Materiały pomocnicze 11 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej 1. Magnetyzm to zjawisko przyciągania kawałeczków stali przez magnesy. 2. Źródła pola magnetycznego. a. Magnesy naturalne b. Magnesy sztuczne. c. Poruszające się ładunki elektryczne, np. przewodniki z prądem elektrycznym. d. Ziemia. 3. Pole magnetyczne to przestrzeń, w której na magnesy działają siły magnetyczne. 4. Linie pola magnetycznego. To linie styczne w każdym punkcie do ustawienia się igły magnetycznej. Biegną od N do S. W każdym punkcie wektor indukcji magnetycznej B jest styczny do linii pola. 5. Prawo Biota-Savarta. Wokół przewodnika z prądem elektrycznym powstaje pole magnetyczne. B = µµ 0J l sinα 2 4πr gdzie: ΔB- to indukcja magnetyczna wytwarzana przez odcinek przewodnika o długości Δl w punkcie P,
I to natężenie prądu w przewodniku, r odległość odcinka przewodnika o długości Δl od punktu P. α kąt pomiędzy r i l. 6. Pole magnetyczne w odległości r od przewodnika prostoliniowego z prądem o natężeniu I. (reguła prawej dłoni) B = µµ 0 I 2πr 7. Siła Lorentza. Na każdy ładunek elektryczny poruszający się w polu magnetycznym o indukcji B działa siła magnetyczna F m zwana siłą Lorentza: r F m r r = qv B gdzie: v to prędkość ładunku. 8. Siła elektrodynamiczna. Siła elektrodynamiczna F m działa na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym o indukcji B: F m = IlBsinα gdzie I to natężenie prądu płynące przez przewodnik, l - to długość przewodnika α - to kąt między B i przewodnikiem 9. Zjawisko indukcji magnetycznej.
Polega na wzbudzeniu SEM w obwodach, które znajdują się w obszarze, gdzie zmienia się strumień magnetyczny. Gdy obwód jest zamknięty, popłynie w nim prąd elektryczny, zwany indukcyjnym. SEM jest równa szybkości zmian strumienia magnetycznego w czasie: 10. Strumień magnetyczny Φ przechodzący przez powierzchnię S. Φ Φ ε = t = B S cosα Gdzie α to kąt pomiędzy wektorem indukcji magnetycznej, a prostą normalną (prostopadłą) do powierzchni. 11. Reguła Lenza. Kierunek prądu indukcyjnego jest taki, że pole magnetyczne wytworzone przez ten prąd przeciwstawia się zmianom strumienia magnetycznego, które go wywołują. Zadania: 1. Północny biegun N igły magnetycznej zwraca się w kierunku północy geograficznej Pn, zaś południowy biegun S zwraca się w kierunku południowego bieguna Pd. Jaki biegun magnetyczny znajduje się w okolicy północnego bieguna geograficznego.
2. Czy uda się rozdzielić bieguny magnetyczne N i S magnesu sztabkowego rozcinając go w połowie? 3. Do biegunów magnetycznych dwóch magnesów sztabkowych przyczepiono żelazne gwoździe. Dlaczego przy zetknięciu tych magnesów biegunami różnoimiennymi odpadną gwoździe od biegunów magnetycznych stykających się ze sobą. 4. Mamy dwie zupełnie identyczne sztabki żelaza. Jedna z nich jest namagnesowana. Jak ustalić bez wykorzystywania innych pomocniczych środków, która z nich jest namagnesowana, a która obojętna? 5. Do bieguna magnesu sztabkowego przyciągnięta została stalowa kulka o dość dużej masie. Co się stanie z tą kulką odpadnie czy będzie nadal się trzymać bieguna magnesu jeżeli do tego magnesu przytkniemy duży kawałek żelaza. 6. Biegun magnesu przyciągnął dwa kawałki żelaznego drutu, tak, że zwisają obok siebie. Jak będą zachowywać się druty? 7. W jaki sposób mając igłę magnetyczną odróżnić, który z dwóch kawałków żelaza jest namagnesowany, a który nie namagnesowany? 8. Na elektron poruszający się w jednorodnym polu magnetycznym prostopadle do linii sił działa określona siła. Czy prędkość z jaką elektron opuszcza pole magnetyczne jest taka sama co do wartości jak prędkość początkowa tego elektronu? 9. Oblicz wartość indukcji magnetycznej w odległości d=5 cm od przewodnika, w którym płynie prąd o natężeniu I=2A.
10. Elektron po przejściu w próżni różnicy potencjałów 500V wpada w jednorodne pole magnetyczne. W polu tym elektron zakreśla okrąg o promieniu 10 cm. Znaleźć wartość indukcji pola magnetycznego, jeżeli wiadomo, że prędkość elektronu jest prostopadła do linii sił pola. 11. Elektron poruszający się w próżni z szybkością 10 6 m/s wpada w jednorodne pole magnetyczne o indukcji B=0.5T pod katem α=30 0 do kierunku linii pola. Znaleźć promień spirali po której będzie poruszał się elektron oraz jej skok. 12. Znaleźć najmniejszą wartość promienia duant cyklotronu, przeznaczonego do przyspieszania protonów do energii E=8 10-13 J. Wartość indukcji pola wynosi 0.5T. Zależności masy protonu od jego szybkości nie uwzględniać. 13. Cząstka α poruszając się w obszarze, w którym występuje pole magnetyczne i prostopadłe do niego pole elektryczne, nie doznaje żadnego odchylenia. Prędkość cząstki α jest prostopadła do obu tych pól. Znając wartość indukcji B oraz natężenie pola elektrycznego E oblicz prędkość cząstki.