Теория электромагнитного поля Максвелла. Свойства электромагнитных волн. Сила Лоренца. Правила Ленца.

Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи). Магнитное поле токов принципиально отличается от электрического поля. Магнитное поле, в отличие от электрического, оказывает силовое действие только на движущиеся заряды (токи).

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности Е электрического поля. Такой характеристикой является вектор магнитной индукции В который определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле.

Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине Δ l: В общем случае сила Ампера выражается соотношением: F = IB Δ l sin α Это соотношение принято называть законом Ампера. Сила Ампера направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции В и направлению тока, текущего по проводнику. Для определения направления силы Ампера обычно используют правило левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции В входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник. Сила Ампера, действующая на отрезок проводника длиной Δ l с силой тока I, находящийся в магнитном поле B, F = IB Δ l sin α может быть выражена через силы, действующие на отдельные носители заряда. Так как полное число N носителей свободного заряда в проводнике длиной Δ l и сечением S равно n S Δ l, то сила, действующая на одну заряженную частицу, равна F _Л = q υ B sin α Эту силу называют силой Лоренца. Угол α в этом выражении равен углу между скоростью υ и вектором магнитной индукции В. Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу, так же, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки. Сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам υ и В.

При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется.

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур.

Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину Φ = B · S · cos α, где B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором B и нормалью n к плоскости контура.

Единица магнитного потока в системе СИ называется вебером (Вб). 1 Вб = 1 Тл · 1 м²

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции _инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус: Эта формула носит название закона Фарадея.

Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение называется правилом Ленца.

Работа силы F _Л на пути l равна A = F _Л · l = e υ Bl. По определению ЭДС Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции, когда изменяющийся магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре. Собственный магнитный поток Φ, пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока I: Φ = LI ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке с постоянным значением индуктивности, согласно закона Фарадея равна

Литература

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М, Курс физики: Уч. пос. для втузов. Изд. 4-е, испр. - 607 с. М: Высшая Школа, 1989г.

2. Трофимова Т.И. Краткий курс физики: Уч. пос. для вузов. Изд. 2-е, испр. – 352 с, М: Высшая Школа, 2002 г.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. Механика. Молекулярная физика. 350с, т. М.Наука. 1989.

4.Грабовский Р.И. Курс физики; Учебник для вузов. Изд. 6-е - 608 с. {Учебники для вузов: Специальная литература}, СПб: Лань, 2002 г.

5.Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие для инженерно-технических специальностей ВУЗов, Изд. 6-е/ 7-е - 542 с. М: Высшая Школа, 1999 г.

Лекция №10 (тезисы)