Реферати українською » Физика » Магнітна індукція


Реферат Магнітна індукція

МІНІСТЕРСТВОПУТЕЙ ПОВІДОМЛЕННЯ РФ

 

>ИРКУТСКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

>ПУТЕЙ ПОВІДОМЛЕННЯ

 

>КАФЕДРА «ФІЗИКА»


Тема:

 

СИЛАЛОРЕНЦА.

ЕФЕКТХОЛЛА.

 

 

 

>Виполнил: студент групиИС-02-217

>Богатирев О.Л.

Перевірив: Ілларіонов А.І.

 

 


>Иркутск-2003

 

Магнітна індукція. СилаЛоренца.

1. Досліди показують, що сила Fм, діюча із боку магнітного поля на рухливу у тому полі заряджену частку, підпорядковується наступнимзаконерностям :

а) сила FM завжди перпендикулярна вектору швидкості v частки;

б) ставлення FM/(|>q|v) залежною ні від заряду >q частки, ні від модуля її швидкості;

в) за зміни напрями швидкості частки у точці А поля модуль сили Fм змінюється від 0 до максимального значення (Fм)>макс, що залежить тільки від |>q|v,але  також від значення точці А силовий характеристики магнітного поля — вектора У званого магнітної індукцією поля.

За визначенням, модуль вектора У дорівнює

                                                (1)

Отже, магнітна індукція У чисельно дорівнює відношенню сили,

діючої на заряджену частку із боку магнітного поля, до твору абсолют значення заряду і швидкості частки, якщо напрям швидкості частки таке, що ця сила максимальна. Вектор У спрямований перпендикулярно вектору сили (Fм)>макс діючої на позитивно заряджену частку (>q> 0), і вектору швидкості v частки тож із кінця вектора У обертання по щонайкоротшого відстані від напрямку сили (Fм)>макс до подання швидкості v видно що відбувається проти годинниковий стрілки. Інакше висловлюючись, вектори (Fм)>макс, v і У утворюють праву трійку

Магнітне полі називається однорідним, якщо у всіх його точках вектори магнітної індукції однакові як у модулю, і в напрямі. Інакше магнітне полі називається неоднорідним.

2. Для графічного зображення стаціонарного, т. е. не мінливого згодом, магнітного поля користуються методом

ліній магнітної індукції.

>Линиями магнітної індукції (силовими лініями магнітного поля) називаються лінії, проведені у магнітному полі отож у кожній точці поля дотична до лінії магнітної індукції збігаються з напрямом вектора У у цій точці поля.

Лінії магнітної індукції найпростіше спостерігати з допомогою дрібних

>Игольчатих залізних тирси, які намагнічуються в досліджуваному полі, і поводяться подібно маленьким магнітним стрілкам (вільна магнітна стрілка розгортається магнітному полі те щоб вісь стрілки, з'єднує її південний полюс із північно-східним, збігалася з напрямком У).

3. Вигляд ліній магнітної індукції найпростіших магнітних полів показаний

на рис. З рис.  б р видно, що це лінії охоплюють провідник із течією, створює полі. Поблизу провідника лежать в площинах, перпендикулярних провідника.

Напрям ліній індукції визначається по правилубуравчика: якщо угвинчувати буравчик в напрямі вектора щільності струму в провіднику, то собі напрямок руху рукояткибуравчика вкаже напрям ліній магнітної індукції.

Лінії індукції магнітного по ля

струму жодних точках що неспроможні обриватися, т. е. ні починатися, ні кінчатися: вони або замкнуті (рис. б, в, р), або нескінченнонавиваются певну поверхню, скрізь щільно заповнюючи її, але будь-коли повертаючись вдруге до будь-якої точки поверхні.

Порівняйте магнітного половіючі жита із електростатичним корисно

нагадати, що лінії напруженості електростатичного поля розімкнуті. Вони починаються на позитивних зарядах, закінчуються на негативних і поблизу зарядженого провідника спрямовані перпендикулярно поверхні.

З зіставлення рис.  а і  р видно, що магнітне полі позасоленоида,

довгою котушки із течією, подібно магнітному полюполосового магніту. Північний полюс магніту збігається з тим кінцемсоленоида, з яких струм в витках видно що йде проти годинниковий стрілки. Лінії магнітної індукції постійного магніту виходять із його північного полюси і входить у південний. На перший погляд видається, що тут є повна аналогія з лініями напруженості електростатичного поля, причому полюси магніту грають роль магнітних «зарядів» (магнітних мас), створюють магнітне полі. Проте досліди показали, що, розтинаючи постійний магніт на частини, не можна поділити його полюси, т. е. не можна отримати магніт або з однією північним, або з однією південним полюсом. Кожна як завгодно мала частка постійного магніту має обидва полюси. Отже, на відміну електричних зарядів вільних магнітних «зарядів» у природі немає. Ні, їх й у полюсах постійних магнітів. Тому лінії магнітної індукції що неспроможні обриватися на полюсах.

Повна аналогія між магнітними полямиполосових магнітів і

>соленоидов дозволила французькому фізику А.Амперу висловити (1821 — 1822) гіпотезу у тому, що магнітні властивості постійних магнітів обумовлені що у нихмикротоками. Про природу і характер цихмикротоков Ампер щось міг сказати, позаяк у той час вчення про будову речовини перебувало ще стадії. Тільки після відкриття електрона і з'ясування будівлі атомів і молекул, т. е. через майже сто років, гіпотезаАмпера була блискуче підтверджено також лягла основою сучасних поглядів на магнітних властивості речовини.ГипотетическиемикротокиАмпера отримали просте та наочне тлумачення: вони пов'язані з рухом електронів в атомах, молекулах і іонах.

4. За формулою (1) можна знайти силу, діючу із боку

магнітного поля на рухливу у ньому заряджену частку, лише коли швидкість частки v перпендикулярна вектору У. У випадку ця сила дорівнює

                                                        (2)

На рис. показані взаємні розташування векторів v, У і FM для позитивного і негативного зарядів частки. Модуль сили дорівнює

де а — кут між векторами v і У.

Сила FM спрямована перпендикулярно швидкості v зарядженої частинки й

повідомляє частинки лише нормальне прискорення. Інакше кажучи, сила FM не робить праці та викликає лише викривлення траєкторії частки. Тому, за русі вільної зарядженої частки у магнітному полі її кінетична енергія не змінюється.

5. Коли рухливу частку з електричним зарядом >q

одночасно діють магнітне, і електричне поля, то результуюча сила F, звана силоюЛоренца, дорівнює сумі двох складових — електричної і магнітної:

                                                        (3)

де Є   - напруженість електричного поля. Іноді під силоюЛоренца розуміють лише магнітну складову сили F.

Поділ силиЛоренца F на електричну і магнітну

складові щодо, т. е. ці складові залежить від виборуинерциальной системи відліку. Річ у тім, що з переході від однієїинерциальной системи відліку в іншу змінюються як швидкість v зарядженої частки, але й силові характеристики Є і У полів. Відповідно поділ електромагнітного поля електричним і магнітне поля теж щодо.

 

Ефект Голла.

1. Американський фізик Еге. Голл провів експеримент (1879), у якому

пропускав

постійний струм I через платівку М, виготовлену з золота, і вимірював різницю потенціалів міжпротиволежащими точками А і  З верхній та нижньої гранях. Ці точки лежать у тому ж поперечномусечении провідника МТому, як і очікувалося, виявилося, що . Коли пластина із течією була надрукована в однорідне магнітне полі, перпендикулярне її бічним граням, то потенціали точок А і З стали різними. Це одержало назву ефекту Голла. Встановлено, що різницю потенціалів між точками А і З пропорційна силі струму I, індукції У і навпаки пропорційна ширині b >пластинки, т. е.

                                                        (4)

де R  стала Голла.

Подальші засвідчили, що ефект Голла спостерігається у

всіх провідниках напівпровідниках незалежно від своїх матеріалу. Зміна напрями струму чи вектора У на протилежне викликає зміна знака різниці потенціалів  >Числовое значення постійної Голла R залежить від матеріалу платівки М, причому цей коефіцієнт кого речовин позитивний, а інших негативний.

2. Ефект Голла можна пояснити так. Нехай струм I в

платівці М обумовлений упорядкованим рухом частинок носіїв зарядів >q. Якщо їх концентрація , а середня їхнє упорядкованого руху v, то сила струму

                                                      (5)

де P.S=>ab площа поперечного перерізу платівки, a vx проекція вектора v на вісь ОХ, проведену у бік вектора j щільності струму. Якщо заряд частинок, їхнім виокремленням струм, >q> 0, їх швидкість v збігаються з напрямом струму і vx = v. Якщо ж заряд >q<0, то швидкість v протилежна в напрямі вектору j і vx= — v<0, але >qvx =|>q|v>0.

На частку, рухливу у магнітному полі з індукцією У, діє

магнітна складова силиЛоренца FM = >q[>vB]. При зазначених напрямах струму в платівці М і вектора У сила FM спрямована вгору (вздовж позитивногонаправления осі >OZ). Під впливом сили FM частки повинні відхилятися до верхньої межі платівки, отже верхній межі буде надлишок зарядів тієї самої знака, як і >q, але в нижньої надлишок зарядів протилежного знака. Внаслідок цього в платівці виникне поперечне електричне полі, спрямоване згори донизу, якщо заряди >q позитивні, і знизу вгору, якщо вони негативні. Нехай напруженість що утворився кулонівського поля буде Є. Сила >qЄ, діюча із боку поперечного електричного поля на заряд >q, спрямована убік, протилежну силі FM . Що стосується встановленого стану силаЛоренца (3), діюча на носій заряду >q, дорівнює нулю:

звідки напруженість встановленого поперечного електричного поля (поля Голла)

                                                      (6)

 Вектор Є спрямований вздовж осі >OZ, яке проекція з цього вісь дорівнює

                                                      (7)

Відповідно різницю потенціалів між точками А і З дорівнює

>Подставив сюди вираз для vx з (5), остаточно знайдемо

                                                      (8)

Отже, отриманого результату збігаються з експериментальної формулою (4).

3. З порівняння (8) і (5) слід, що стала Голла

                                                      (9)

Звідси видно, що знак постійної Голла збігається з знаком заряду >q частинок, зумовлюючих провідність цього матеріалу. Тому на згадуваній підставі виміру постійної Голла для напівпровідника можна будувати висновки про природі його провідності: якщо R<0, то провідність електронна, якщо R>0, тодирочная. Якщополупроводнике одночасно здійснюються обидва типу провідності, то знаку постійної Голла можна очікувати, який із них переважним.

З допомогою постійної Голла можна також ознайомитися визначити концентрацію

носіїв заряду, якщо характер провідності та його заряд відомі (наприклад, для металів):

                                                     (10)

Так, дляодновалентних металів виявилося, що концентрація електронів провідності збігаються з концентрацією атомів.

Знаючи постійну Голла для електронного провідника, можна оцінити

значення середньої довжини вільного пробігу електронів.

де е і т — абсолютне значення заряду електрона та її маса; — середня швидкість теплового руху електронів в провіднику;  — питома електрична провідність. Виявилося, що сьогодні середня довжина вільного пробігу електронів в металах сягає сотеньмежузельних відстаней: м.

Література, яка у рефераті:

 

>Детлаф А. А. Курс фізики:Учеб. посібник для втузів/ А. А.Детлаф, Б. М. Яворський.- 4-те вид.,испр.- М.:Висш. шк., 2002.- 718 з.: мул.

>Кикоин А. До. Молекулярна фізика:Учеб.пособ. для студентів фіз. спец. вузів/ А. До.Кикоин, І. До.Кикоин.- 2-ге вид., перераб.- М.: Наука, 1976.- 480 з.: мул.

Іванов Б. М. Закони фізики:Учеб.пособ. дляподгот. відділень вузів/ Б. М. Іванов.- М.:Висш. шк., 1986.- 335 з.: мул.

Савельєв І. У. Курс фізики:Учеб.пособ. для вузів/ І. У. Савельєв.- М.: Наука, 1986.-Т.2.


Схожі реферати:

Навігація