Магнитных взаимодействий
Прежде всего, обращаем внимание на относительность магнитного поля (неплохой мостик к СТО!), приводя пример с лаборантом, вносящим в класс заряженный шар:
Магнитное поле существует для учащихся и отсутствует для лаборанта.
Кроме того, нелишним будет обратить внимание учащихся на нецентральный характер магнитных взаимодействий: все магнитные взаимодействия будут описываться векторными произведениями, что определит направления сил не вдоль силовых линий магнитного поля, а перпендикулярно к ним.
4.1.СИЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАГНИТНОГО ПОЛЯ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗАРЯДА, ДВИЖУЩЕГОСЯ СО СКОРОСТЬЮ υ.
_ _
_ q·[υ·r]
Н = ------------------ , (1)
4π·r³
_
Где Н – напряжённость магнитного поля – силовая характеристика магнитного поля движущегося заряда.
Обсуждается вопрос: как меняется |H|, если r, υ, α= Const?
Ответ: НИКАК.
Следовательно, силовые линии магнитного поля (уместно при этом напомнить смысл силовых линий, например, электростатического поля) ЗАМКНУТЫ.
СИЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ЗАКОН БИО-САВАРА-ЛАПЛАСА.
Det: Малой длины dl прямой провод с током I создаёт в точке
А малую напряжённость магнитного поля dH:
_ _
_ Ι· [dl·R]
dH = ------------------------------ (2)
4π·R³
_
(Снова следует задать вопрос о значении |Н| при постоянных значениях переменных |dl|, I, |r|‚ α и снова подчёркнуть замкнутость силовых линий магнитного поля!)
NB! Отметим, что на практике, в основном, рассматриваются прямые и кольцевые токи. Качественно объяснив сущность интегрирования, знакомим учащихся с итогами.
НАПРЯЖЁННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ «СТАНДАРТНЫХ» КОНФИГУРАЦИЙ ТОКА.
а). Для бесконечно длинного прямого провода с током I:
_ Ι
|H| = ----------------- , (3)
2π·R
б). Для кругового тока I радиусом R (в центре витка!)
_ Ι
|H| = ----------------- (4)
2R
Размерность напряжённости магнитного поля: [H] = 1 А/м.
Для снятия страха перед формулами (1) – (4) предлагается пара простых задач на подстановку:
1. Рассчитать напряжённость магнитного поля для бесконечного прямого проводника с силой тока I = 400 А на расстоянии 20 см от проводника.
Рассчитать напряжённость магнитного поля в центре кругового витка радиусом 20 м при силе тока 10 кА.
(о размагничивании кораблей и подводных лодок)
Затем следует предложить ДЗ на преобразование формул
(3) – (4). Задачи типа: На каком расстоянии от провода с током силой I = 125,6А напряжённость магнитного поля равна 50 А/м?
Какой ток создаёт в центре кольца радиусом 20 см напряжённость магнитного поля Н=400А/м?
В качестве домашнего задания предлагаются задачи №№ 13.39, 13.40, 13.41, 13.42, 13.43, 13.46 из сборника «3800 задач по физике для школьников и поступающих в ВУЗы», Москва, издательский дом «Дрофа», 2000.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ (обзор).
Объясняется необходимость рассмотрения магнитного поля в веществе для земных условий.
Вводится относительная магнитная проницаемость μ как количественная характеристика взаимодействия магнитного поля и вещества:
В Е Щ Е С Т В А
Диамагнетики Парамагнетики Ферромагнетики
(μ‹1, μ≈1) (μ›1, μ≈1) (μ››1)
NB! μ= μ(Н)!
He,Ne,Ar,Xe,Rn Ge,C,N2,S Fe,Cr и их соединения
С6Н6,С10Н8,Вi,Sb для воздуха μ≈1
Cu,Be,H2O и
Сверхпроводники
ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ КАК ХАРАКТЕРИСТИКА МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ВЕЩЕСТВЕ. СВЯЗЬ НАПРЯЖЁННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ВЕКТОРА ИНДУКЦИИ.
_ _
Det: В = μ0·μ·Н , -7
где μ0 = 4π·10 Гн/м – абсолютная магнитная проницаемость (магнитная характеристика вакуума).
μ – относительная магнитная проницаемость вещества, в котором создано магнитное поле.
Н – напряжённость магнитного поля.
Размерность индукции магнитного поля: [B]= 1 Тл (тесла).
Для снятия страха перед формулами предлагаются простые расчётные задачи типа:
Определить индукцию магнитного поля, создаваемую в воздухе бесконечно длинным прямым проводом с током силой 5 А на расстоянии 4 см от провода.
Какая сила тока создаёт в центре кругового витка радиусом 50 см индукцию 2 мТл?
МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ПЛОСКОГО
КОНТУРА С ТОКОМ
Det: Магнитным моментом плоского контура с током называется
_
Вектор Р: _ _
Р = I·S·n,
Где I – сила тока в контуре,
S – площадь контура (если витков N, то
S = N·S1, где S1 – площадь одного витка),
_