Південний філія

>НАЦОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУБИОТЕХНОЛОГИЙ ІПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ УКРАЇНИ

«Кримськийагротехнологический університет»

Кафедра фізиків і математиків

Фізика. Електромагнітні явища (електродинаміка)

Методичні вказівки і завдання для самостійної роботи очного і заочного відділень інженерних спеціальностей

(модулі 4 - 6 , част. З)

Сімферополь, 2009

Методичні вказівки склали:

- доцент,к.т.н.Ю.Ф. Свириденко;

- старшого викладача В.П.Кунцов.

Рецензенти:

- доцент,к.т.н.Завалий А.А.;

- доцент,к.т.н. Іваненко В.В.

Методичні вказівки розглянуть схвалено на засіданні кафедри фізиків і математиків

«____» ____________2009г., протокол №____

Методичні вказівки розглянуть затверджені на засіданні методичного ради механічного факультету

«____» ____________2009г., протокол №____

Відповідальний за випуск:Ю.Ф. Свириденко

Зміст:

1.Тематический план

2. Література

3. Навчальний матеріал у розділі

4. Приклади вирішення завдань

5. Контрольна робота

6. Таблиці варіантів

>1.Тематический план

Зміст програми. Частина 2.

Лекції

хвильової квантовий теплової випромінювання

>ОРИЕНТИРОВОЧНАЯТЕМАТИКАЛАБОРАТОРНЫХЗАНЯТИЙ.

>ОРИЕНТИРОВОЧНАЯТЕМАТИКАПРАКТИЧЕСКИХЗАНЯТИЙ

2. Література

1.Т.И. Трофімова. Курс фізики. М.:ВШ,1990.

2. І.В. Савельєв. Курс фізики. Наука,т.1,2,3.1989.

3. О.Г. Чертов. Задачника із фізики.ВШ,1981.

4. А.А.Детлав,Б.М. ЯворськийБ.М. Курсфизики.,1989.

5.П.П.Чолпан. Основи фізики. До.:Вищашк.1995.

>6.Я.И.Федишин. Лабораторний практикум із фізики.Львов.2001.

7.Г.Д.Бурдун . Довідник з питань міжнародної системі одиниць. М.: 1977

>8.ГрабовскийР.И. Курс фізики для сільськогосподарських інститутів. М., 1966

3. Навчальний матеріал у розділі «>Электромагнетизм»

Основні закони та формули

4. Приклади вирішення завдань

Приклад 1. За довгим прямому тонкому дроту тече струм силоюI=20 А. Визначити магнітну індукцію B поля, створюваного провідником у точці, віддаленій від цього на відстань =4 див.

Рішення. Магнітне полі, створюване прямим нескінченно довгим провідником мізерно малого перерізу має осьової симетрією. Це означає, що абсолютна величина У магнітної індукції у цій точці залежатиме тільки від її відстані до провідника. Тому всі крапки над окружності радіуса (рис. 1), що у площині, перпендикулярної провідника, матимуть однакове значення магнітної індукції:

,                                                            (1)

де - магнітна стала.

Напрям вектора залежить від становища крапки над окружності і південь від напрями сили струму в провіднику.

рис. 1 рис. 2

Вектор спрямований дотично до проведеної нами окружності (це з законуБио -Савара -Лапласа, записаного в векторної формі). Лінія, дотична до якої кожній фазі збігаються з напрямом вектора магнітної індукції, називається магнітної силовий лінією.Окружность на рис. 1 задовольняє цій умові, отже, є магнітної силовий лінією. Напрям магнітної силовий лінії, отже, і вектора визначено за правилом правого гвинта.

У формулу (1) підставимо числові значення величин і зробимо обчислення:

Приклад 2. Два паралельних нескінченно довгих дроти D і З, якими течуть у одному напрямку струми силоюI=60 А, розташовані на півметровій відстаніd=10 див друг від друга. Визначити магнітну індукцію У поля, створюваного провідниками із течією у точці A, віддаленої від однієї провідника з відривомr1=5 див, від іншого з відривомr2=12 див.

Рішення. Для перебування магнітної індукції у зазначеній точці А (рис. 2) скористаємося принципомсуперпозиции магнітних полів. І тому визначимо напрями векторів магнітної індукції і полів, створюваних кожним провідником окремо, і сплюсуємо їх геометрично: .

Абсолютна значення магнітної індукції У то, можливо знайдено по теоремікосинусов:

                                     (1)

де - кут між векторами і .

Значення магнітних індукцій (мається на увазі, що провідник перебуває у вакуумі, і, отже, ) і виражаються відповідно через силу струму I і відстані і південь від дротів до точки А:

я, одержимо

                                  (2)

>Вичислим . Помітивши, що (як кути з відповідно перпендикулярними сторонами), по теоремікосинусов запишемо

деd - відстань між проводами.

Звідси .

Після підстановки числових значень знайдемо

Підставляючи в формулу (2) значення I, , і , визначаємо потрібну індукцію:

Приклад 3. По дроту, зігнутому в вид квадрата зі стороноюa=10 див, тече струм силоюI=100 А. Знайти магнітну індукцію у точці перетину діагоналей квадрата.

>Рис. 3Рис.4

Рішення.Расположим квадратний виток у площині креслення (рис. 3). Відповідно до принципусуперпозиции магнітних полів магнітна індукція поля квадратного витка дорівнюватиме геометричній сумі магнітних індукцій полів, створюваних кожної стороною квадрата окремо:

                                    (1)

У точці Про перетину діагоналей квадрата все вектори індукції підуть перпендикулярно площині витка «до нас». З іншого боку, із міркувань симетрії слід, що абсолютні значення цих векторів однакові: . Це дозволяєвекторное рівність (1) замінити скалярним рівністю .

Магнітна індукція поля, створюваного відрізком прямолінійного дроти із течією, виражається формулою

.                              (3)

З огляду на, як і (рис. 3), формулу (3) можна переписати як

>Подставив цей вислів в формулу (2), знайдемо

Помітивши, як і (оскільки ), одержимо .

>Подставим у цю формулу числові значення фізичних величин і зробимо обчислення:

.

Приклад 4. Плоський квадратний контур зі стороноюа=10 див, яким тече струмI=100 A, вільно встановився в однорідному магнітному полі (>В=1 Т). Визначити роботу А, чинену зовнішніми силами при повороті контуру щодо осі, що проходить через середину його протилежних сторін, на кут: 1) ; 2) . При повороті контуру сила струму у ньому підтримується незмінною.

Рішення. Як відомо, на контур із течією у магнітному полі діє момент сил (рис. 4)

                                             (1)

де - магнітний момент контуру;

 - магнітна індукція;

 - кут між вектором , спрямованим по нормальний до контуру, і вектором .

За умовою завдання, в початковому становищі контур вільно встановився у магнітному полі. У цьому момент сил нульовий (>M=0), отже, , тобто., вектора і збігаються в напрямі.

Якщо зовнішні сили виведуть контур з положення рівноваги, то що виник момент сил, визначається формулою (1), прагнутиме повернути контур у початковий становище. Проти цього й здійснюватиметься робота зовнішніми силами. Оскільки момент сил перемінний (залежить від кута повороту , то тут для підрахунку роботи застосуємо формулу роботи у диференціальної формі .

>Подставив сюди вираз за такою формулою (1) і врахувавши, що , де I - сила струму в контурі; - площа контуру, одержимо .

Узявши інтеграл від рівня цього висловлювання, знайдемо роботу при повороті кінцевий кут:

                                        (2)

1) Робота при повороті на кут

        (3)

>Виразим числові значення величин в одиницях СІ:I=100 А;В=1 Т;а=10см=0,1 метрів і підставимо в (4):

2) Робота при повороті на кут . І тут, враховуючи, що кут малий, замінимо у натуральному вираженні (2) :

                            (4)

>Виразим кут в радіанах. Після підстановки числових значень величин в (4) знайдемо

Зазначимо, що завдання можна було вирішена та інших способом. Відомо, робота зовнішніх сил по переміщенню контуру із течією у магнітному полі дорівнює твору сили струму в контурі зміну магнітного потоку через контур:

де - магнітний ноток, пронизуючий контур до переміщення;

 - те, після переміщення.

Що стосується . Отже, що збігаються з отриманим вище результатом (3).

Приклад 5. Електрон, пройшовши яка прискорює різницю потенціалівU=400 У, потрапив у однорідне магнітне полі напруженістюH=103А/м. Визначити радіус R кривизни траєкторії і частоту п звернення електрона у магнітному полі. Вектор швидкості перпендикулярний лініях поля.

Рішення. Радіус кривизни траєкторії електрона визначимо, виходячи з таких міркувань: на рухомий у магнітному полі електрон діє силаЛоренца , (дією сили тяжкості можна знехтувати). СилаЛоренца перпендикулярна вектору швидкості і, отже, повідомляє електрону нормальне прискорення: ,

чи

,                                           (1)

де - заряд електрона; - швидкість електрона; - магнітна індукція; - маса електрона; - радіус кривизни траєкторії; - кут між напрямом вектора швидкості і вектором (у разі і , ). З формули (1) знайдемо

                                                      (2)

>Входящий в рівність (2) імпульс може бути виражений через кінетичну енергію Т електрона:

.                                                (3)

Але кінетична енергія електрона, минулого яка прискорює різницю потенціалів U, визначається рівністю .

>Подставив цей вислів Т в формулу (3), одержимо .

Магнітна індукція У має через напруженість М магнітного поля була в вакуумі співвідношенням

де - магнітна стала.

>Подставив знайдені висловлювання У і той в формулу (2), визначимо

.                                                         (4)

>Виразим все величини, що входять до формулу (4), в одиницях СІ: (з довідкової табл.); ; ; ; .Подставим цих значень