uabooks.top » Fizika » 16. Elektromágneses tér
Інформація про новину
  • Переглядів: 55
  • Дата: 2-07-2020, 04:10
2-07-2020, 04:10

16. Elektromágneses tér

Категорія: Fizika




Az elektromágneses kölcsönhatás a természetben létező négy alapkölcsönhatás egyike. Az elektromos töltéssel rendelkező részecskék között jön létre, felelős az anyagszerkezetért (létrehozza az atomokban az elektronok és a mag, a molekulákban az atomok közötti kapcsolatot), kémiai és biológiai folyamatokat határoz meg. Az anyagok különböző halmazállapotai, a rugalmassági, súrlódási és egyéb erők szintén elektromágneses természetűek. Az elektromágneses kölcsönhatás az elektromágneses tér közreműködésével megy végre.

Mi az elektromágneses tér?

Az elektromágneses tér az anyag létezésének formája, amely a töltött részecskék közötti kölcsönhatást valósítja meg.

Feltételesen elfogadták az elektromágneses tér két összetevőjének létezését (két megjelenési formáját): elektromos és mágneses. Felidézzük az elektromágneses tér összetevőinek főbb alaptulajdonságait.

Az elektromágneses tér összetevői

Elektromos tér

Mágneses tér

Az elektromos tér a térnek mozgó és nem mozgó töltéshordozókra gyakorolt hatását jellemzi.

• Az elektromos tér erőjellemzője az E térerősségvektor.

• Az elektromos tér részérói a részecskékre ható F eró egyenesen arányos a részecske q töltésével és nem függ annak sebességétől:

A mágneses tér az elektromágneses tér része, amelyet a töltött részecskékre való erőhatása jellemez.

• A mágneses tér erőjellemzője а В mágneses indukcióvektor.

• A mágneses tér részéről a részecskékre ható erő (Fl Lorentz-féle erő) egyenesen arányos a q töltéssel és annak v sebességével:

Az Fg^ erő iránya megegyezik az E vektor irányával, ha a q töltés pozitív, és ellentétes vele, ha a töltés negatív:

A Lorentz-féle erő iránya pedig a balkéz-szabály segítségével határozható meg:

• Az elektromos (elektrosztatikus) tér forrásai: töltéssel rendelkező részecskék és testek.

A töltések által alkotott elektromos tér térerősségvektorai (erővonalai) a pozitív töltésen vagy a végtelenben kezdődnek és a negatív töltésen vagy a végtelenben érnek véget.

• A mágneses tér forrásai a töltéssel rendelkező mozgó testek vagy részecskék, valamint a felmágnesezett testek.

• A tér mágneses indukcióvonalai mindig zártak - a mágneses tér örvénytér.

A mágneses tér indukcióvonalainak irányát a jobbkéz-szabály segítségével határozzák meg: ha jobb kezünk kinyújtott hüvelykujját úgy helyezzük el, hogy az az áram irányát mutassa a vezetőben, akkor a négy behajtott ujjunk mutatja az indukcióvektor irányát.

A mágneses indukcióvonalak a felmágnesezett test északi pólusából a déli pólusába tartanak.

• A változó mágneses terek szintén forrásai az elektromos tereknek. Erre a következtetésre Faraday jutott 1831-ben. A változó mágneses tér által létrehozott elektromos tér erővonalai zártak, a mágneses tér által létrehozott elektromos tér - örvénytér.

• Az elektromos terek szintén forrásai a mágneses tereknek. Ezt a következtetést Maxwell vonta le 1867-ben.

1867-ben Maxwell brit fizikus a következő következtetést fogalmazta meg arról, hogy az elektromos és mágneses terek nem léteznek függetlenül egymástól: az elektromos teret a változó mágneses tér, a mágneses teret pedig a változó elektromos tér hozza létre, vagyis a térben csak egy egységes elektromágneses tér létezik. A hipotézis megfogalmazása után 21 évvel sikerült kísérletileg bebizonyítani az elektromágneses tér létezését (lásd a 22. §-t).

Az elektromágneses térben v sebességgel mozgó q töltésű részecskére az

Az elektromágneses tér terjedési sebessége megegyezik a fény sebességének vákuumbeli értékével: 3 ·108 m/s.

Miben rejlik az elektromos és mágneses tér viszonylagossága (relativitása)?

Egyesek közületek bizonyára nem értenek egyet Maxwell hipotézisével arról, hogy az elektromos és mágneses terek mindig együtt léteznek, mert jól tudjuk például, hogy a mozdulatlan töltés mellett csak elektromos, a mozdulatlan állandó mágnes mellett pedig csak mágneses tér jön létre. Viszont idézzétek fel: a mozgás és nyugalom a vonatkoztatási rendszer kiválasztásától függ.

Képzeljétek el, hogy egy elektromosan töltött testtel a kezetekben közeledtek a barátotokhoz. Ha szemetekkel tudnátok folyamatosan érzékelni az elektromágneses teret, akkor ebben az esetben annak csak egyik összetevőjét, az elektromos teret „látnátok”, mivel hozzátok viszonyítva a töltés mozdulatlan. Viszont a barátotok látná az elektromos és a mágneses teret is, mivel hozzá viszonyítva a mágnes mozog, és a mágneses tér változik (lásd a 16.1. ábrát).

Ha a barátotok a kezében egy állandó mágnessel közelít felétek (lásd a 16.2. ábrát), ki „látja” csak a mágneses teret és ki csak az elektromosát? Válaszotokat indokoljátok meg!

Tehát annak az állításnak, hogy az adott pontban csak elektromos (vagy csak mágneses) tér létezik, nincs sok értelme, mivel nincs meghatározva a vonatkoztatási rendszer. Nincs olyan vonatkoztatási rendszer, amelyhez képest az elektromágneses tér mindkét összetevője eltűnik, tehát az elektromágneses tér anyagi természetű.

Összegezés

Az elektromágneses kölcsönhatás az elektromágneses téren keresztül megy végbe. Az elektromágneses tér az anyag létezésének formája, amely a töltött részecskék közötti kölcsönhatást valósítja meg.

Feltételesen elfogadták az elektromágneses tér két összetevőjének létezését (két megjelenési formáját) - elektromos, amely a térnek a mozgó és nem mozgó töltéshordozókra gyakorolt hatását jellemzi és mágneses, amelyet a töltött részecskékre való erőhatása jellemez.

Az elektromos és mágneses terek nem léteznek függetlenül egymástól: az elektromos teret a változó mágneses tér, a mágneses teret pedig a változó elektromos tér hozza létre.

Ellenőrző kérdések

1. Mi az elektromágneses tér? Nevezzétek meg az összetevőit! 2. Határozzátok meg az elektromos tér fogalmát! Hogy nevezzük az erőhatását jellemző fizikai mennyiséget? 3. Nevezzétek meg az elektromos tér forrásait! Hogyan néznek ki a különböző források által alkotott tér erősségvonalai? 4. Mi a mágneses tér? Hogy nevezzük az erőhatását jellemző fizikai mennyiséget? 5. Nevezzétek meg a mágneses tér forrásait! Hogyan néznek ki a különböző források által alkotott tér térerősségvonalai? 6. Miben rejlik Maxwell hipotézise? 7. Soroljátok fel az elektromágneses tér főbb tulajdonságait!

16. gyakorlat

1. A légkondenzátor fegyverzetein lévő töltés csökken (1. ábra).

A kondenzátor fegyverzetén jelen van-e az elektromágneses tér mágneses és elektromos összetevője?

2. Jelen van-e az elektromos és mágneses tér is az áramjárta vezető körül a vezetővel összekötött vonatkoztatási rendszerben ha: a) a vezetőben az áramerősség állandó; b) a vezetőben az áramerősség változik?

Az elektron az elektromágneses térben halad. Egy bizonyos pillanatban az elektron olyan pontba kerül, ahol a sebessége 80 km/s, iránya pedig függőlegesen felfelé irányul (2. ábra). Határozzátok meg a tér részéről az elektronra ható erőt, ha az adott pontban а В mágneses indukció 0,05 T és tőlünk elfelé tart, a tér É erőssége pedig 3 kN/C, és függőlegesen lefelé irányul! Határozzátok meg az elektron gyorsulását ebben a pontban!

4. Amikor a fém vezetőben egyenáram folyik, a szabad elektronok meghatározott irányban mozognak, és ennek következtében a vezető körül mágneses tér jön létre. Most képzeljétek el, hogy a vezető mentén mozogtok az elektronok irányított mozgásának a sebességével! Hozzátok viszonyítva az elektronok mozdulatlanok, tehát mágneses teret sem hoznak létre. Eközben a vezető semleges marad. Ez azt jelenti, hogy a veletek összekötött vonatkoztatási rendszerben az elektromágneses tér mindkét összetevője eltűnt. Valóban így van? Ha nem, akkor hol a hiba?

AZ ELEKTRODINAMIKA CÍMŰ. I. FEJEZET ÖSSZEGEZÉSE.

2. rész. Elektromágnesesség

1. Elmélyítettétek tudásotokat a mágneses térről.

A mágneses tér - az elektromágneses tér összetevője, melynek köszönhetően végbemegy a mozgó töltések vagy a mozgó testek és a felmágnesezett testek közötti kölcsönhatás.

A mágneses teret jellemző fizikai mennyiségek

A mágneses tér részéről ható erők

2. Megismételtétek Faraday kísérleteit, tanulmányoztátok az elektromágneses indukció jelenségét és annak egyedi esetét, az önindukciót.

Az elektromágneses indukció — örvénytér vagy a vezető elektromos polarizációja létrejöttének a jelensége a mágneses tér változásának vagy a vezető mágneses térben történő mozgásának eredményeként.

3. Megtudtátok, hogy az induktív áram irányát a Lentz-szabály segítségével határozzák meg.

4. Megállapítottátok, hogy a mágneses tér energiával rendelkezik és az áramjárta vezető mágneses terének energiája:

5. Felidéztétek, hogy az elektromos és mágneses terek - az egységes elektromágneses tér két megjelenési formája.

Az elektromágneses tér a matéria olyan alakja, amelynek segítségével végbemegy a töltéshordozók, töltött részecskék, felmágnesezett testek közötti kölcsönhatás.

ÖNELLENŐRZÉSRE SZOLGÁLÓ FELADATOK AZ ELEKTRODINAMIKA CÍMŰ. I. FEJEZETHEZ. 2. rész. Elektromágnesesség

1. feladat. Amikor a vezetőbe (1. ábra) áramot engedtek, a mágnestű kilengett.

(2 pont). Milyen az áram iránya, ha a mágnestű az északi végével fordult felénk?

2. (3 pont) Bizonyítsátok be, hogy amikor két párhuzamos vezetőben ellentétes előjelű áram folyik, akkor a vezetők taszítják egymást!

2. feladat. Az elektron a lapos kondenzátor fegyverzetei között halad át, amelyek egymástól 2,4 cm-re helyezkednek el (2. ábra). Az elektron kezdeti sebessége párhuzamos a fegyverzetekkel. A kondenzátor belsejében 5,0 ·10“4 T induktivitású, a megfigyelő irányába tartó mágneses

tér jött létre.

1. (1 pont) Az elektronra a mágneses tér részéről:

a) Coulomb-féle erő hat; c) Lorentz-féle erő hat;

b) Ampére-féle erő hat; d) súrlódási erő hat

(2 pont) Ha a kondenzátoron 36 V feszültség jön létre, akkor az elektron egyenes vonalúan, a kondenzátor fegyverzetével párhuzamosan halad tovább. Határozzátok meg az elektron sebességét!

3. (3 pont) Ábrázoljátok az elektron mozgáspályáját, és határozzátok meg forgási periódusát, ha a kondenzátor fegyverzetén nincs áram!

3. feladat. A 3. ábrán szerkezet látható, amely két párhuzamos, vastag vezetősínből áll (a közöttük lévő távolság

0. 2 m), és ezeket az MN vezető-áthidalással és egy C kondenzátorral kötöttek össze. Az egész szerkezet 0,8 T indukciójú állandó mágneses térben helyezkedik el.

1. (2 pont) Számítsátok ki az áthidaló vezetékben létrejött EME értékét, ha annak mozgási sebessége 0,1 m/s! a) 16 mV; b) 25 mV; c) 100 mV; d) 400 mV (2 pont) Milyen sebességgel kell haladnia az áthidalásnak, hogy a végein 0,24 V potenciálkülönbség jöjjön létre?

3. (3 pont) Számítsátok ki a kondenzátoron felhalmozódott töltésmennyiséget, ha az áthidalás 0,1 m/s sebességgel halad! A kondenzátor kapacitása 1000 mkF.

4. feladat. A 30 mH induktivitású szupravezető tekercset áramforráshoz kapcsolták. Bizonyos időintervallum elteltével a tekercsben az áramerősség 50 A értéket ér el.

1. (1 pont) A tekercs induktivitása nem függ

a) a tekercs meneteinek számától; c) a mag anyagától;

b) a mag formájától; d) a tekercsben lévő áramerősségtől.

2. (2 pont) Abban a pillanatban, amikor az áramerősség a megadott értékig növekszik, a tekercsen áthaladó mágneses fluxus:

a) 0; b) 0,6 Wb; c) 1,5 Wb; d) 1500 Wb.

3. (3 pont) A tekercsben lévő áramerősség mennyi idő alatt éri el a megadott értéket, ha az áramforrás EME-je 15 V, a belső ellenállása pedig elhanyagolhatóan kicsi? Tekintsétek úgy, hogy az áramerősség egyenletesen változik!

Válaszaitokat hasonlítsátok össze a könyv végén található megoldásokkal! Jelöljétek meg a helyes válaszokat, és számoljátok össze a megszerzett pontokat! Az eredményt osszátok el kettővel! Az így kapott szám megfelel a tanulmányi eredményeteknek.

 

Fizika tankönyv 11. osztályosok szerzők Dovgy, Baryakhtar, Loktev

 




^