používa pravidlo gimlet (vývrtka). V literatúre je známe aj ako pravidlo pravej ruky. Vo vedeckej komunite sa rozlišuje aj pravidlo ľavej ruky.
V kontakte s
Aplikácia pravidla gimlet
Dané hovorí pravidlo: ak, keď sa toto zariadenie pohybuje dopredu, trajektória prúdu vo vodiči sa s ním zhoduje, potom je trajektória rotácie základne zariadenia komplementárna k trajektórii magnetického obvodu.
Na určenie trajektórie rotácie magnetického obvodu na prezentovanom grafickom obrázku potrebujete poznať niekoľko funkcií.
Často v problémoch vo fyzike je naopak potrebné určiť aktuálna cesta. Na tento účel je daný smer otáčania kruhov magnetického poľa. Rukoväť gimletu sa začne otáčať v smere uvedenom v podmienkach. Ak sa gimlet pohybuje v smere dopredu, potom je prúd nasmerovaný v smere pohybu, ale ak je nasmerovaný v opačnom smere, prúd sa pohybuje zodpovedajúcim spôsobom.
Na určenie trajektórie prúdu v prípade znázornenom na druhom obrázku môžete použiť aj pravidlo vývrtky. Za týmto účelom otočte rukoväť gimletu v smere vyznačenom na obrázku obrysu magnetického poľa. Ak sa pohybuje progresívne, bude sa vzďaľovať od pozorovateľa, ak, naopak, iba smerom k pozorovateľovi.
Dôležité! Ak je naznačená trajektória pohybu toku, potom je možné určiť trajektóriu rotácie vedenia magnetického obvodu otáčaním rukoväte gimletu.
Označuje sa s bodky alebo krížiky. Bodka znamená smerom k pozorovateľovi, krížik naopak. Je ľahké si tento prípad zapamätať pomocou takzvaného pravidla „šípky“, ak hrot „vyzerá“, ale do tváre, potom trajektória aktuálneho pohybu smerom k pozorovateľovi, ale ak „pozerá“ chvost šípu v tvári“, potom sa vzdiali od pozorovateľa.
Stačí aj pravidlo gimletu aj pravidlo pravej ruky jednoduchá aplikácia na praxi. Aby ste to dosiahli, musíte kefu príslušnej ruky umiestniť tak, aby napájací obvod magnetického poľa smeroval na prednú stranu, po ktorej musí palec, braný kolmo, smerovať na stranu prúdu. pohybu, respektíve zostávajúce narovnané prsty budú ukazovať na trajektóriu magnetického obvodu.
Rozlišovať výnimočné prípady na výpočet použite pravidlo pravej ruky:
- Maxwellove rovnice;
- moment sily;
- uhlová rýchlosť;
- moment impulzu;
- magnetická indukcia;
- prúd v drôte pohybujúcom sa magnetickým poľom.
pravidlo ľavej ruky
Pravidlom tejto ruky je možné vypočítať smer sily vplyvu magnetického obvodu na nabité elementárne zložky atómu. plus a mínus polarita.
Je tiež možné určiť smer prúdu, ak sú k dispozícii informácie o trajektóriách rotácie magnetického obvodu a pôsobení na vodič. Smer magnetického obvodu je tiež určený, ak je známa trajektória pohybu sily a prúdu. Môžete zistiť znamenie náboja nestatickej častice.
Toto pravidlo je nasledovné: umiestnením prednej časti ruky zodpovedajúcej ruky tak, aby pomyselný obrys magnetického poľa smeroval do nej v pravom uhle a prsty, s výnimkou palca, smerovali do smer toku prúdu, pomocou kolmo stiahnutého palca určíte trajektóriu sily pôsobiacej na tento drôt. Sila pôsobiaca na vodič sa nazýva Marie Ampere, objavil v roku 1820.
Ampérová sila: Možnosti výpočtu
Pred formulovaním tohto množstva je potrebné pochopiť, čo je pojem „sila“ vo fyzike. Vo fyzike sa nazýva veličina, čo je miera vplyvu všetkých okolitých telies na posudzovanom objekte. Zvyčajne sa akákoľvek sila označuje anglickým písmenom F, z latinského fortis, čo znamená silný.
Vypočíta sa elementárna sila ampérov podľa vzorca:
kde dl je časť dĺžky vodiča, B je magnetický obvod, I je sila prúdu.
Ampérová sila sa tiež vypočíta podľa:
kde J je smer prúdovej hustoty, dv je objemový prvok vodiča.
Vzorec na výpočet ampérového silového modulu podľa literatúry znie takto: tento indikátor priamo závisí od sily prúdu, dĺžky vodiča, sínusu vytvoreného medzi týmto vektorom a samotným uhlovým vodičom a veľkosti hodnota vektora magnetického obvodu v module. Nazýva sa ampérový silový modul. Vzorec tohto zákona je matematicky zostavený takto:
kde B je indukčný modul magnetického obvodu, I je sila prúdu, l je dĺžka vodiča, α je vytvorený uhol. Maximálna hodnota bude na ich kolmom priesečníku.
Index merané v Newtonoch x (symbol - H) príp
Je to vektorová veličina a závisí od vektora indukcie a prúdu.
Existujú aj iné vzorce na výpočet ampérovej sily. Ale v praxi sú zriedka potrebné a ťažko pochopiteľné.
Súčasná sila
- Ohmov zákon pre celý úsek reťazca a jeho časť;
- pomer napätia a súčtu odporov;
- pomer výkonu a napätia.
Najpopulárnejší je pomer množstva náboja prejdeného za jednotku času cez určitý povrch k veľkosti tohto intervalu. Graficky vzorec vyzerá nasledujúcim spôsobom:
Ak chcete nájsť tento indikátor, môžete použiť Ohmov zákon pre reťazovú časť. Znie takto: hodnota tohto indikátora sa rovná pomeru aplikovaného napätia k odporu v meranej časti obvodu. Vzorec tohto zákona je napísaný takto:
Môžete to určiť aj použitím vzorca Ohmovho zákona pre kompletnú reťaz. Znie to takto: táto hodnota je pomer použitého napätia v obvode a súčtu vnútorného odporu zdroja energie a celého odporu v obvode. Vzorec vyzerá takto:
Dôležité! Aplikácia každého konkrétneho vzorca závisí od dostupných údajov.
Podľa schváleného MCE sa meria sila prúdu v ampéroch a má označenie A (na počesť vedca, ktorý ho objavil). Toto však nie je jediný spôsob, ako určiť toto množstvo. Okrem toho sa sila prúdu meria v C/s.
Pri štúdiu tohto materiálu vo vzdelávacích inštitúciách študenti rýchlo zabudnú, ako uplatňovať pravidlá ľavej a pravej ruky a na čo sú vôbec určené. Často si tiež nepamätajú, v čom sú uvedené množstvá merané. Po oboznámení sa s vyššie diskutovaným materiálom by nemali byť žiadne ťažkosti pri uplatňovaní uvažovaných pravidiel a zákonov v praxi.
gimlet pravidlo
Pravidlo pravej ruky
