Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
Низкотемпературная газоразрядная плазма, образующаяся при тлеющем, искровом и дуговом разрядах в газах, широко
I
Рис. III.9.4
284
ГЛ. III. 10. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
используется в различных источниках света, в газовых лазерах, для сварки, резки, плавки и других видов обработки металлов. Плазма служит в качестве рабочего тела в плазменных ракетных двигателях и МГД-генераторах. Осуществление в будущем управляемой термоядерной реакции в высокотемпературной плазме позволит человечеству получить практически неисчерпаемый источник энергии.
Глава 111.10 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
§ III. 10.1. Магнитная индукция. Сила Лоренца
1°. Магнитным полем называется одна из форм проявления электромагнитного поля (111.2.1.1°). Магнитное поле действует только на движущиеся электрически заряженные частицы и тела, на проводники с током и на частицы и тела, обладающие магнитными моментами (111.10.4.3° и III.12.1).
Магнитное поле создается проводниками с током, движущимися электрически заряженными частицами и телами, частицами и телами, обладающими магнитными моментами, а также изменяющимся во времени электрическим полем (111.14.3.1°).
2°. Силовой характеристикой магнитного поля служит вектор магнитной индукции В (вектор индукции магнитного поля).
Вектор В можно ввести одним из трех эквивалентных способов:
а) исходя из силового действия магнитного поля на движущуюся в нем заряженную частицу — точечный электрический заряд (п. 3°);
б) основываясь на силовом действии магнитного поля на малый элемент проводника с током (111.10.2.3°);
в) исходя из силового действия магнитного поля на небольшую рамку с током (111.10.5.2°).
3°. На электрически заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле со скоростью v, действует сила Лоренца (см. также п. 5°), которая направлена всегда перпендикулярно к вектору V. Отношение Fjj/d <7 |и), где q — заряд частицы, не зависит, как показывает опыт, ни от q, ни от v. При изменении
§ III. 10.1. МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. СИЛА ЛОРЕНЦА
285
направления скорости частицы в рассматриваемой точке поля сила Fjl изменяется от
0 до значения Fj1mbkc, связанного с магнитной индукцией В в этой точке поля соотношением
)
V
I В
(В СИ),
(в СГС),
Рис. III. 10.1
F
rJl макс
у
где с = 3 • IO10 см/с — электродинамическая постоянная (IX).
Итак, магнитная индукция В численно равна в СИ отношению силы, действующей на заряженную частицу со стороны магнитного поля, к произведению абсолютной величины заряда и скорости частицы, если направление скорости частицы таково, что эта сила максимальна. Вектор В направлен перпендикулярно к вектору силы Fji мвкс, действующей на положительно заряженную частицу (q > 0), и вектору скорости v частицы так, что из конца вектора В вращение по кратчайшему расстоянию от направления силы Fjl макс к направлению скорости V видно происходящим против часовой стрелки. Иначе говоря, векторы Fjl макс, v и В образуют правую тройку (рис. III.10.1).
4°. Для графического изображения стационарного, т. е. не изменяющегося со временем, магнитного поля пользуются методом линий магнитной индукции. Линиями магнитной индукции (силовыми линиями магнитного поля) называются линии, проведенные в магнитном поле так, что в каждой точке поля касательная к линии магнитной индукции совпадает с направлением вектора В магнитной индукции в этой точке поля. Линии магнитной индукции нигде не обрываются, т. е. не начинаются и не кончаются. Они либо замкнуты, либо идут из бесконечности в бесконечность, либо бесконечно навиваются на некоторую поверхность, всюду плотно заполняя ее, но никогда не возвращаясь вторично в любую точку поверхности. Последний случай осуществляется, например, в магнитном поле, создаваемом системой из кругового тока и бесконечного прямолинейного проводника с током, проходящего через центр кругового витка с током, перпендикулярно к его плоскости.
286
ГЛ. ШЛО. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Магнитное поле называется однородным, если во всех его точках вектор магнитной индукции В имеет одно и то же значение. В противном случае магнитное поле называется неоднородным.
5°. На частицу с электрическим зарядом q, движущуюся в магнитном поле со скоростью v, направленной произвольным образом по отношению к вектору магнитной индукции В, действует сила Лоренца, равная
Fjl = q[vB] (в СИ),
Fji = f [vB] (в СГС).
На рис. III. 10.2 показаны взаимные расположения векторов V, В и Fji для положительного (q > 0) и отрицательного (q < 0) зарядов. Модуль силы Лоренца равен
= IЧ\VB sin а (в СИ),
Fji= yvB sina (в СГС),
где a — угол между векторами v и В.
Сила Лоренца направлена всегда перпендикулярно к скорости заряженной частицы и сообщает ей нормальное ускорение (1.1.4.6°). He изменяя модуля скорости частицы, а лишь изменяя ее направление, сила Лоренца не совершает работы. Поэтому кинетическая энергия заряженной частицы при движении частицы в магнитной поле не изменяется.
§ III. 10.2. ЗАКОН АМПЕРА
287