Магнитное поле

Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником (Савельев, т.2, §39-47). Запустите программу «Эл-магн.Кванты». Выберите «Электричество и магнетизм» и «Магнитное поле прямого тока». (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ стр.5 еще раз).

Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. Закройте внутреннее окно, нажав кнопку с крестом справа вверху этого окна, и вызовите сначала эксперимент «Магнитное поле витка с током», а затем «Магнитное поле соленоида». Прочитайте и запишите в свой конспект необходимые краткие теоретические сведения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

* Знакомство с моделированием магнитного поля от различных источников.

* Экспериментальное подтверждение закономерностей для магнитного поля прямого провода и кругового витка (контура) с током.

* Экспериментальное определение величины магнитной постоянной.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Магнитным полем (МП) называется область пространства, в которой на электрически нейтральный проводник с током действует сила, называемая магнитной. Источником МП является движущаяся электрически заряженная частица (заряд), которая создает также и электрическое поле.

Если вблизи одной движущейся заряженной частицы (заряда №1) будет находиться вторая движущаяся с такой же скоростью V заряженная частица (заряд №2), то на второй заряд будут действовать 2 силы: электрическая (кулоновская) и магнитная сила , которая будет меньше электрической в раз, где с – скорость света.

Для практически любых проводов с током выполняется принцип квазинейтральности: несмотря на наличие и движение заряженных частиц внутри проводника, любой (не слишком малый) его отрезок имеет нулевой суммарный электрический заряд. Поэтому между обычными проводами с током наблюдается только магнитное взаимодействие.

магнитная индукция - характеристика силового действия МП на проводник с током, векторная величина, обозначаемая символом .

линии магнитной индукции - линии, в любой точке которых вектор индукции МП направлен по касательной.

Анализ взаимодействия движущихся зарядов с учетом эффектов теории относительности (релятивизма) дает выражение для индукции МП, создаваемого элементарным отрезком c током I , расположенным в начале координат (закон Био-Савара-Лапласа или Б-С-Л):

,

где - радиус-вектор точки наблюдения, - единичный радиус-вектор, направленный в точку наблюдения, m₀ - магнитная постоянная.

МП подчиняется принципу суперпозиции: индукция МП нескольких источников является суммой индукций полей, создаваемых независимо каждым источником .

Циркуляцией МП называется интеграл по замкнутому контуру от скалярного произведения индукции МП на элемент контура: .

Закон циркуляции МП: циркуляция МП по замкнутому контуру L₀ пропорциональна суммарному току, пронизывающему поверхность S(L₀), ограниченную этим контуром L₀ .

Закон Б-С-Л и принцип суперпозиции МП позволяют получить многие другие закономерности, в частности, индукцию магнитного поля прямого бесконечно длинного проводника с током: .

Линии магнитной индукции поля прямого проводника с током представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскостях, перпендикулярных проводнику, с центрами, расположенными на его оси.

Индукция МП на оси кругового контура (витка) радиуса R с током I на расстоянии r от центра: ,

где - магнитный момент витка площадью S, - единичный вектор нормали к поверхности витка.

Соленоидом называется длинная прямая катушка с током. Величина индукции МП вблизи центра соленоида меняется очень мало. Такое поле можно считать практически однородным.

Из закона циркуляции МП можно получить формулу для индукции МП в центре соленоида B = m₀In , где n – число витков, приходящихся на единицу длины соленоида.

МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Закройте окно теории. Рассмотрите внимательно рисунок, изображающий компьютерную модель. Найдите на нем все основные регуляторы и поле эксперимента. Зарисуйте необходимое в конспект.

ТАБЛИЦА 1. результаты измерений

ТАБЛИЦА 2. Значения величины тока (не перерисовывать)

r (см) =

...

Бригады

I1

I2

I3

I4

1/r, м-1

1 и 5

B1, Тл

2 и 6

-5

-10

-15

-20

B2, Тл

3 и 7

-15

-10

B3, Тл

4 и 8

-20

-15

-10

B4, Тл

Подготовьте таблицу 1, используя образец. Подготовьте также таблицы 3 и 4, аналогичные табл.1, за исключением второй строчки, содержание которой см. в следующем разделе.