1. Как вычисляется сила Ампера?
Сила Ампера вычисляется по формуле: F = B * I * L * sin(α), где B – индукция магнитного поля, I – сила тока, L – длина проводника в магнитном поле, α – угол между направлением тока и линиями магнитного поля.
2. Сформулируйте правило для определения направления силы Ампера.
Для определения направления силы Ампера используется правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока, то отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера.
3. Как вычислить силу Лоренца?
Сила Лоренца вычисляется по формуле: F = q * v * B * sin(α), где q – заряд частицы, v – её скорость, B – индукция магнитного поля, α – угол между направлением движения частицы и линиями магнитного поля.
4. В чём состоит правило для определен ия направления силы Лоренца?
Для определения направления силы Лоренца используется правило левой руки для отрицательно заряженных частиц (например, электрона): если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а вытянутые пальцы указывали направление движения частицы, то большой палец покажет направление силы Лоренца для положительно заряженной частицы. Для отрицательных зарядов сила будет направлена в противоположную сторону.
5. Приведите примеры использования силы Лоренца.
Примеры использования силы Лоренца: в работе электронных лучевых трубок, циклотронов, магнитных спектрометров, в ускорителях заряженных частиц, а также в работе электродвигателей.
6. Каков принцип действия электроизмерительных приборов магнитоэлектрической системы?
Принцип действия электроизмерительных приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии тока, проходящего через катушку, с магнитным полем. В результате этого взаимодействия возникает вращающий момент, пропорциональный силе тока, который отклоняет подвижную часть прибора, показывая величину измеряемого тока или напряжения.
1. Определите направление силы Ампера в каждом случае (рис. 57).
Для определения направления силы Ампера на рисунке 57 необходимо использовать правило левой руки, учитывая направление тока и магнитного поля.
2. Определите направление силы Лоренца, действующей на электрон е и протон р (рис. 58).
Для определения направления силы Лоренца на электрон e и протон p на рисунке 58 следует применять правило левой руки для электрона и правило правой руки для протона, поскольку они имеют заряды противоположных знаков.
3. Чему равна сила Ампера, действующая на проводник, длина активной части которого 8 см, помещённый в однородное магнитное поле индукцией 50 мТл, если вектор магнитной индукции составляет с направлением тока в проводнике угол 30°? Сила тока в проводнике 5 А. Чему равна работа силы Ампера, если проводник переместился на 2 см?
Сила Ампера вычисляется по формуле:
F = B * I * L * sin(α)
где B = 50 мТл = 0,05 Тл, I = 5 А, L = 8 см = 0,08 м, α = 30°.
F = 0,05 * 5 * 0,08 * sin(30°) = 0,05 * 5 * 0,08 * 0,5 = 0,01 Н.
Работа силы Ампера:
A = F * s, где s = 2 см = 0,02 м.
A = 0,01 * 0,02 = 0,0002 Дж = 0,2 мДж.
4. Какая сила действует на электрон, движущийся со скоростью 1,5 • 106 м/с в однородном магнитном поле индукцией 0,4 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции?
Сила Лоренца:
F = q * v * B * sin(α), где q = 1,6 * 10⁻¹⁹ Кл, v = 1,5 * 10⁶ м/с, B = 0,4 Тл, α = 90° (sin(90°) = 1).
F = (1,6 * 10⁻¹⁹) * (1,5 * 10⁶) * (0,4) * 1 = 9,6 * 10⁻¹⁴ Н.
5. Какова скорость протона, движущегося в однородном магнитном поле индукцией 2 мТл, если радиус окружности, которую он описывает, равен 2,7 см?
Радиус движения заряженной частицы в магнитном поле:
r = (m * v) / (q * B)
где r = 2,7 см = 0,027 м, B = 2 мТл = 0,002 Тл, m = 1,67 * 10⁻²⁷ кг, q = 1,6 * 10⁻¹⁹ Кл.
v = (r * q * B) / m
v = (0,027 * 1,6 * 10⁻¹⁹ * 0,002) / (1,67 * 10⁻²⁷) ≈ 5,17 * 10⁴ м/с.
6. Сравните влияние работы теплового и электрического двигателей на состояние окружающей среды.
Тепловые двигатели работают за счёт сжигания топлива, что приводит к выбросу углекислого газа, оксидов азота и других вредных веществ, загрязняющих атмосферу и вызывающих парниковый эффект. Электродвигатели более экологичны, так как не выбрасывают вредных веществ, но их влияние на окружающую среду зависит от источника электроэнергии. Если электричество производится на ТЭС, выбросы загрязняющих веществ остаются значительными, но при использовании возобновляемых источников энергии электродвигатели оказывают минимальное влияние на природу.