ЛЕКЦИЯ 6

1.

1

2.

2

3. Магнитное поле и его характеристики

Магнитное поле
– силовое поле в пространстве,
окружающем токи и постоянные магниты.
Магнитное поле обнаруживают по его силовому
воздействию на магнитную стрелку,
проводник с током или движущийся заряд.
3

4.

Индукция
магнитного поля
B
Напряженность
магнитного поля
H
0
─ векторная физическая величина,
являющаяся силовой характеристикой
поля
(зависит от свойств
окружающей среды).
─ векторная физическая величина,
являющаяся силовой характеристикой
поля
(не зависит от свойств
окружающей среды).
B 0 H
─ магнитная постоянная
─ магнитная проницаемость среды
4

5.

Единица измерения
индукции магнитного поля – 1 тесла.
Н
1Тл 1
А м
Единица измерения
напряженности магнитного поля ─ 1 А/м.
5

6.

Магнитное поле изображают
с помощью силовых линий.
Изображение магнитных полей
с помощью силовых линий
Силовые линии магнитного
поля – замкнутые кривые.
6

7.

7

8.

Направление силовых линий
магнитного поля определяют по правилу
правого винта.
Вектора магнитной индукции
направлены по касательным к силовым линиям.8

9. Закон Био – Савара – Лапласа

0 I dl , r
dB
3
4
r
0 Idl sin
dB
2
4
r
α
B dB
l
9

10.

Магнитное поле прямого
проводника с током.
B dB
l
10

11. Магнитное поле кругового тока

0 Idl sin
dB
2
4
r
I
B dB
l
11

12. Теорема о циркуляции вектора индукции для магнитного поля в вакууме

Циркуляция вектора индукции по произвольному замкнутому
контуру равна произведению магнитной постоянной на
алгебраическую сумму сил токов, охватываемых
этим контуром.
B dl I
l
0
i
L
Каждый ток учитывается
столько раз, сколько он
охватывается контуром.
+ если направление тока
связано с направлением
обхода контура правилом
правого винта.
12

13.

Магнитное поле соленоида
B dl B dl B dl B dl B dl B dl nI
l
L
l
ab
l
bc
l
cd
l
da
l
0
ab
13

14. Действие магнитного поля на проводники с током

На прямой проводник длиной L, по которому течет ток силой I,
в магнитном поле с индукцией В действует сила Ампера FA.
Закон Ампера
Направление силы Ампера
определяется по правилу левой
14
руки.

15.

Магнитное
взаимодействие
токов
0 2I1 I 2
FA
L
4 R
L ─ длина проводника.
15

16.

16

17. Действие магнитного поля на движущиеся заряды.

Сила Лоренца
На заряд q, движущийся со скоростью V в магнитном поле
с индукцией B, действует сила Лоренца.
Модуль силы Лоренца
FЛ qVB sin
Направление силы зависит
от знака заряда.
+ правило левой руки;
- правило правой руки.
17

18.

0 sin 0 FЛ 0
2
sin 1 FЛ qVB
Движение по окружности
радиуса R.
Радиус окружности
определяется из условия
mV 2
mV
qVB
R
R
qB
Период вращения частицы
2 m
T
B q
18

19.

Движение частицы под углом к направлению
вектора магнитной индукции
Состоит из двух движений:
1) равномерное движение по окружности;
2) равномерное прямолинейное движение вдоль поля.
В результате сложения двух движений
возникает движение по винтовой линии.
19

20.

Шаг винтовой линии
P VT cos
2 R
T
V
2 mV cos
P
Bq
mV
R
qB
20

21.

Масс-спектрометр –
прибор для разделения
заряженных частиц
(ионизированных молекул,
атомов) по их массам.
Основан на воздействии
электрических и магнитных
полей на пуки ионов.
Траектории частиц, прошедших
через электрические и магнитные
поля, зависят от их массы.

22.

23.

24.

УСКОРИТЕЛИ
МИКРОЧАСТИЦ
24

25.

26.

27.

Большой адронный коллайдер
Большой адронный коллайдер находится в
тоннеле, длина окружности которого составляет
26,7 км. Глубина его расположения колеблется от
50 до 170 м. Для удержания и коррекции пучков
протонов применяются 1624 сверхпроводящих
магнита, работающие при температуре минус
271,3 градуса по Цельсию (чуть больше
абсолютного нуля).
Скорость протонов при максимальной мощности
БАК — 0,999999998 скорости света. При этом
температура, которая создается в малом объеме,
может достигать значений в 100 000 раз выше, чем
27
температура Солнца.

28.

Большой адронный коллайдер
Большой адронный коллайдер
находится в тоннеле, длина
окружности которого составляет
26,7 км. Глубина его расположения
колеблется от 50 до 170 м.
28

29.

Для удержания и коррекции пучков протонов
применяются 1624 сверхпроводящих магнита,
работающие при температуре
минус 271,3 градуса по Цельсию
(чуть больше абсолютного нуля).
29

30.

Скорость протонов при
максимальной мощности БАК
— 0,999999998 скорости света.
30

31. Магнитное поле Земли

31

32.

Магнитное поле Земли
заставляет заряженные
частицы входящие в
состав космического
излучения и обладающие
большой энергией
изменять траекторию
движения и не попадать
на поверхность Земли.
32

33.

33

34.

34

35.

35

36.

36

37.

Проходя через верхние
слои атмосферы, поток
заряженных частиц
вызывает появление
свечения.
Поэтому в полярных
широтах часто
наблюдается такое
явление, как
«полярное сияние».
37

38.

38

39.

39

40.

40

41.

41

42.

42

43.

43

44.

44

45.

45

46.

46

47.

47

48.

48

49.

49

50.

50

51.

51

52.

52

53.

53

54.

54

55.

55

56.

56

57.

57

58.

По последним сообщениям Nature, исследователи из
University of Oldenburg обнаружили, что перелетные птицы не просто
«чувствуют» магнитное поле Земли, но видят его глазами.
58

59.

59

60.

60

61.

МАГНИТОТЕРАПИя
61

62.

62

63.

63

64.

70 летний
Лив Тоу Лин
из Малайзии недавно
сумел протащить
автомобиль по с помощью
железной цепи
прикрепленной к железной
пластине на его животе.
Он говорит, что
обнаружил в себе
способность притягивать
различные предметы, как
магнит.
64

65.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПУШКА
Принцип действия
Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого
находится ствол. В один из концов ствола вставляется
снаряд. При протекании электрического тока в соленоиде
возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд,
«втягивая» его внутрь соленоида. Если в момент
прохождения снаряда через середину соленоида отключить в
нём ток, то магнитное поле исчезнет, и снаряд по инерции
вылетит из другого конца ствола.
65

66.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПУШКА
Кинетическая энергия боеприпаса превышает 32 МДж.
В дальнейшем предполагается провести
испытания на энергиях до 64 МДж.
Один мегаджоуль сравним с кинетической энергией
1-тонного автомобиля, несущегося на скорости
160 км/ч.
66

67.

Дальность стрельбы в 90-185 км
Начальная скорость снаряда – 2,5 км/с.
Ускорение снаряда составляет 45 000 g.
Ствол орудия с беспрецедентной начальной скоростью
боеприпаса – многоразовый.
67

68.

68

69.

69