 |
|
Справочный материал к тестированию по теме
Магнитное поле – особый вид материи, который существует независимо от наших знаний о нем и о существовании которого можно судить по его влиянию на вещество. Всякое вещество, попадая в магнитное поле, намагничивается. Постоянное магнитное поле создается:
1. движущимися зарядами;
2. постоянными токами;
3. природными магнитами
Магнитное поле, как и электростатическое, изображается с помощью силовых линий, касательными к которым являются вектора магнитной индукции 
. Густота силовых линий определяет значение в соответствующей области пространства.Особенностью силовых линий является то, что они всегда замкнуты, так как магнитное поле в отличие от электростатического поля является вихревым (соленоидальным). Замкнутость силовых линий говорит об отсутствии отдельных магнитных зарядов в природе. Для векторов магнитной индукции выполняется принцип суперпозиции, для которого можно выделить две формулировки:
1. Если проводник можно некоторым образом полностью уместить на плоскости или движение заряженной частицы является плоским, то результирующий вектор магнитной индукции всегда лежит на прямой перпендикулярной соответствующей плоскости. Он равен алгебраической сумме векторов магнитной индукции, созданных различными элементарными участками проводника или отдельными положениями заряда.
2. Если проводник или движение заряда являются пространственными, то направление результирующего вектора зависит от геометрии проводника или траектории. Он равен геометрической сумме векторов магнитной индукции, созданных различными элементарными участками проводника или отдельными положениями заряда.
Основными опытами в магнитостатике являются опыты Ампера и Эрстеда. Ампер проводил опыт с двумя параллельными проводниками с током. Он заметил, что при протекании по ним тока одного направления, они притягиваются, а при протекании противоположных токов – отталкиваются. Эрстед изучал влияние тока в проводнике на стрелку компаса. Он заметил, что в присутствии проводника, стрелка компаса испытывает дополнительное отклонение
Силовые линии магнитного поля, созданные прямым током, являются концентрическими окружностями, охватывающими проводник и лежащими в плоскостях перпендикулярных проводнику. Направление циркуляции вектора магнитной индукции вдоль силовой линии определяется по правилу буравчика (правого винта): если поступательно движущуюся часть буравчика (винта) направить по току, то вращающаяся часть будет указывать на направление циркуляции вектора .
Силовые линии кругового тока представляют собой замкнутые кривые линии, охватывающие круговой контур. Направление вектора в центре кругового тока, а, следовательно, и направление его циркуляции также определяется по правилу буравчика (правого винта): если вращающуюся часть сонаправить с током, то поступательная часть будет указывать на направление вектора .
Силовые линии соленоида похожи на силовые линии кругового тока и являются замкнутыми, а соленоид представляет собой провод, навитый на круглый цилиндрический каркас. В отличие от кругового тока и прямого провода он является пространственным проводником. Вне бесконечно длинного соленоида магнитная индукция равна нулю.
Магнитное поле воздействует на объекты, которые его создают. Так, на проводник с током действует со стороны магнитного поля сила Ампера. Она перпендикулярна плоскости, в которой лежит вектор и проводник с током. На движущийся заряд со стороны магнитного поля действует магнитная сила, которая перпендикулярна плоскости векторов и скорости движущегося заряда. Если помимо магнитного поля на частицу действует и электрическое поле, то результирующую силу называют силой Лоренца. Следовательно, с помощью электрических и магнитных полей можно управлять движением заряженных частиц. Эта возможность используется в ускорительной технике.
Дивергенция вектора индукции магнитного поля всегда равна нулю, что говорит о его вихревом характере (о замкнутости его силовых линий). Ротор вектора напряженности магнитного поля 
равен вектору плотности тока 
и совпадает с ним по направлению. Из выражения для ротора можно получить закон полного тока (закон Эрстеда): циркуляция вектора напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме токов, охваченных соответствующим контуром. Алгебраическую сумму токов называют полным током.
Потоком вектора называют число линий пронизывающих некоторую поверхность. Работа над проводником с током в магнитном поле пропорциональна изменению потока, вызванного их взаимодействием и току, протекающему по проводнику. Магнитное взаимодействие движущихся зарядов всегда меньше электрического в 
раз, где 
- соответственно скорости зарядов и света. Поэтому его считают релятивистским эффектом.
Основные соотношения:
Силавзаимодействия двух параллельных токовв вакууме: 
,
где 
- взаимодействующие токи, 
- постоянная магнитная проницаемость, 
- расстояние между проводниками.
Поле свободно движущегося заряда: 
,
где 
- соответственно скорость движущейся частицы и радиус – вектор, проведенный от начального фиксированного положения частицы до точки среды, в которой создается магнитное поле; 
- заряд частицы.
Закон Био – Савара – Лапласа (БСЛ): 
,
где 
- бесконечно малый линейный элемент провода, 
- расстояние от линейного элемента до точки среды, в которой создается магнитное поле.
Магнитное поле прямого тока в случае
бесконечного проводника на расстоянии : 
Магнитное поле кругового токарадиуса 
: 
Магнитное поле внутри бесконечного соленоида
с числом витков 
на единицу длины: 
Поток вектора : 
Работа, совершаемая в магнитном поле
над контуром с током: 
Сила Лоренца: 
Закон Ампера: 
Магнитный момент контура с током: 
где 
- величина элементарного кругового тока, а 
- площадь, ограниченная током.
Момент силы, действующий на магнитный момент 
в магнитном поле : 
Энергия взаимодействия магнитного момента с : 
Дивергенция вектора : 
Теорема Гаусса для вектора : 
Ротор вектора напряженности магнитного поля 
Закон полного тока (Эрстеда): 
Варианты тестов промежуточного контроля по теме
ТЕСТ№1
1. Отсутствие в природе отдельных магнитных зарядов говорит о том, что силовые линии магнитного поля всегда _________.
2. Вектор магнитной индукции по отношению к силовой линии всегда направлен по ________.
3. Вектор магнитной индукции поля движущегося заряда определяется соотношением ________.
4. В случае плоского проводника с током результирующий вектор магнитной индукции в некоторой точке пространства равен __________ сумме соответствующих векторов, создаваемых отдельными участками.
5. Работа, совершаемая в магнитном полем над проводником с током, равна: ____ .
6. На проводник с током в постоянном магнитном поле действует сила _______ .
7. Момент силы действующей на магнитный момент со стороны магнитного поля можно найти по формуле: ________.
8. Магнитное взаимодействие двух движущихся зарядов по отношению к электрическому считают _________ эффектом.
9. Чему равен ротор вектора напряженности магнитного поля?
10. Вектор магнитной индукции в центре кругового тока определяется выражением: ________ .
ТЕСТ№2
1. Силовые линии прямого тока имеют вид ____________ и лежат в плоскости __________ проводнику.
2. Взаимодействие двух параллельных проводников с токами описывается соотношением ______.
3. Закон Био – Савара – Лапласа имеет вид _________.
4. Чем не может быть создано постоянное магнитное поле: 1) природными магнитами; 2) покоящимися зарядами; 3) проводниками с постоянными электрическими токами? ______ (указать необходимую цифру или цифры)
5. Чему равна дивергенция от вектора магнитной индукции?
6. Какая сила действует со стороны электромагнитного поля на движущуюся заряженную частицу?
7. Поток вектора магнитной индукции через поперечную площадку в случае однородного поля и поверхности определяется по формуле ______.
8. Чему равен магнитный момент элементарного контура с током?
9. Закон полного тока имеет вид: _______.
10. Как направлена сила Ампера по отношению к плоскости проводника и вектора магнитной индукции?
ТЕСТ№3
1. Магнитное поле в отличие от электростатического является ________.
2. Чем может быть создано постоянное магнитное поле: 1) силовыми линиями; 2) покоящимися зарядами; 3) проводниками с постоянными электрическими токами? ______ (указать необходимую цифру или цифры)
3. Вектор магнитной индукции прямого проводника с током в некоторой точке пространства равен ________.
4. Провод, навитый на круглый цилиндрический каркас, называют ______.
5. Энергия взаимодействия магнитного момента элементарного кругового тока с магнитным полем является максимальной, если магнитный момент _______ вектору магнитной индукции.
6. Чему равна магнитная сила в случае, когда скорость частицы сонаправлена с вектором магнитной индукции?
7. Теорема Гаусса для вектора магнитной индукции имеет вид ________.
8. Магнитное поле внутри соленоида определяется соотношением _______.
9. Сила ампера равна нулю при наличии магнитного поля и проводника с током, в случае когда _______.
10. Циркуляция вектора напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура равна _________, охваченных соответствующим контуром.
ТЕСТ№4
1. Всякое вещество, попадая в магнитное поле, __________
2. Эрстед заметил, что в присутствии проводника, _____ испытывает дополнительное отклонение.
3. Магнитное поле вне бесконечного соленоида равно _______.
4. Момент силы имеет максимальное значение, если магнитный момент ______ вектору магнитной индукции.
5. Густота силовых линий определяет значение _________.
6. Сила Лоренца есть сумма ___________ сил.
7. Чему равна работа магнитного поля над контуром, если поток пронизывающий контур не изменяется.
8. Сила Лоренца равна __________.
9. Создает ли движущаяся частица магнитное поле, в случае, когда она совершает радиальное движение
10. Магнитное взаимодействие движущихся зарядов _______ электрического в раз