Характеристики магнитного поля |
Магнитное поле
Скачать презентацию |
||
<< Демонстрация магнитного поля | Магнитное поле, магнитные линии >> |
Автор: Кузнецов С.И.. Чтобы познакомиться с картинкой полного размера, нажмите на её эскиз. Чтобы можно было использовать все картинки для урока физики, скачайте бесплатно презентацию «Характеристики магнитного поля.ppt» со всеми картинками в zip-архиве размером 3973 КБ.
Скачать презентациюСл | Текст | Сл | Текст |
1 | Электромагнетизм. 03.10.2014. Кузнецов Сергей Иванович | 37 | обобщил эти исследования. |
доцент кафедры ОФ ЕНМФ ТПУ. | 38 | ||
2 | Тема 1. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. 1.1.Магнитные взаимодействия | 39 | qV=const. Появляется магнитное поле. |
1.2.Закон Био-Савара-Лапласа 1.3.Магнитное поле движущегося | 40 | Элемент тока длины dl создает поле с магнитной индукцией: | |
заряда 1.4.Напряженность магнитного поля 1.5.Магнитное поле | 3акон Био–Савара–Лапласа. | ||
прямого тока 1.6. Магнитное поле кругового тока 1.7.Теорема | 41 | Здесь: I – ток; – вектор, совпадающий с элементарным | |
Гаусса для вектора магнитной индукции. Сегодня: | участком тока и направленный в ту сторону, куда течет ток; – | ||
3 | - К полям динамическим! От статических п о л е й -. | радиус-вектор, проведенный от элемента тока в точку, в которой | |
4 | 1.1. Магнитные взаимодействия. В пространстве, окружающем | мы определяем ; r – модуль радиус-вектора; k – коэффициент | |
намагниченные тела, возникает магнитное поле. Помещенная в это | пропорциональности, зависящий от системы единиц. | ||
поле маленькая магнитная стрелка устанавливается в каждой его | 42 | Вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно | |
точке вполне определенным образом, указывая тем самым | плоскости, проходящей через и точку, в которой вычисляется поле. | ||
направление поля. Тот конец стрелки, который в магнитном поле | 43 | Поле элемента проводника с током. | |
Земли указывает на север, называется северным, а противоположный | 44 | Направление связано с направлением «правилом буравчика»: | |
– южным. | направление вращения головки винта дает направление , | ||
5 | При отклонении магнитной стрелки от направления магнитного | поступательное движение винта соответствует направлению тока в | |
поля, на стрелку действует механический крутящий момент Мкр, | элементе. | ||
пропорциональный синусу угла отклонения ? и стремящийся | 45 | Закон Био–Савара–Лапласа устанавливает величину и | |
повернуть ее вдоль указанного направления. При взаимодействии | направление вектора в произвольной точке магнитного поля, | ||
постоянных магнитов они испытывают результирующий момент сил, но | созданного проводником с током I. Модуль вектора определяется | ||
не силу. Подобно электрическому диполю, постоянный магнит в | соотношением: Где ? - угол между и ; k – коэффициент | ||
однородном поле стремится повернуться по полю, но не | пропорциональности. | ||
перемещаться в нем. | 46 | Закон Био–Савара–Лапласа для вакуума можно записать так: Где | |
6 | Отличие постоянных магнитов от Электрических диполей | – магнитная постоянная. | |
заключается в следующем: Электрический диполь всегда состоит из | 47 | I. 0. r. dB. | |
зарядов, равных по величине и противоположных по знаку. | 48 | Магнитное поле любого тока может быть вычислено как | |
Постоянный же магнит, будучи разрезан пополам, превращается в | векторная сумма (суперпозиция) полей, создаваемых отдельными | ||
два меньших магнита, каждый из которых имеет и северный и южный | элементарными участками тока: | ||
полюса. | 49 | 1.3. Магнитное поле движущегося заряда. (Рис. 1.5). | |
7 | Подводя итоги сведениям о магнетизме, накопленным к 1600 г., | Электрический ток – упорядоченное движение зарядов, а, как мы | |
английский ученый-физик Уильям Гильберт написал труд «О магните, | доказали только что, магнитное поле порождается движущимися | ||
магнитных телах и большом магните – Земле». | зарядами. Найдем магнитное поле, создаваемое одним движущимся | ||
8 | зарядом (рис. 1.5). | ||
9 | В своих трудах У. Гильберт высказал мнение, что, несмотря на | 50 | (1.2.2) В уравнении заменим ток I на jS, где j – плотность |
некоторое внешнее сходство, природа электрических и магнитных | тока. Векторы и имеют одинаковое направление, значит: | ||
явлений различна. Все же, к середине XVIII века, окрепло | 51 | (1.3.1). (1.3.2). Если все заряды одинаковы и имеют заряд q, | |
убеждение о наличии тесной связи между электрическими и | то: где n – число носителей заряда в единице объема; – дрейфовая | ||
магнитными явлениями. | скорость зарядов. Если заряды положительные, то и имеют одно | ||
10 | В 1820 г. Х. Эрстед открыл магнитное поле электрического | направление (рис. 1.5). Подставив (1.3.1) в (1.2.2), получим: | |
тока. А. Ампер установил законы магнитного взаимодействия токов. | 52 | (1.3.3). Обозначим – число носителей заряда в отрезке | |
Ампер объяснил магнетизм веществ существованием молекулярных | Разделив (1.3.2) на это число, получим выражение для индукции | ||
токов. | магнитного поля, создаваемого одним зарядом, движущимся со | ||
11 | скоростью : | ||
12 | Открытие Эрстеда. При помещении магнитной стрелки в | 53 | (1.3.4). В скалярной форме индукция магнитного поля одного |
непосредственной близости от проводника с током он обнаружил, | заряда в вакууме определяется по формуле: Эта формула | ||
что при протекании по проводнику тока, стрелка отклоняется; | справедлива при скоростях заряженных частиц. | ||
после выключения тока стрелка возвращается в исходное положение | 54 | 1.4. Напряженность магнитного поля. Магнитное поле – это | |
(рис. 1.1). Из описанного опыта Эрстед делает вывод: вокруг | одна из форм проявления электромагнитного поля, особенностью | ||
прямолинейного проводника с током есть магнитное поле. | которого является то, что это поле действует только на | ||
13 | Общий вывод: вокруг всякого проводника с током есть | движущиеся частицы и тела, обладающие электрическим зарядом, а | |
магнитное поле. Но ведь ток – это направленное движение зарядов. | также на намагниченные тела. | ||
Опыты подтверждают: магнитное поле появляется вокруг электронных | 55 | Магнитное поле создается проводниками с током, движущимися | |
пучков и вокруг перемещающихся в пространстве заряженных тел. | электрическими заряженными частицами и телами, а также | ||
Вокруг всякого движущегося заряда помимо электрического поля | переменными электрическими полями. Силовой характеристикой | ||
существует еще и магнитное. | магнитного поля служит вектор магнитной индукции поля созданного | ||
14 | qV=const. Появляется магнитное поле. | одним зарядом в вакууме: | |
15 | Вокруг всякого движущегося заряда. Появляется магнитное | 56 | Физический смысл магнитной индукции. ? Тл = Н·с / Кл·м. |
поле. | 57 | Напряженностью магнитного поля называют векторную величину , | |
16 | характеризующую магнитное поле и определяемую следующим образом: | ||
17 | Правило буравчика. Т о к. Линия индукции магнитного поля. | Напряженность магнитного поля заряда q, движущегося в вакууме | |
18 | Правило буравчика. Т о к направлен к нам. Линия индукции. | равна: Закон Био–Савара–Лапласа для. | |
19 | Правило буравчика. Т о к направлен от нас. Линия индукции. | 58 | Поле прямого тока. |
20 | Магнитное поле материально. Подобно электрическому полю, оно | 59 | 1.5. Магнитное поле прямого тока. Рассмотрим магнитное поле |
обладает энергией и, следовательно, массой. Определение | прямого тока. | ||
магнитного поля: Магнитное поле – это материя, связанная с | 60 | Пусть точка, в которой определяется магнитное поле, | |
движущимися зарядами и обнаруживающая себя по действию на | находится на расстоянии b от провода. Из рис. 1.6 видно, что: | ||
магнитные стрелки и движущиеся заряды, помещенные в это поле. | Подставив найденные значения r и dl в закон Био–Савара–Лапласа, | ||
21 | Возьмем такой контур с током I и поместим его в магнитное | получим: | |
поле. Основное свойство магнитного поля – способность | 61 | Для конечного проводника угол ? изменяется от , до . Тогда: | |
действовать на движущиеся электрические заряды с определенной | 62 | Для бесконечно длинного проводника а , тогда: или. | |
силой. В магнитном поле контур с током будет ориентироваться | 63 | 1.6. Магнитное поле кругового тока. Рассмотрим поле, | |
определенным образом. Ориентацию контура в прост- ранстве будем | создаваемое током I, текущим по тонкому проводу, имеющему форму | ||
характеризо- вать направлением нормали , связанной с движением | окружности радиуса R (рис. 1.7). | ||
тока правилом правого винта или «правилом буравчика». | 64 | Т.К. Угол между и ? – прямой, то тогда получим: | |
22 | Контур ориентируется в данной точке поля только одним | 65 | (1.6.2). (1.6.3). Подставив в (1.6.1) и, проинтегрировав по |
способом. Примем положительное направление нормали за | всему контуру получим выражение для нахождения магнитной | ||
направление магнитного поля в данной точке. | индукции кругового тока: При , получим магнитную индукцию в | ||
23 | Вращающий момент прямо пропорционален величине тока I, | центре кругового тока: | |
площади контура S и синусу угла между направлением магнитного | 66 | Поле в центре кругового тока. | |
поля и нормали. здесь М – вращающий момент, или момент силы, - | 67 | На расстоянии x от кольца получим магнитную индукцию. При x | |
магнитный момент контура (аналогично – электрический момент | >> R, т.е., на большом расстоянии от кольца получим. | ||
диполя). | 68 | (1.6.4). Заметим, что в числителе (1.6.2) – магнитный момент | |
24 | Направление вектора магнитного момента совпадает с | контура. Тогда, на большом расстоянии от контура, при , | |
положительным направлением нормали: | магнитную индукцию можно рассчитать через магнитный момент Pm по | ||
25 | Для данной точки магнитного поля будет одним и тем же и | формуле: | |
может служить характеристикой магнитного поля, названной | 69 | Рис. 1.8. Силовые линии магнитного поля кругового тока | |
магнитной индукцией: По аналогии с электрическим полем. | хорошо видны в опыте с железными опилками (рис. 1.8). | ||
Отношение момента силы к магнитному моменту. – Вектор магнитной | 70 | ||
индукции, совпадающий с нормалью. | 71 | Поле соленоида. Однородное поле. | |
26 | Магнитная индукция характеризует силовое действие магнитного | 72 | ? Определение потока вектора магнитной индукции. dS. |
поля на ток (аналогично, характеризует силовое действие | 73 | 1.7. Теорема Гаусса для вектора магнитной индукции. (1.7.1). | |
электрического поля на заряд). – силовая характеристика | Поток вектора ФВ через замкнутую поверхность должен быть равен | ||
магнитного поля, ее можно изобразить с помощью магнитных силовых | нулю. Таким образом: Это теорема Гаусса для (в интегральной | ||
линий. Поскольку М – момент силы и – магнитный момент являются | форме): поток вектора магнитной индукции через любую замкнутую | ||
характеристиками вращательного движения, то можно предположить, | поверхность равен нулю. | ||
что магнитное поле – вихревое. | 74 | (1.7.2). В природе нет магнитных зарядов – источников | |
27 | Условились, за направление принимать направление северного | магнитного поля, на которых начинались и заканчивались бы линии | |
конца магнитной стрелки. Силовые линии выходят из северного | магнитной индукции. Заменив поверхностный интеграл в (1.7.1) | ||
полюса, а входят, соответственно, в южный полюс магнита. Для | объемным, получим: где – оператор Лапласа. | ||
графического изображения полей удобно пользоваться силовыми | 75 | (1.7.3). Магнитное поле обладает тем свойством, что его | |
линиями (линиями магнитной индукции). Линиями магнитной индукции | дивергенция всюду равна нулю: или Электростатического поля может | ||
называются кривые, касательные к которым в каждой точке | быть выражено скалярным потенциалом ?, а магнитное поле – | ||
совпадают с направлением вектора в этой точке. | вихревое, или соленоидальное. | ||
28 | Конфигурацию силовых линий легко установить с помощью мелких | 76 | Основные уравнения магнитостатики Основные уравнения |
железных опилок которые намагничиваются в исследуемом магнитном | магнитостатики для магнитных полей, созданных постоянными | ||
поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам | потоками зарядов, записанные в дифференциальной форме, имеют | ||
(поворачиваются вдоль силовых линий). (Рис. 1.3). | вид. Первое из этих уравнений говорит, что дивергенция вектора В | ||
29 | Три способа задать вектор магнитной индукции В. | равна нулю (силовые линии - замкнуты). А второе уравнение | |
30 | Возьмем контур с током I и поместим его в магнитное поле. В | говорит, что магнитные поля создаются токами, а магнитных | |
магнитном поле контур с током будет ориентироваться, так чтобы | зарядов нет. | ||
вектор магнитного момента контура Рm и нормали совпадал с | 77 | Возникают магнитные поля в присутствии токов и являются | |
вектором В внешнего поля. Направление нормали и вектора | вихревыми полями в области, где есть токи. Векторная функция | ||
магнитного момента Рm связанно с движением тока по контуру | векторного аргумента – ротор, взятая от В, пропорциональна | ||
«правилом буравчика». Поворот контура означает, что на него | плотности тока. Магнитные линии образуют петли вокруг токов. Не | ||
действует механический момент М. | имея ни конца, ни начала, линии В возвращаются в исходную точку, | ||
31 | Вращающий момент М прямо пропорционален величине тока I, | образуя замкнутые петли. В любых, самых сложных случаях линии В | |
площади контура S, вектору В и синусу угла между направлением | не исходят из точек. Утверждение, что, справедливо всегда. | ||
магнитного поля и нормали n. B. FA. I. Pm. | 78 | Сравнив уравнения магнитостатики с уравнениями | |
32 | – Вектор магнитной индукции, совпадающий с нормалью. для | электростатики. Можно заключить, что. Магнитное поле вихревое и | |
данной точки магнитного поля будет одним и тем же и может | создается токами а магнитных зарядов нет. Электрическое поле | ||
служить характеристикой магнитного поля, названной магнитной | всегда потенциально, а его источниками являются электрические | ||
индукцией В: По аналогии с электрическим полем. Отношение | заряды. | ||
момента силы к магнитному моменту. | 79 | Магнитное поле в пространстве не потенциально, а является | |
33 | Второй способ по силе Ампера. Сила Ампера действует на | вихревым. Его силовые линии замкнуты. Его источником служат | |
проводник dl с током I, помещенный в магнитное поле В, | электрические токи. Магнитного аналога электрического заряда не | ||
направлена перпендикулярно векторам dl и В и определяется по | существует. Нет зарядов, из которых выходят линии вектора | ||
правилу произведения векторов: наблюдаемое со стороны конца | магнитной индукции В. Не имея ни конца, ни начала, линии В | ||
вектора dF вращение векторов dl и В на наименьший угол, | возвращаются в исходную точку, образуя замкнутые петли. | ||
происходит против часовой стрелки. Df=[idl,b] или f=[jl,b]. | 80 | Из сравнения этих уравнений вытекает, что источниками | |
B=Fmax / Jl. | электрического поля могут быть электрические заряды, а магнитные | ||
34 | поля могут возбуждаться электрическими токами. Эти уравнения не | ||
35 | Сила, действующая на электрический заряд q во внешнем | симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это | |
магнитном поле, зависит от скорости его движения V и величины | связано с тем, что в природе существуют электрические заряды, но | ||
индукции магнитного поля В(x,y,z). Третий способ: по силе | отсутствуют магнитные. | ||
Лоренца. F = q[V,B]. | 81 | Компьютерная модель магнитного поля Земли, подтверждающая | |
36 | Выражение для силы было получено Лоренцем путем обобщения | вихревой характер, изображена на рис. | |
опытных данных F = q[V,B]. Вектор B является силовым вектором и | 82 | Движение заряженных частиц в магнитосфере Земли. | |
не зависит от величины и движения заряда q, он характеризует | 83 | Радиационные пояса Земли. | |
только магнитное поле, в котором движется заряд q. | 84 | Плазма в ТОКАМАКе. (Магнитное удержание плазмы). | |
37 | 1.2. 3акон Био–Савара–Лапласа. В 1820 г. французские физики | 85 | "Ураган" |
Жан Батист Био и Феликс Савар, провели исследования магнитных | 86 | Схема М Г Д - генератора. | |
полей токов различной формы. А французский математик Пьер Лаплас | 87 | Лекция окончена! | |
«Характеристики магнитного поля» | Характеристики магнитного поля.ppt |
«Демонстрация магнитного поля» - Направление. Заряженная частица. Магнитное поле соленоида. Деление постянного магнита на части. Определение направления линий магнитного поля. Определение направления линий магнитного поля проводника. Линии магнитного поля. Полюса магнита. Опыт Эрстеда. Магнитное поле. Сила, направление которой определяют по правилу левой руки.
«Энергия магнитного поля» - Время релаксации. Постоянные магнитные поля. Энергия катушки. Плотность энергии магнитного поля. Экстратоки в цепи с индуктивностью. Плотность энергии. Скалярная величина. Переходные процессы. Колебательный контур. Электродинамика. Расчёт индуктивности. Самоиндукция. Определение индуктивности. Импульсное магнитное поле.
«Магнитное поле и его графическое изображение» - Разноименные магнитные полюса. Гипотеза Ампера. Постоянные магниты. Однородное магнитное поле. Магнитное поле постоянного магнита. Мощная вспышка. Магнитное поле постоянных магнитов. Магнитное поле и его графическое изображение. Магнитные полюсы. Магнитные линии. Земное магнитное поле. Биометрология.
«Магнитное поле, магнитные линии» - Движущиеся электрические заряды. Долго искали магнитный компас у почтового голубя. Какие утверждения являются верными. Как можно обнаружить МП. Магнитные линии прямолинейного проводника с током. Проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом. Земной шар – большой магнит. Что нужно знать о магнитных линиях.
«Движение частиц в магнитном поле» - Направления силы Лоренца. Спектрограф. Значение. Сила Лоренца. Определение величины силы Лоренца. Масс-спектрограф. Проявление действия силы Лоренца. Повторение. Электронно-лучевая трубка. Магнитное поле. Межзвёздное вещество. Циклотрон. Применение силы Лоренца. Задача эксперимента. Изменение параметров.
«Определение магнитного поля» - Свойства магнитов. Графическое изображение магнитных полей. Направление магнитных силовых линий. Магнит имеет два полюса: северный и южный. Ж. Верн. Действия электрического тока. Ханс Кристиан Эрстед. Робур – завоеватель. Оборудование. Сирано де Бержерак. Этап обобщения и систематизации знаний. По данным, полученным в ходе экспериментов, заполним таблицу.