Контрольные вопросы

1. Чему равна сила Лоренца, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле?

2. Как найти направление силы Лоренца?

3. Горизонтально движущийся электрон попадает в однородное магнитное поле вертикального направления. По какой траектории будет двигаться электрон в магнитном поле? Почему?

4. По какой траектории будет двигаться электрон в однородном магнитном поле, если его скорость была направлена под углом к силовым линиям поля? Почему?

5. Может ли заряженная частица, двигаясь в магнитном поле, увеличить свою энергию за счет энергии поля?

Лабораторная работа №14. Генератор переменного тока.

1. Краткая теория

Явление возникновения электрического тока в проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную контуром, называется электромагнитной индукцией.

На рисунке показан проводник, изогнутый в виде рамки (контур).

Согласно основному закону электромагнитной индукции Фарадея, при изменении магнитного потока Ф, пронизывающего проводящий контур (катушку), в нем возникает ЭДС индукции, пропорциональная скорости изменения потока:

.

Знак “минус” отражает правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы препятствовать причине, его вызывающей. Если, например, магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, увеличивается, то индукционный ток в контуре будет направлен так, чтобы созданное им магнитное поле ослабляло внешнее (препятствовало его возрастанию), то есть было бы направлено в противоположную сторону по отношению к внешнему магнитному полю. При уменьшении магнитного потока индукционный ток меняет направление.

Магнитным потоком  через плоский контур площади S называют величину

 = B S cos  ,

где B - модуль вектора магнитной индукции, - угол между вектором и нормалью к плоскости контура.

Если плоская прямоугольная рамка площади S равномерно вращается с частотой f оборотов в секунду в однородном магнитном поле с индукцией B, магнитный поток, пронизывающий рамку будет периодически изменяться во времени:

(t) = B S cos (2ft) .

Следовательно, на концах рамки появится переменное напряжение, равное

 _ind = 2 fB S sin (2ft) .

Амплитуда этого напряжения пропорциональна скорости вращения рамки. Такая рамка, вращающаяся в магнитном поле, является моделью генератора переменного тока. Если выводы рамки подсоединить к специальному коммутирующему устройству (коллектору), то можно получить генератор постоянного тока.

2. Исследование генератора переменного тока

Компьютерная модель позволяет исследовать некоторые характеристики генератора переменного тока. Для установки значений индукции B и частоты f, как обычно, используются линейки выбора. Для установки площади S прямоугольной рамки необходимо сначала подвести курсор к вершине угла рамки так, чтобы курсор принял вид кисти руки. Затем следует нажать левую кнопку мыши (при этом на курсоре пальцы руки сожмутся), при нажатой кнопке мыши переместить вершину угла в нужное место, контролируя в окошке заданные значения S, и кнопку отпустить.