Тема 3.2.2 Магнітне поле прямого провідника зі струмом. Магнітне поле колового струму, соленоїда.

 

План

1 Магнітне поле колового струму.

2 Магнітне поле прямого провідника зі струмом.

3 Соленоїда.

 

Література:

[1] Чолпан П.П. Фізика: Підручник. – К.: Вища шк., 2004. – 567 с.

(§ 141)

[2] За редакцією І.Є. Лопатинського. Зачек І.Р., Кравчук І.М., Романишин Б.М. та ін. Курс фізики:

Навчальний підручник. – Львів: Видавництво «Бескид Біт», 2002 р. – 367 с. (§67 -§69)

 

 

1 Користуючись законом Біо-Савара-Лаплпса, визначимо напруженість магнітного поля в центрі колового провідника (тобто в точці 0) радіуса r, по якому проходить струм І. Поділимо цей провідник на n малих ділянок завдовжки Δl кожна, таких, щоб кожна ділянка Δl_і була набагато менша від r. За законом Біо-Савара-Лаплпса, в точці 0 елемент провідника створює поле

Як видно з рисунку кут α між напрямом струму в провіднику і r дорівнює π/2, оскільки через мализну можна вважати, що струм в напрямлений по дотичній до кола. Отже, sin α = sin π/2= 1’

Щоб визначити напрям ΔН_і, використаємо правило гвинта.

Де б не був елемент провідника, напруженість, яку він створює, буде напрямлена за рисунок, перпендикулярно до його площини, тобто ΔН_і від усіх елементів провідника дорівнює алгебраїчній сумі:

.

Оскільки всі елементи провідника однаково віддалені від центра провідника на відстань, яка дорівнює r, і струм І = const, то величину І/(4 π r²) можна винести за знак суми, тоді

 

Оскільки =2 π r, дістанемо .

Індукція цього поля В = μμ₀Н = μμ₀І/(2r).

Напрями векторів Н і В збігаються.

 

2 Використавши закон Біо-Савара-Лаплпса, можна обчислити напруженість та індукцію поля, створюваного провідником із струмом будь-якої форми.

Для розв’язування задач корисно знати формули напруженості та індукції магнітного поля нескінченно довгого прямолінійного провідника:

- найкоротша відстань від провідника до тієї точки, в якій визначають Н або В.

 

3 Нескінченно довго соленоїда або тороїда:

Н = Іn, B = μμ₀Іn

 

n – кількість витків, які припадають на одиничну довжину соленоїда або середньої лінії тороїда.

 

 

Контрольні запитання

1 Чому дорівнює напруженість магнітного поля в центрі колового провідника?

2 Чому дорівнює напруженість та індукція магнітного поля?

3 Назвіть формулу соленоїди.

 

Змістовий модуль 3.2 Магнетизм. Магнітне поле електричного струму.

Тема 3.2.3 Магнітне поле Землі. Взаємодія магнітосфери Землі з сонячним вітром. (Самостійне вивчання)

 

План

1 Магнітні полюси.

2 Магнітне поле.

 

Література:

[1] Чолпан П.П. Фізика: Підручник. – К.: Вища шк., 2004. – 567 с. § 9.5

 

1 Застосування компаса, магнітна стрілка якого завжди встановлюється цілком певно в кожному місці Землі, свідчить про те, що Земля с магнітом і що у навколоземному просторі існує магнітне поле. Магнітні полюси Землі не збігаються з географічними полюсами. Південний магнітний полюс Землі розміщується у північній півкулі. Його координати: 70⁰ 50' північної широти і 96⁰ західної довготи. Північний магнітний полюс лежить у південній півкулі на 70⁰ 10' південної широти і 150⁰ 5' східної довготи. Магнітні полюси дрейфують з часом. Наприклад, 1600 р. магнітний полюс у північній півкулі був на 78⁰ північної широто і 59⁰ західної довготи, знаходився на відстані близько 1300 км від географічного полюса. Тепер ця відстань становить близько 2100 км (він лежить за кілька сот кілометрів від берегів Північної Америки)- Внаслідок незбігання магнітних і географічних полюсів між площинами магнітного (у цій площині встановлюється стрілка компаса) і географічного меридіанів для кожного місця на Землі існує певний кут, який називають кутом схилення. Компасна стрілка встановлюється не горизонтально до поверхні Землі, а під деяким кутом, який називають кутом нахилу. Це означає, що лінії магнітного поля не паралельні поверхні Землі, а дещо нахилені. Кут нахилу неоднаковий для різних точок Землі. Силові лінії магнітного поля Землі на екваторі напрямлені горизонтально до її поверхні, біля магнітних полюсів Землі — вертикально, а в усіх інших місцях — під деяким кутом.

2 Магнітне поле у кожній точні Землі характеризується горизонтальною складовою напруженості магнітного поля (проекцією напруженості магнітного поля на горизонтальну площину), кутами схилення і нахилу. Напруженість магнітного поля Землі незначна. Вона змінюється від 0,34 Е на екваторі до 0,66 Е біля полюсів. Винятком є окремі райони магнітної аномалії, де напруженість магнітного поля Землі більша у зв'язку із покладами магнетитових та інших залізних руд. Наприклад, у зоні за «сильнішої у світі Курської аномалії над потужними пластами залізних руд вертикальна складова напруженості поля в деяких місцях досягає 2 Е. а горизонтальна — 1,1Е (замість звичайних

0,2 Е для цієї широти),

Магнітне поле Землі зазнає дуже повільних змін. Це так звані вікові зміни. Крім того, вивчено річні й добові зміни. Іноді ці зміни виникають швидко і різко. Такі явища називають магнітними бурями. У роки великої сонячної активності кількість магнітних бур досягає максимуму. Періоди найбільшого підвищення сонячної активності повторюються через 11,5 років.

 

 

Контрольні запитання

1 Що собою являє магнітне поле Землі?

2 Які причини існування магнітосфери Землі?

3 Які явища спричиняють зміну магнітного поля Землі?

 

 

Змістовий модуль 3.2 Магнетизм. Магнітне поле електричного струму.

 

Лекція № 15