ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 133
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Ферромагнетиками называют вещества, которые слабо намагничиваются в направлении, противоположном индукции намагничивающего поля, то есть ослабляющими внешнее магнитное поле.
В веществе магнитное поле создается не только токами, которые текут по проводам, но и движениями электронов, которые происходят внутри атомов и молекул самого вещества. Эти движения эквиваленты микроскопическим токам (молекулярные токи).
В отсутствии внешнего поля молекулярные токи ориентированы беспорядочно, и их магнитные поля скомпенсированы. При наложении внешнего поля компенсация нарушается и, как принято говорить, - тело намагничивается.
IV. Закрепление изученного материала
- Какие вещества называют ферромагнетиками?
- Что такое температура Кюри?
- Какими магнитными свойствами обладают диамагнетики и парамагнетики?
- Существует ли остаточная намагниченность у параV. Подведение итогов урока
Домашнее задание
п. 7;
Р - 843.
Творческое задание: Предложите способ нахождения температуры Кюри. Определите ее и сверьте свой результат с табличными данными.
магнетиков.
Тема.Решение Задач
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА 3.1. Основные определения и формулы Связь орбитального магнитного m p и орбитального механического Le моментов электрона m e Le m e p gL 2 , где g e 2m - гиромагнитное отношение орбитальных моментов. Намагниченность J Pm V pa V , где Pm pa - магнитный момент магнетика, равный векторной сумме магнитных моментов отдельных молекул. Связь между намагниченностью и напряженностью магнитного поля J H , где - магнитная восприимчивость вещества. Связь между векторами B, H , J B H J 0 , где 0 - магнитная постоянная. Связь между магнитной проницаемостью и магнитной восприимчивостью вещества 1 Закон полного тока для магнитного поля в веществе (теорема о циркуляции вектора B ) Bd B d I I 0 L l L , где d - вектор элементарной длины контура, направленный вдоль обхода контура; Bl - составляющая вектора B в направлении касательной контура L произвольной формы; I и I - соответственно алгебраические суммы макротоков (токов проводимости) и микротоков (молекулярных токов), охватываемых заданным контуром. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля Hd I L , где I - алгебраическая сумма токов проводимости, охватываемых контуром L . 49 3.2. Примеры решения задач 3.1. Считая, что электрон в атоме водорода обращается по круговой орбите радиуса r 0,53 10 см 8 со скоростью 22 10 см / с 7 , вычислить его орбитальный магнитный момент. Дано: P ? ________________________ e 1,6 10 Кл 22 10 см / с 22 10 м / с r 0,53 10 см 0,53 10 м m 19 7 5 8 -10 Решение: Движение электрона по орбите можно рассматривать как круговой ток I, обладающий магнитным моментом: Р IS m , где 2 S r - площадь, ограниченная орбитой электрона. Если электрон за одну секунду делает n оборотов, то I en , а 2 r n , откуда 2 r n и 2 r e I . Тогда магнитный момент электрона будет равен: 2 e r r 2 r e P I S 2 m . Подставив числовые значения, получим: A м 9,3 10 А м . 2 1,6 10 22 10 0,53 10 P 2 24 2 19 5 10 m Ответ : 24 2 Pm 10 А м . 3.2. Соленоид длиной l 20см, площадью поперечного сечения 2 S 10см и общим числом витков N 400 находится в диамагнитной среде.
Определить силу тока в обмотке соленоида, если его индуктивность L 1мГн и намагниченность J внутри соленоида равна 20A/ м. Дано: I - ? ________________ J 20A/м L 1мГн 10 Гн, N 400, S 10см 10 м , l 20см 0,2 м, -3 2 3 2 Решение: Намагниченность внутри соленоида J H, где - магнитная восприимчивость вещества; H - напряженность магнитного поля. Так как магнитная проницаемость вещества 1 , то J ( 1)H. (1) Циркуляция вектора напряженности магнитного поля 50 k k L L 1 Hd H d I , т.е. равна алгебраической сумме токов, охватываемых контуров. Для соленоида Hl NI , откуда H NI / l. Индуктивность соленоида L N S / l 2 0 , тогда . 2 0N S Ll Подставив значения и H в формулу (1), получим , l NI 1 N S Ll J 2 0 откуда искомая сила тока . 1 N S Ll N Jl I 2 0 Вычисляя и учитывая, что для диамагнетиков 0 , получаем I 2,09A. Ответ: I 2,09A. 3.3. Cоленоид, находящийся в диамагнитной среде, имеет длину l=50 см, площадь поперечного сечения 10 см2 и число витков N=1200. Индуктивность соленоида L=36 мГн, а сила тока, протекающего по нему I=0,8 А. Определить: 1) Магнитную индукцию внутри соленоида; 2) Намагниченность внутри соленоида. Дано: B - ? J - ? ________________ I 0,8 A L 3,6 10 Гн N 1200 S 10см 10 м l 50см 0,5 м 2 2 3 2 Решение: Индуктивность соленоида связана с числом витков и геометрическими размерами посредством формулы l N S L 2 0 (1) где - магнитная проницаемость среды. Поскольку среда является диамагнитной, то не зависит от характеристик магнитного поля, создаваемого соленоидом. Применяя к соленоиду теорему о циркуляции вектора напряженности магнитного поля, получим Hd NI L , откуда H NI l (2) где контур L охватывает витки соленоида, проходя частично через него. При этом учитывается только та его часть, которая располагается внутри соленоида; где поле приблизительно однородно. Учитывая связь намагни- 51 ченности с напряженностью, J 1H , используя выражения (1) и (2), получим 1 1 1 2 0 NI N S L J (3) Cвязь индукции с напряженностью B 0H . После подстановки значения и Н из (1) и (2), находим NS LI B (4) Подстановка в (3) и (4) численных значений величин дает J 10,1А/м; В 0,7Тл . Ответ: J 10,1А/м; В 0,7Тл 3.3. Задачи для самостоятельного решения 123. Электрон в атоме водорода движется вокруг ядра по круговой орбите некоторого радиуса. Чему равно отношение магнитного момента эквивалентного кругового тока к величине момента импульса орбитального движения электрона. (Ответ : pm/L=8,8∙1010A∙c/кг). 124. В магнитном поле с индукцией 2∙10-5 Тл помещен шарик из висмута (χ=-1,76∙10-4 ) радиусом 5 мм. Каков магнитный момент шарика? Куда он направлен? (Ответ: pm=1,5∙10-9 A∙м 2 , против поля). 125. Решить предыдущую задачу для шарика из вольфрама (χ=1,76∙10-4 ). (Ответ: pm=1,5∙10-9 A∙м 2 , вдоль поля). 126. В соответствии с законом Кюри магнитная восприимчивость парамагнитного вещества обратно пропорциональна его абсолютной температуре. Для некоторого парамагнетика магнитная восприимчивость опреде0 500 1000 1500 0.5 1.0 1.5 B, Тл H, А/м Рис.3.1 52 лена при 0˚С. Определить, как должна измениться температура, чтобы магнитная восприимчивость возросла на 10%. (Ответ : T2=248K) 127. Алюминиевый стержень (μ=1,000023) внесен в однородное магнитное поле. Сколько процентов суммарного поля в этом стержне приходится на долю внутреннего магнитного поля. (Ответ : Х=0,0023%) 128. Зная, что напряженность однородного магнитного поля в вольфраме Н=10А/м, определить магнитную индукцию поля, обусловленную намагничиванием. Магнитная восприимчивость для вольфрама χm=1,75∙10-4 . (Ответ : B 2,2 10 Tл 9 ). 129. Кривая первоначального намагничивания технически чистого железа показана на рисунке 3.1. Пользуясь графиком, найти значение магнитной проницаемости этого материала при напряженностях магнитного поля: 50A/м ; 75А/м ; 100A/м ; 200A/м; 500A/м ; 1000A/м ; 1500A/м. 130. В условиях предыдущей задачи построить график зависимости магнитной проницаемости от напряженности поля. По графику оценить, при какой напряженности достигается максимальная магнитная проницаемость и чему она ориентировочно равна. (Ответ: μmax=9,6∙103 при H=75A/м). 131. Железный сердечник находится в однородном магнитном поле напряженностью H = 1 кА/м. Определить индукцию В магнитного поля в сердечнике и магнитную проницаемость железа. Для определения магнитной
проницаемости воспользоваться графической зависимостью, приводимой на рис.3.1. Явление гистерезиса не учитывать.(Ответ: μ=1034,51.) 132. На железное кольцо намотано в один слой N = 500 витков провода. Средний диаметр d кольца равен 25 см. Определить магнитную индукцию В в железе и магнитную проницаемость железа, если сила тока I в обмотке: 1) 0,5 А; 2) 2,5 А. Для определения магнитной проницаемости воспользоваться графической зависимостью, приводимой на рис.3.1. Явление гистерезиса не учитывать.(Ответ: В1=1,00 Тл; μ1=2500; В2=1,38 Тл; μ2=690.) 133. Замкнутый соленоид (тороид) с железным сердечником имеет п = 10 витков на каждый сантиметр длины. По соленоиду течет ток I = 2 А. Вычислить магнитный поток Ф в сердечнике, если его сечение S = 4 см 2 . Для определения магнитной проницаемости воспользоваться графической зависимостью, приводимой на рис.3.1. Явление гистерезиса не учитывать.(Ответ: Ф=5,20·10-4 Вб; μ=517.) 134. Обмотка соленоида с железным сердечником содержит N = 500 витков. Длина ℓ сердечника равна 50 см. Как и во сколько раз изменится индуктивность L соленоида, если сила тока, протекающего по обмотке, возрастет от I1 = 0,2 А до I2 = 1 А. Для определения магнитной проницаемости воспользоваться графической зависимостью, приводимой на рис.3.1. Явление гистерезиса не учитывать.(Ответ: μ1=3382; μ2=676; Индуктивность уменьшается в L1/l2=3,269 раз.)
Тема.Электромагнитная индукция.Магнитный поток
Цель: сформулировать закон электромагнитной индукции.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение
- Опишите опыты, в которых можно наблюдать индукцию тока.
- Каким должно быть магнитное поле, чтобы в неподвижном проводнике появился индукционный ток?
От чего зависит число силовых линий магнитного ноля, пронизывающих данный контур?
- Как определяют направление нормали к контуру?
- Что такое «магнитный поток»?
- В каких единицах измеряется магнитный поток?
- В чем заключается правило Ленца?
III. Проведение лабораторной работы
Лабораторная работа по теме «Исследование зависимости силы индукционного тока от скорости изменения магнитного потока»
Оборудование: источник питания, миллиамперметр, катушка- моток, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, магнит дугообразный, реостат ползунковый, ключ замыкания тока, комплект проводов.
Ход работы
1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.
2. Вставляйте и вынимайте дугообразный магнит из катушки с различной скоростью и для каждого случая замечайте максимальную силу индукционного тока.
3. Катушку соедините с миллиамперметром, наденьте на катушку с железным сердечником и подключите последнюю через реостат и ключ замыкания тока к источнику питания.
4. Изменяйте силу тока в катушке электромагнита при помощи реостата с различной скоростью и для каждого случая замечайте максимальную силу индукционного тока.
5. Ответьте на вопросы:
а) В каком случае скорость изменения магнитного потока через катушку, соединенную с миллиамперметром, была больше: при медленном или быстром движении магнита? При медленном или быстром изменении силы тока в катушке электромагнита?
Цель: сформулировать закон электромагнитной индукции.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение
- Опишите опыты, в которых можно наблюдать индукцию тока.
- Каким должно быть магнитное поле, чтобы в неподвижном проводнике появился индукционный ток?
- От чего зависит число силовых линий магнитного ноля, пронизывающих данный контур?
- Как определяют направление нормали к контуру?
- Что такое «магнитный поток»?
- В каких единицах измеряется магнитный поток?
- В чем заключается правило Ленца?
III. Проведение лабораторной работы
Лабораторная работа по теме «Исследование зависимости силы индукционного тока от скорости изменения магнитного потока»
Оборудование: источник питания, миллиамперметр, катушка- моток, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, магнит дугообразный, реостат ползунковый, ключ замыкания тока, комплект проводов.
Ход работы
1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.
2. Вставляйте и вынимайте дугообразный магнит из катушки с различной скоростью и для каждого случая замечайте максимальную силу индукционного тока.
3. Катушку соедините с миллиамперметром, наденьте на катушку с железным сердечником и подключите последнюю через реостат и ключ замыкания тока к источнику питания.
4. Изменяйте силу тока в катушке электромагнита при помощи реостата с различной скоростью и для каждого случая замечайте максимальную силу индукционного тока.
5. Ответьте на вопросы:
а) В каком случае скорость изменения магнитного потока через катушку, соединенную с миллиамперметром, была больше: при медленном или быстром движении магнита? При медленном или быстром изменении силы тока в катушке электромагнита?
Ads by optAd360
б) Что можно сказать о зависимости силы индукционного тока и ЭДС-индукции от скорости изменения магнитного потока через катушку?
6. Ответы запишите в тетрадь.
IV. Изучение нового материала
Магнитный поток наглядно истолковывается как число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.
Если за малое время Δt магнитный поток меняется на ΔФ, то скорость изменения потока
