Електромагнетизм – 2 год.

ПланПлан::• 1.Магнітне поле. • 2.Взаємодія струмів.• 3.Закон Ампера. • 4.Закон Біо – Савара – Лапласа.• 5.Сила Лоренца.

1.Магнітне поле.1.Магнітне поле.Магні́ �тне по�ле —Магні́ �тне по�ле — особлива форма матерії, за особлива форма матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між допомогою якої здійснюється взаємодія між

рухомими електрично зарядженими частинками.рухомими електрично зарядженими частинками.

• Магнітне поле - складова електромагнітного поля, яка створюється змінним у часі електричним полем, рухомими електричними зарядами або спінами заряджених частинок. Магнітне поле спричиняє силову дію на рухомі електричні заряди. Нерухомі електричні заряди з магнітним полем не взаємодіють, але елементарні частинки з ненульовим спіном, які мають власний магнітний момент, є джерелом магнітного поля і магнітне поле спричиняє на них силову дію, навіть якщо вони перебувають у стані спокою.

Магнітне поле утворюється, наприклад, у просторі Магнітне поле утворюється, наприклад, у просторі довкола провідника, по якому тече струм або довкола довкола провідника, по якому тече струм або довкола постійного магніту.постійного магніту. • Магнітне поле є векторним

полем, тобто з кожною точкою простору пов'язаний вектор магнітної індукції який характеризує величину і напрям магнітого поля у цій точці і може мінятися з плином часу. Поряд з вектором електромагнітної індукції , магнітне поле також описується вектором напруженості .

• Магнітне поле вимірюється магнітометрами. Механічні магнітометри визначають величину поля за відхиленням котушки зі струмом. Слабкі магнітні поля вимірюються магнітометрами на основі ефекту Джозефсона - СКВІДами.

• Магнітне поле можна також вимірювати на основі ефекту ядерного магнітного резонансу, ефекту Хола та іншими методами.

• Магнітне поле широко використовується в техніці й для наукових цілей. Для його створення використовуються постійні магніти та електромагніти. Однорідне магнітне поле можна отримати за допомогю котушок Гельмгольца. Для створення потужних магнітних полів, необхідних для роботи прискорювачів або для утримання плазми в установках з ядерного синтезу, використовуються електромагніти на надпровідниках.

2.Взаємодія струмів.2.Взаємодія струмів.• Якщо по двох паралельних і не закріплених провідниках

пропустити постійний електричний струм то вони будуть притягуватись. Якщо ж струми будуть антипаралельні, то вони відштовхуються. Класична теорія електропровідності металів пояснює причину цього явища наступним чином.

• Метал має вільні електрони (електронний газ), розподілений всередині іонної гратки. Сумарний заряд додатньо зарядженої іонної

• гратки і від’ємно зарядженого • електронного • газу рівний нулю; заряди • розподілені в провіднику • рівномірно, так що система • не має дипольного моменту.• Внаслідок цього сумарна • напруженість електричного поля іонної гратки і

електронного газу рівна нулю, і навколо провідника відсутнє електричне полу. І тому провідники при відсутності струму не взаємодіють друг з другом.

• При наявності електричного струму, тобто направленого руху вільних електронів, між провідниками виникає сила взаємодії. Це приводить до висновку, що сили взаємодії між рухомими електричними зарядами відрізняються від сил взаємодії між нерухомими зарядами. З історичних міркувань ці сили називають магнітними.

• Згідно закону Біо-Савара-Лапласа кожний провідник з струмом створює навколо себе магнітне поле. Розглянемо взаємодію між двох прямолінійних нескінченно довгих провідників з струмом, розташованих паралельно один до одного на відстані.

• Взаємодію паралельних струмів легко пояснити і взяти за основу в означенні основної одиниці сили струму в СІ -1А. Дійсно, кожний з провідників створює в просторі навколо себе магнітне поле, яке в відповідності з законом Ампера діє на другий провідник з струмом.

• Визначивши силу, з якою діє магнітне поле другого провідника на провідник з струмом, і аналогічно силу , і порівнявши їх, можна зробити висновок, що вони рівні між собою і направлені протилежно. За одиницю сили струму СІ взято ампер (А) – сила такого незмінюючого струму, який при проходженні по двох паралельних

• прямолінійних провідниках • нескінченної довжини і малої • площі яолового поперечного • перерізу, розташованих в • вакуумі на відстані 1 м один • від другого, визнав би на • кожній ділянці провідника • довжиною 1 м силу взаємодії, рівну 2·10-7 Н.

3.Закон Ампера.3.Закон Ампера.• Закон Ампера — закон

взаємодії постійних струмів. Установлений Андре-Марі Ампером в 1820 році. Із закону Ампера виходить, що паралельні провідники з постійним струмом, поточними в одному напрямі, притягуються, а в протилежному — відштовхуються. Законом Ампера називається також закон, що визначає силу, з якою магнітне поле діє на малий відрізок провідника із струмом.

Сила АмпераСила Ампера - - це сила, яка діє на провідник із це сила, яка діє на провідник із електричним струмом з боку магнітного поля.електричним струмом з боку магнітного поля.Сила Ампера залежить від:Сила Ампера залежить від:

-сили струму I-елемента (частини)

довжинипровідника dl-кута між напрямом струму

і напрямом ліній магнітного поля α,

-магнітної індукції B

У векторній формі сила Ампера записується:

• Якщо кут між векторами B i I <90°:

• - сила Ампера• B = 1 Тл(Тесла) - індукція

магнітного поля• I = 1 А(Ампер) - сила

струму• l = 1 м(метр) - довжина

провідника• - кут між векторами B i I• Якщо кут між векторами

B i I =90°, тоді sin90°=1, звідси:

• F = BIl.

4.Закон Біо – Савара – 4.Закон Біо – Савара – Лапласа.Лапласа.

• -Савара-Лапласа закон — закон, який визначає напруженість магнітного поля електричного струму, що тече у прямолінійному дуже довгому провіднику.

• За законом Біо-Савара де H — напруженість магнітного поля в точці М на відстані r від прямолінійного провідника із струмом I (мал. 1); k — коефіцієнт пропорційності, величина і розмірність якого залежать від вибору системи одиниць, r — радіусвектор.

Закон Біо-Савара експериментально відкрили 1820 Жан-Закон Біо-Савара експериментально відкрили 1820 Жан-Батіст Біо і Фелікс Савар. Цей закон є частковим випадком Батіст Біо і Фелікс Савар. Цей закон є частковим випадком

більш загального закону Біо-Савара-Лапласа, більш загального закону Біо-Савара-Лапласа, сформульованого П. Лапласом 1820 на підставі матеріалів сформульованого П. Лапласом 1820 на підставі матеріалів

з численних дослідів Ж.-Б. Біо і Ф. Савара.з численних дослідів Ж.-Б. Біо і Ф. Савара.

• За цим законом величина напруженості магнітного поля в точці М на відстані r від елемента М провідника довільної форми визначається формулою:

• де α — кут між напрямом струму I і напрямом радіуса-вектора r. Повна напруженість магнітного поля H, створюваного струмом у провіднику довільної форми і скінченної довжини, дорівнює геометричній сумі елементарних напруженостей.

• Наприклад, інтегруванням (2) одержують формули напруженості магнітного поля навколо нескінченно довгого прямолінійного провідника зі струмом, тобто формулу Б. — С. з. (1), напруженість магн. поля в центрі колового струму .

• напруженість магнітного поля в середній частині дуже довгого соленоїда H = k4πIn та ін. Напрям напруженості магнітного поля в усіх випадках визначається за правилом ґвинта.

5.Сила Лоренца.5.Сила Лоренца.• Сила Лоренца - сила, що діє на електричний заряд, який

перебуває у електромагнітному полі.• Тут F- сила, q - величина заряду, • E- напруженість електричного поля, • v- швидкість руху заряду, B- вектор магнітної індукції.• Електричне поле діє на заряд із силою, направленою

вздовж силових ліній поля. Магнітне поле діє лише на рухомі заряди. Сила дії магнітного поля перпендикулярна до силових ліній поля й до швидкості руху заряду.

• Названа на честь Гендрика Лоренца, який розробив це поняття 1895 року.

• В теорії відносності сила Лоренца записується в коваріантій формі

• де fi - 4-вектор сили, uk - 4-швидкість, а Fik - 4-тензор електромагнітного поля.

Висновок:Висновок:• Магні́ �тне по�ле — особлива форма матерії, за допомогою

якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

• Закон Ампера — закон взаємодії постійних струмів. Установлений Андре-Марі Ампером в 1820 році.

• Сила Ампера - це сила, яка діє на провідник із електричним струмом з боку магнітного поля.Залежить від певних чинників.

• -Савара-Лапласа закон — закон, який визначає напруженість магнітного поля електричного струму, що тече у прямолінійному дуже довгому провіднику.

• Сила Лоренца - сила, що діє на електричний • заряд, який перебуває у електромагнітному полі.