Pole magnetyczne i siła Lorentza
Pole B, siła na ładunek i przewodnik, solenoid i galwanometr
Po tej lekcji będziesz umieć
Rozpoznawać źródła pola magnetycznego
przewodnik, solenoid, magnes
Obliczać siłę Lorentza na poruszający się ładunek
F = |q|vB sinα
Przewidywać tor cząstki w jednorodnym polu
okrąg lub helisa
Obliczać siłę na przewodnik z prądem
F = BIL sinα
Stosować wzory na pole długiego przewodnika i solenoidu
B = μ0I/(2πr), μ0nI
Wyznaczać kierunek siły dla ładunku dodatniego i ujemnego
v×B, dla q<0 przeciwnie
Po co Ci to na maturze?
W zadaniach CKE trzeba zwykle połączyć wartość siły Lorentza z geometrią wektorów. Kluczowe jest rozpoznanie kąta między v i B, poprawne wyznaczenie kierunku siły oraz odróżnienie ruchu po okręgu od ruchu śrubowego.
Najważniejsza idea
Najważniejsza idea: Często sprawdzane są: siła na przewodnik, pole przewodnika prostoliniowego i solenoidu, reguła prawej dłoni oraz zastosowania pola magnetycznego w silniku, galwanometrze lub selektorze prędkości.
Intuicja zjawiska
Pole magnetyczne działa tylko na ładunek będący w ruchu. Siła jest zawsze prostopadła do chwilowej prędkości, dlatego nie zwiększa energii kinetycznej — zmienia jedynie kierunek ruchu.
Ruch tylko
Na nieruchomy ładunek pole magnetyczne nie działa — potrzebna jest prędkość.
Tor kołowy
Gdy prędkość jest prostopadła do pola, siła pełni rolę dośrodkowej i tor jest okręgiem.
Tor śrubowy
Gdy cząstka ma też składową prędkości równoległą do pola, porusza się po linii śrubowej.
Siła na przewodnik
W przewodniku siły na wiele poruszających się nośników sumują się w siłę na cały przewodnik.
Wielkości i jednostki
Indukcja magnetyczna B :: [T] :: miara działania pola magnetycznego Siła F :: [N] :: na ładunek lub przewodnik Ładunek q :: [C] :: ładunek cząstki Prędkość v :: [m/s] :: prędkość cząstki Natężenie prądu I :: [A] :: przepływ ładunku w przewodniku Długość prz…
Modele i zasady
:rule Magnetyczna część siły Lorentza Działa tylko na poruszający się ładunek. Dla q 0 kierunek wynika z iloczynu wektorowego v×B; dla q < 0 jest przeciwny.
Mapa pola magnetycznego i siły Lorentza
Teoria: wzory i interpretacje
Pełna siła Lorentza: \vec{F} = q\left(\vec{E} + \vec{v}\times\vec{B}\right) Dla samego pola magnetycznego: F = q \,vB\sin\alpha Ruch po okręgu (v ⊥ B) — siła magnetyczna jest dośrodkowa: \frac{mv^2}{r} = q vB, \qquad r = \frac{mv}{ q B}, \qquad T = \frac{2\…
Oddziaływanie przewodników i magnetyzm materii
:rule Siła między dwoma przewodnikami Dwa równoległe przewodniki z prądami I 1 , I 2 odległe o d oddziałują siłą na jednostkę długości: F/L = \frac{\mu 0 I 1 I 2}{2\pi d} . Prądy zgodne → PRZYCIĄGANIE, przeciwne → ODPYCHANIE.
Solver pola magnetycznego
:solver-pole-b
Doświadczenie: siła na przewodnik z prądem
Cel: sprawdzić zależność siły od natężenia prądu i kierunku pola magnetycznego. Przyrządy: magnes podkowiasty, prosty przewodnik na lekkim zawieszeniu, zasilacz niskiego napięcia, amperomierz, wyłącznik, przewody.
Przykład
Przykład rozwiązany
Drut długości L = 0,5 m niesie prąd I = 2 A w polu B = 0,3 T prostopadle (α = 90°). Oblicz siłę F.
Mini-praktyka CKE — przeanalizuj sam
-praktyka Drut L = 0,2 m, I = 5 A, B = 0,4 T, α = 30°. Oblicz F.
Częste błędy
Siła Lorentza wykonuje pracę :: Nie! F ⊥ v zawsze → W = Fv cos90° = 0.
Powtórka w 30 sekund
pole opisuje wektor B :: indukcja magnetyczna na nieruchomy ładunek F = 0 :: potrzebny ruch F = q vB sinα :: siła Lorentza v ∥ B → F = 0 :: v ⊥ B → maksimum F ⊥ v → praca = 0 :: nie zmienia szybkości v ⊥ B → tor okrąg, r = mv/( q B) :: ruch kołowy F = BIL s…
Kluczowe pojęcia
Indukcja magnetyczna B :: wektor opisujący wartość i kierunek pola magnetycznego [T]; B = μ₀I/(2πr) dla długiego przewodnika Siła Lorentza :: siła na ładunek w polach elektrycznym i magnetycznym; F = q(E + v×B); część magnetyczna F = q vB sinα Siła elektrod…
Sprawdź się i przećwicz
sub :: Siła Lorentza rządzi silnikami i akceleratorami — sprawdź, czy pewnie liczysz jej wartość i wyznaczasz kierunek. sprawdzian :: Pole magnetyczne, siła Lorentza i siła na przewodnik :: 15 min zbior :: Zadania maturalne z rozwiązaniami krok po kroku — …
Wzory w tablicach
Powiązane wzory maturalne
Powtórka do matury
Ten temat na maturze
Źródła, format CKE i materiały ZPE
men :: Fizyka ZR, dział: Magnetyzm. Zakres: pole magnetyczne, siła Lorentza, ruch cząstki w polu, siła na przewodnik, pole przewodnika i solenoidu.
W tej lekcji
ZJAWISKO I MODEL
WZORY I WYKRESY
DOŚWIADCZENIE