Магнитное поле движущегося заряда.

Каждый проводник с током создает в окружающем пространстве магнитное поле. Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов. Любой движущийся заряд в вакууме или среде создает вокруг себя магнитное поле. В результате обобщения опытных данных был установлен закон, определяющий поле точечного заряда . свободно движущегося со скоростью . Этот закон выражается формулой

- радиус вектор, проведенный от заряда , к точке наблюдения М, вектор В расположен перпендикулярно плоскости, в которой расположены вектора и .

 

	Направление вектора В определяется правилом правого винта. Модуль магнитной индукции равен , - угол между .и . Движущийся заряд по своим магнитным свойствам эквивалентен элементу тока . Опыт показывает, что магнитное поле действует
Рис. 1.

 

на заряд движущийся со скоростью . Эта сила называется силой Лоренца и выражается формулой

,

Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки для положительного

заряда. На отрицательный заряд сила действует в противоположном направлении. Модуль силы Лоренца , (1) - угол между и . Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости движения заряженной частицы. Поэтому она изменяет только направление ее движения, не изменяя ее модуля. Следовательно, сила Лоренца работы не совершает над движущейся заряженной частицей и кинетическая энергия ее не меняется. Если на частицу действует и электрическое поле, то результирующая сила, приложенная к заряду равна векторной сумме сил электрического поля и силы

Рис.2.

Лоренца

.

Это выражение тоже называется силой Лоренца. Из выражения (1) видно, что если и параллельны, то сила Лоренца равна нулю при движении частицы вдоль линии магнитной индукции. Если перпендикулярно , то сила Лоренца постоянна по модулю и нормальна к траектории частицы. Частица будет двигаться по окружности. Сила Лоренца выступает в роли центростремительной силы. Поэтому

.

Период - не зависит от скорости.

Если скорость заряженной частицы направлена под произвольным углом, то движение частицы будет происходить по винтовой линии. Скорость можно разложить на две составляющие и . Под действием составляющей частица движется прямолинейно вдоль поля, под действием - по окружности. В результате движение будет происходить по винтовой линии. Шаг винтовой линии .

На движении заряженных частиц в магнитном поле основан простой способ получения электроэнергии – магнитогидродинамический генератор (МГД – генератор). Газ, предварительно нагретый до высокой температуры (2500 С) в камере 1,

 

	1. генератор плазмы, 2. сопло, 3. МГД- канал, 4. электроды с последовательно включенной нагрузкой, 5. магнитная система, создающая тормозящее магнитное поле.
Рис. 3.

 

и потому сильно ионизированный, продувают через канал поперек постоянного магнитного поля. Под действием силы магнитного поля заряды движутся поперек потока и достигая электродов 4 сообщают им заряд. С этих электродов во внешнюю цепь отводится ток. Происходит превращение тепла без преобразования в механическую энергию непосредственно в электрическую энергию. К.п.д. их в два раза выше, чем к.п.д. тепловых и атомных электростанций. Первый МГД генератор запущен в СССР в 1967 году.

 

Эффект Холла.

Эффект открыт в 1880 году американцем Холлом.

 

	Металлическую пластину с током плотности помещают в поперечное магнитное поле (рис.4). На движущиеся электроны начинает действовать сила Лоренца, которая направлена вверх. На верхней грани пластины возникает повышенная концентрация электронов, а на нижней - их недостаток (пластина заряжается положительно). Возникает поперечное электрическое поле, направленное снизу вверх.
Рис.4.

На электроны начинает действовать кулоновская сила, направленная вниз.

Когда напряжение электрического поля достигнет такой величины, что будет уравновешивать силу Лоренца, устанавливается стационарное распределение зарядов в поперечном сечении.

.

,

где - ширина пластины, - поперечная (холловская) разность потенциалов

Учитывая, что

,

имеем

,

где - концентрация электронов, - средняя скорость упорядоченного движения, - площадь поперечного сечения пластины толщиной .

- постоянная Холла, зависящая от вещества.

,

,

.

С помощью постоянной Холла можно определить концентрацию носителей тока. Эффект Холла используется в измерительных приборах.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. XXIX. МЫ И ЭТОТ МИР – ПОЛЕВЫЕ СТРУКТУРЫ.
2. БАШЕННЫЕ КОПРЫ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
3. Бесполезное страдание и неверие
4. В 1990 году для участия в программе пилотируемых полётов представителей средств массовой информации был проведён отбор кандидатов в космонавты на конкурсной основе.
5. В зависимости от траектории полета мяча верхняя передача выполняется в средней или низкой стойках.
6. В общем анализе мочи: белок 14г/л, относительная плотность 1030, реакция щелочная, эритроциты до 20 в поле зрения, лейкоциты 8 в поле зрения гиалиновые цилиндры.
7. Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.
8. Виды полетов воздушных судов.
9. Влияние магнитных полей на космический характер биосферы
10. Влияние условий полета на организм человека
11. Во втором и третьем случаях, когда выбирается оптовый или розничный тип цен, следует заполнить еще несколько полей.
12. Вращающееся магнитное поле в АМ