МАГНЕТИЗМ - Ньютонов ⚛ физика

МАГНЕТИЗМ

Магнитное поле — это особый вид материи, позволяющий взаимодействовать движущимся заряженными частицами. Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции \vec{B} — силовой характеристикой магнитного поля в каждой его точке. За направление вектора магнитной индукции принимается то направление, куда указывает северный конец магнитной стрелки помещенной в данное магнитное поле.

Ориентация магнитного поля создаваемого электрическим полем в проводнике определяется по правилу Буравчика (винта): Если поступательное движение буравчика совпадет с направлением движения тока, то вращательное движение его ручки укажет нам ориентацию магнитных линий создаваемого магнитного поля.

Направление вектора магнитной индукции в какой либо точке магнитного поля всегда будет направлено по касательной, проведенной к магнитной линии в этой точке.

Сила Ампера — сила, действующая на проводник с током длиной l в магнитном поле:
где B — индукция магнитного поля (измеряется в тесла: Тл), \alpha — угол между проводником и вектором вектором магнитной индукции.

    \[F=BIl \sin {\alpha}\]

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: Если расположить левую руку так, чтобы линии индукции магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были сонаправлены с током в проводнике, то большой палец укажет направление действия силы Ампера.

Максимальный вращательный момент M, действующий на рамку с током в магнитном поле:

    \[M = ISB\]

где I — сила тока в рамке, S — ее площадь.

Сила Лоренца — cила, действующая на заряженную частицу в магнитном поле:

    \[F = q \upsilon B\sin{\alpha},\]

где q — заряд частицы, \upsilon — ее скорость, \alpha — угол между скоростью частицы и вектором \vec{B} .
Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки
Для положительных зарядов: Если расположить левую руку так, чтобы линии индукции магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были сонаправлены с вектором скорости положительнозаряженой частицы, то большой палец укажет направление действия силы Лоренца.
Для отрицательных зарядов Если расположить левую руку так, чтобы линии индукции магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были сонаправлены с вектором скорости отрицательнозаряженой частицы, то большой палец укажет направление противоположное направлению действия силы Лоренца.

Магнитный поток \Phi — физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукцииB на площадь S и косинус угла \alpha между векторами. и нормалью. (измеряется в веберах: Вб).

    \[\Phi = BS \cos {\alpha}\]

Для катушки индуктивности с N количеством витков:

    \[\Phi = NBS \cos {\alpha}\]

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея) — ЭДС индукции \varepsilon_i в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока \Delta \Phi через поверхность, ограниченную контуром

    \[\varepsilon_i = -\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\]

Где \Delta t — промежуток времени, в течении которого изменился магнитный поток.
Направление ЭДС определяется правилом Ленца: ЭДС направлена так, чтобы уменьшить скорость изменения потока. Направление \varepsilon_i можно также найти по ее знаку (положительное направление обхода контура выбирается так, чтобы при вращении буравчика в этом направлении он двигался в направлении нормали \vec{n} ).

ЭДС в неподвижном контуре в переменном магнитном поле (\frac{\Delta B}{\Delta t}):

    \[\varepsilon_i = -\frac{S\Delta B}{\Delta t}\cos {\alpha}\]

\cos {\alpha} — определяет наклон контура относительно магнитного поля.

ЭДС возникающая в контуре вращающемся c угловой скоростью \omega в однородном магнитном поле

    \[\Phi = NBS \cos {\omega t}\]

    \[\varepsilon_i = \omega NBS \sin {\omega t}\]

    \[\varepsilon_{max} = \omega NBS\]

ЭДС (разность потенциалов) возникающая в проводнике длинной l, движущемся в в однородном магнитном поле со скоростью \upsilon

    \[\varepsilon = \left | \varphi_1 - \varphi_2 \right | = B\upsilon l \sin {\alpha}\]

Заряд проходящий через контур сопротивлением (R) при изменении магнитного потока

    \[q = \left | \frac{\Delta \Phi}{R} \right |\]

Индуктивность (или коэффициент самоиндукции) L — коэффициент пропорциональности между электрическим током I, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и полным магнитным потоком. Характеризует способность проводника с током создавать магнитное поле. Единица измерения генри (Гн)

    \[L= \frac{\Phi}{I}\]

ЭДС самоиндукции, возникающаяя при изменении тока \Delta I за время \Delta t:

    \[\varepsilon_i = -\frac{L\Delta I}{\Delta t}\]

Энергия магнитного поля W, создаваемая контуром с током:

    \[W= \frac{L I^2}{2}\]

Foxford