Pole magnetyczne oddziałuje na prądy krążące w igle magnetycznej. Wpływy te sumują się do wpływu pola magnetycznego na igłę jako całość.

2. Sformułuj prawo Ampera. Zapisz jego wyrażenie matematyczne.

Prawo Ampera: siła, z jaką pole magnetyczne działa na odcinek przewodnika pod prądem (umieszczony w tym polu) jest liczbowo równa iloczynowi natężenia prądu, wielkości wektora indukcji magnetycznej, długości odcinka przewodnika i sinus kąta pomiędzy kierunkiem siły

wektor prądu i indukcji magnetycznej.

3. Jak siła Ampera jest zorientowana w stosunku do kierunku prądu i wektora indukcji magnetycznej?

Te wielkości wektorowe tworzą prawą trójkę wektorów.

4. Jak wyznacza się kierunek siły Ampera? Sformułuj regułę lewej ręki.

Kierunek siły Ampera określa zasada lewej ręki: jeśli ułożysz lewą dłoń tak, aby wyciągnięte palce wskazywały kierunek prądu, a linie pola magnetycznego wbijały się w dłoń, wówczas wyprostowany kciuk wskaże kierunek siły Ampera działającej na przewodnik.

5. Jaka jest wielkość wektora indukcji magnetycznej? W jakich jednostkach mierzy się indukcję magnetyczną?

Wielkość wektora indukcji magnetycznej jest wielkością liczbowo równą stosunkowi maksymalnej siły amperowej działającej na przewodnik do iloczynu natężenia prądu i długości przewodnika.

Jeżeli przewód, przez który przepływa prąd, znajduje się w polu magnetycznym, wówczas na każdy z nośników prądu działa siła amperowa

Prawo Ampera w postaci wektorowej

Ustala, że ​​na przewodnik z prądem umieszczony w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B działa: wytrzymałość, proporcjonalny wytrzymałość indukcja prądu i pola magnetycznego

Skierowany prostopadle do płaszczyzny, w której leżą wektory dl i B. Aby określić kierunek wytrzymałość, działając na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym, obowiązuje zasada lewej ręki.

Aby znaleźć siłę Ampera dla dwóch nieskończonych równoległych przewodników, których prądy płyną w tym samym kierunku, a przewodniki te znajdują się w odległości r, konieczne jest:

Nieskończony przewodnik z prądem I1 w punkcie oddalonym o r wytwarza pole magnetyczne o indukcji:

Zgodnie z prawem Biota-Savarta-Laplace'a dla prądu stałego:

Teraz, korzystając z prawa Ampera, znajdujemy siłę, z jaką pierwszy przewodnik działa na drugi:

Zgodnie z zasadą świdra jest on skierowany w stronę pierwszego przewodnika (podobnie dla, co oznacza, że ​​przewodniki przyciągają się).

Całkujemy, biorąc pod uwagę tylko przewodnik o jednostkowej długości (ograniczenia l od 0 do 1) i otrzymujemy siłę Ampera:

We wzorze zastosowaliśmy:

Aktualna wartość

Szybkość chaotycznego ruchu przewoźnika

Szybkość uporządkowanego ruchu

Siła amperowa to siła, z jaką pole magnetyczne działa na przewodnik z prądem umieszczony w tym polu. Wielkość tej siły można określić za pomocą prawa Ampera. Prawo to definiuje nieskończenie małą siłę działającą na nieskończenie mały odcinek przewodnika. Umożliwia to zastosowanie tego prawa do przewodów o różnych kształtach.

Formuła 1 – prawo Ampera

B indukcja pola magnetycznego, w którym znajduje się przewodnik z prądem

I natężenie prądu w przewodniku

dł nieskończenie mały element długości przewodnika, w którym płynie prąd

alfa kąt między indukcją zewnętrznego pola magnetycznego a kierunkiem prądu w przewodniku

Kierunek siły Ampera wyznacza się zgodnie z regułą lewej ręki. Brzmienie tego przepisu jest następujące. Gdy lewa ręka zostanie ułożona w taki sposób, że linie indukcji magnetycznej pola zewnętrznego wejdą w dłoń, a cztery wyciągnięte palce wskażą kierunek przepływu prądu w przewodniku, natomiast kciuk zgięty pod kątem prostym wskaże kierunek siły działającej na element przewodzący.

Rysunek 1 – reguła lewej ręki

Przy stosowaniu reguły lewej ręki pojawiają się pewne problemy, jeśli kąt między indukcją pola a prądem jest mały. Trudno określić, gdzie powinna znajdować się otwarta dłoń. Dlatego, aby uprościć stosowanie tej zasady, możesz ustawić dłoń tak, aby obejmowała nie sam wektor indukcji magnetycznej, ale jego moduł.

Z prawa Ampera wynika, że ​​siła Ampera będzie równa zeru, jeśli kąt pomiędzy linią indukcji magnetycznej pola a prądem będzie równy zero. Oznacza to, że przewodnik będzie umieszczony wzdłuż takiej linii. A siła Ampera będzie miała maksymalną możliwą wartość dla tego układu, jeśli kąt wynosi 90 stopni. Oznacza to, że prąd będzie prostopadły do ​​linii indukcji magnetycznej.

Korzystając z prawa Ampera, możesz znaleźć siłę działającą w układzie dwóch przewodników. Wyobraźmy sobie dwa nieskończenie długie przewodniki, które znajdują się w pewnej odległości od siebie. Przez te przewodniki przepływają prądy. Siłę działającą z pola utworzonego przez przewodnik z prądem numer jeden na przewodnik numer dwa można przedstawić jako:

Wzór 2 - Siła amperowa dla dwóch równoległych przewodników.

Siła wywierana przez przewodnik numer jeden na przewodnik numer dwa będzie miała tę samą postać. Co więcej, jeśli prądy w przewodnikach płyną w jednym kierunku, wówczas przewodnik zostanie przyciągnięty. Jeśli w przeciwnych kierunkach, będą się odpychać. Jest pewne zamieszanie, bo prądy płyną w jednym kierunku, więc jak mogą się przyciągać? Przecież podobnie jak słupy i ładunki zawsze się odpychały. Albo Amper stwierdził, że nie warto naśladować innych i wymyślił coś nowego.

Tak naprawdę Ampere niczego nie wymyślił, bo jeśli się nad tym zastanowić, pola utworzone przez równoległe przewodniki są skierowane przeciwnie do siebie. A dlaczego są przyciągani, pytanie już nie pojawia się. Aby określić, w którą stronę skierowane jest pole wytwarzane przez przewodnik, możesz skorzystać z reguły śruby prawej.

Rysunek 2 - Równoległe przewodniki z prądem

Korzystając z przewodników równoległych i wyrażonej dla nich siły Ampera, można określić jednostkę jednego Ampera. Jeżeli identyczne prądy o natężeniu jednego ampera przepływają przez nieskończenie długie równoległe przewodniki umieszczone w odległości jednego metra, wówczas siła oddziaływania między nimi wyniesie 2 * 10-7 Newtonów na każdy metr długości. Korzystając z tej zależności, możemy wyrazić, ile będzie równy jeden Amper.

Ten film pokazuje, jak stałe pole magnetyczne wytwarzane przez magnes w kształcie podkowy wpływa na przewodnik przewodzący prąd. Rolę przewodnika przewodzącego prąd pełni w tym przypadku aluminiowy cylinder. Cylinder ten spoczywa na miedzianych prętach, przez które dostarczany jest do niego prąd elektryczny. Siła działająca na przewodnik z prądem w polu magnetycznym nazywana jest siłą ampera. Kierunek działania siły Ampera wyznacza się za pomocą reguły lewej ręki.

Prawo Ampera pokazuje siłę, z jaką pole magnetyczne działa na umieszczony w nim przewodnik. Siła ta jest również nazywana Siła amperowa.

Oświadczenie prawne: siła działająca na przewodnik z prądem umieszczony w jednorodnym polu magnetycznym jest proporcjonalna do długości przewodnika, wektora indukcji magnetycznej, natężenia prądu oraz sinusa kąta między wektorem indukcji magnetycznej a przewodnikiem.

Jeżeli rozmiar przewodnika jest dowolny, a pole nierównomierne, wówczas wzór jest następujący:

Kierunek siły Ampera określa reguła lewej ręki.

Reguła lewej ręki: jeśli ustawisz lewą rękę tak, aby prostopadła składowa wektora indukcji magnetycznej weszła w dłoń, a cztery palce zostaną wyciągnięte w kierunku prądu w przewodniku, a następnie cofnij się o 90° kciuk wskaże kierunek siły Ampera.

MP opłaty za jazdę. Wpływ MF na poruszający się ładunek. Siły Ampera i Lorentza.

Każdy przewodnik przewodzący prąd wytwarza pole magnetyczne w otaczającej przestrzeni. W tym przypadku prąd elektryczny jest uporządkowanym ruchem ładunków elektrycznych. Oznacza to, że możemy założyć, że każdy ładunek poruszający się w próżni lub ośrodku wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. W wyniku uogólnienia licznych danych doświadczalnych ustalono prawo wyznaczające pole B ładunku punktowego Q poruszającego się ze stałą, nierelatywistyczną prędkością v. Prawo to jest dane wzorem

(1)

gdzie r jest wektorem promienia poprowadzonym od ładunku Q do punktu obserwacyjnego M (ryc. 1). Zgodnie z (1) wektor B jest skierowany prostopadle do płaszczyzny, w której znajdują się wektory v i r: jego kierunek pokrywa się z kierunkiem ruchu translacyjnego prawej śruby podczas jej obrotu od v do r.

Ryc.1

Wielkość wektora indukcji magnetycznej (1) oblicza się ze wzoru

(2)

gdzie α jest kątem między wektorami v i r. Porównując prawo Biota-Savarta-Laplace'a i (1), widzimy, że poruszający się ładunek ma równoważne właściwości magnetyczne elementowi prądu: Idl = Qv

Wpływ MF na poruszający się ładunek.

Z doświadczenia wiadomo, że pole magnetyczne oddziałuje nie tylko na przewodniki przewodzące prąd, ale także na poszczególne ładunki poruszające się w polu magnetycznym. Siła działająca na ładunek elektryczny Q poruszający się w polu magnetycznym z prędkością v nazywana jest siłą Lorentza i wyrażana jest wzorem: F = Q gdzie B jest indukcją pola magnetycznego, w którym porusza się ładunek.

Aby wyznaczyć kierunek siły Lorentza, korzystamy z reguły lewej ręki: jeśli dłoń lewej ręki jest ustawiona tak, aby wchodził w nią wektor B, a cztery wyciągnięte palce są skierowane wzdłuż wektora v (dla Q>0 kierunki I i v pokrywają się, gdyż Q Ryc. 1 pokazuje wzajemną orientację wektorów v, B (pole jest skierowane w naszą stronę, co pokazano na rysunku kropkami) i F dla ładunku dodatniego. Jeżeli ładunek jest ujemny, wówczas działa siła w przeciwnym kierunku.

Jak już wiadomo, moduł siły Lorentza jest równy F = QvB sin a; gdzie α jest kątem pomiędzy v i B.

MF nie ma wpływu na stacjonarny ładunek elektryczny. To sprawia, że ​​pole magnetyczne znacznie różni się od pola elektrycznego. Pole magnetyczne oddziałuje tylko na poruszające się w nim ładunki.

Znając wpływ siły Lorentza na ładunek, można znaleźć wielkość i kierunek wektora B, a następnie zastosować wzór na siłę Lorentza do znalezienia wektora indukcji magnetycznej B.

Ponieważ siła Lorentza jest zawsze prostopadła do prędkości ruchu naładowanej cząstki, siła ta może jedynie zmienić kierunek tej prędkości, nie zmieniając jej modułu. Oznacza to, że siła Lorentza nie wykonuje pracy.

Jeżeli na poruszający się ładunek elektryczny wraz z polem magnetycznym o indukcji B działa także pole elektryczne o natężeniu E, wówczas całkowita wypadkowa siła F, przyłożona do ładunku, jest równa sumie wektorów sił - siła działająca od pola elektrycznego i siły Lorentza: F = QE + Q

Siły Ampera i Lorentza.

Siła działająca na przewodnik z prądem w polu magnetycznym nazywana jest siłą ampera.

Siła jednolitego pola magnetycznego działającego na przewodnik z prądem jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu, długości przewodnika, wielkości wektora indukcji pola magnetycznego i sinusa kąta między wektorem indukcji pola magnetycznego a wektorem indukcji pola magnetycznego. dyrygent:

F = B.I.l. sin α - prawo Ampera.

Siła działająca na naładowaną poruszającą się cząstkę w polu magnetycznym nazywa się siłą Lorentza:

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prawo Faradaya. Indukcja SEM w poruszających się przewodnikach. Samoindukcja.

Faraday zasugerował, że jeśli wokół przewodnika przewodzącego prąd istnieje pole magnetyczne, to naturalne jest, że powinno wystąpić również zjawisko odwrotne - pojawienie się prądu elektrycznego pod wpływem pola magnetycznego. I tak w 1831 roku Faraday opublikował artykuł, w którym doniósł o odkryciu nowego zjawiska – zjawiska indukcji elektromagnetycznej.

Eksperymenty Faradaya były niezwykle proste. Podłączył galwanometr G do końców cewki L i przybliżył do niego magnes. Igła galwanometru odchyliła się, rejestrując pojawienie się prądu w obwodzie. Prąd płynął, gdy magnes się poruszał. Kiedy magnes odsunął się od cewki, galwanometr zauważył pojawienie się prądu w przeciwnym kierunku. Podobny wynik zaobserwowano, jeśli magnes zastąpiono cewką przewodzącą prąd lub zamkniętą pętlą przewodzącą prąd.

Poruszający się magnes lub przewodnik przewodzący prąd wytwarza zmienne pole magnetyczne w cewce L. Jeśli są nieruchome, pole, które tworzą, jest stałe. Jeśli w pobliżu zamkniętej pętli umieścimy przewodnik z prądem przemiennym, wówczas w zamkniętej pętli również pojawi się prąd. Na podstawie analizy danych eksperymentalnych Faraday ustalił, że prąd w obwodach przewodzących pojawia się, gdy zmienia się strumień magnetyczny w obszarze ograniczonym przez ten obwód.

Prąd ten nazwano indukcją. Odkrycie Faradaya nazwano zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej i stało się później podstawą działania silników elektrycznych, generatorów, transformatorów i podobnych urządzeń.

Tak więc, jeśli strumień magnetyczny przepływający przez powierzchnię ograniczoną pewnym obwodem zmienia się, w obwodzie pojawia się prąd elektryczny. Wiadomo, że prąd elektryczny w przewodniku może powstać jedynie pod wpływem sił zewnętrznych, tj. w obecności emf. W przypadku prądu indukowanego emf odpowiadający siłom zewnętrznym nazywany jest siłą elektromotoryczną indukcji elektromagnetycznej εi.

E.m.f. indukcja elektromagnetyczna w obwodzie jest proporcjonalna do szybkości zmian strumienia magnetycznego Фm przez powierzchnię ograniczoną tym obwodem:

gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności. To e.m.f. nie zależy od tego, co spowodowało zmianę strumienia magnetycznego - albo poprzez poruszanie obwodu w stałym polu magnetycznym, albo przez zmianę samego pola.

Zatem kierunek prądu indukcyjnego określa reguła Lenza: przy każdej zmianie strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną zamkniętym obwodem przewodzącym, w tym ostatnim powstaje prąd indukcyjny w takim kierunku, że jego pole magnetyczne przeciwdziała zmianie strumień magnetyczny.

Uogólnieniem prawa Faradaya i reguły Lenza jest prawo Faradaya-Lenza: Siła elektromotoryczna indukcji elektromagnetycznej w zamkniętym obwodzie przewodzącym jest liczbowo równa i ma przeciwny znak do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną przez obwód:

Wyrażenie to reprezentuje podstawowe prawo indukcji elektromagnetycznej.

Przy szybkości zmiany strumienia magnetycznego wynoszącej 1 Wb/s w obwodzie indukowany jest emf. przy 1 V.

Niech obwód, w którym indukowany jest emf, składa się nie z jednego, ale z N zwojów, na przykład jest to elektromagnes. Elektromagnes to cylindryczna cewka przewodząca prąd, składająca się z dużej liczby zwojów. Ponieważ zwoje w elektromagnesie są połączone szeregowo, εi w tym przypadku będzie równe sumie emf indukowanej w każdym z zwojów z osobna:

Niemiecki fizyk G. Helmholtz udowodnił, że prawo Faradaya-Lenza jest konsekwencją prawa zachowania energii. Niech zamknięty obwód przewodzący znajduje się w nierównomiernym polu magnetycznym. Jeśli w obwodzie popłynie prąd I, to pod działaniem sił Ampera luźny obwód zacznie się poruszać. Elementarna praca dA wykonana podczas przesuwania konturu w czasie dt będzie wynosić

dA = IdФm,

gdzie dФm jest zmianą strumienia magnetycznego przez obszar obwodu w czasie dt. Praca wykonana przez prąd w czasie dt w celu pokonania oporu elektrycznego R obwodu jest równa I2Rdt. Całkowita praca źródła prądu w tym czasie jest równa εIdt. Zgodnie z prawem zachowania energii praca źródła prądu jest zużywana na dwa wymienione dzieła, tj.

εIdt = IdФm + I2Rdt.

Dzieląc obie strony równości przez Idt, otrzymujemy

W konsekwencji, gdy zmienia się strumień magnetyczny związany z obwodem, w tym ostatnim pojawia się elektromotoryczna siła indukcji

Wibracje elektromagnetyczne. Obwód oscylacyjny.

Oscylacje elektromagnetyczne to oscylacje takich wielkości jak indukcyjność, rezystancja, SEM, ładunek, prąd.

Obwód oscylacyjny to obwód elektryczny składający się z kondensatora, cewki i rezystora połączonych szeregowo. Zmianę ładunku elektrycznego na płycie kondensatora w czasie opisuje równanie różniczkowe:

Fale elektromagnetyczne i ich właściwości.

W obwodzie oscylacyjnym zachodzi proces zamiany energii elektrycznej kondensatora na energię pola magnetycznego cewki i odwrotnie. Jeśli w pewnych momentach skompensujemy straty energii w obwodzie spowodowane oporem źródła zewnętrznego, otrzymamy nietłumione oscylacje elektryczne, które mogą być wypromieniowane do otaczającej przestrzeni przez antenę.

Proces propagacji oscylacji elektromagnetycznych, okresowych zmian natężenia pól elektrycznych i magnetycznych w otaczającej przestrzeni nazywany jest falą elektromagnetyczną.

Fale elektromagnetyczne obejmują szeroki zakres długości fal od 105 do 10 m i częstotliwości od 104 do 1024 Hz. Z nazwy fale elektromagnetyczne dzielą się na fale radiowe, podczerwone, promieniowanie widzialne i ultrafioletowe, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie. W zależności od długości fali lub częstotliwości zmieniają się właściwości fal elektromagnetycznych, co jest przekonującym dowodem na dialektyczno-materialistyczne prawo przejścia ilości w nową jakość.

Pole elektromagnetyczne jest materialne i posiada energię, pęd, masę, porusza się w przestrzeni: w próżni z prędkością C i w ośrodku z prędkością: V=, gdzie = 8,85;

Wolumetryczna gęstość energii pola elektromagnetycznego. Praktyczne zastosowanie zjawisk elektromagnetycznych jest bardzo szerokie. Są to systemy i środki łączności, radiofonia, telewizja, elektroniczna technika komputerowa, systemy sterowania różnego przeznaczenia, przyrządy pomiarowe i medyczne, sprzęt elektryczny i radiowy gospodarstwa domowego i inne, tj. coś, bez czego nie można sobie wyobrazić współczesnego społeczeństwa.

Prawie nie ma dokładnych danych naukowych na temat tego, jak silne promieniowanie elektromagnetyczne wpływa na zdrowie ludzi, istnieją jedynie niepotwierdzone hipotezy i, w ogóle, nieuzasadnione obawy, że wszystko, co nienaturalne, ma destrukcyjny wpływ. Udowodniono, że promieniowanie ultrafioletowe, rentgenowskie i promieniowanie o dużym natężeniu w wielu przypadkach wyrządzają realną szkodę wszystkim żywym istotom.

Optyka geometryczna. Przepisy prawa cywilnego.

Optyka geometryczna (wiązkowa) wykorzystuje wyidealizowaną ideę promienia świetlnego - nieskończenie cienkiej wiązki światła rozchodzącej się prostoliniowo w jednorodnym ośrodku izotropowym, a także ideę punktowego źródła promieniowania świecącego równomiernie we wszystkich kierunkach. λ – długość fali świetlnej, – wielkość charakterystyczna

obiekt na drodze fali. Optyka geometryczna jest ograniczonym przypadkiem optyki falowej i jej zasady są spełnione pod następującymi warunkami:

Optyka geometryczna opiera się również na zasadzie niezależności promieni świetlnych: promienie nie przeszkadzają sobie nawzajem podczas ruchu. Dlatego ruchy promieni nie uniemożliwiają każdemu z nich propagacji niezależnie od siebie.

W przypadku wielu praktycznych problemów optyki można zignorować falowe właściwości światła i założyć, że rozchodzenie się światła jest prostoliniowe. W tym przypadku obraz sprowadza się do uwzględnienia geometrii ścieżki promieni świetlnych.

Podstawowe prawa optyki geometrycznej.

Wymieńmy podstawowe prawa optyki, które wynikają z danych eksperymentalnych:

1) Propagacja liniowa.

2) Prawo niezależności promieni świetlnych, czyli dwa przecinające się promienie, nie kolidują ze sobą. Prawo to lepiej zgadza się z teorią fal, ponieważ cząstki w zasadzie mogłyby się ze sobą zderzać.

3) Prawo odbicia. promień padający, promień odbity i prostopadła do granicy faz zrekonstruowana w punkcie padania promienia leżą w tej samej płaszczyźnie, zwanej płaszczyzną padania; kąt padania jest równy kątowi

Refleksje.

4) Prawo załamania światła.

Prawo załamania: promień padający, promień załamany i prostopadła do granicy faz, rekonstruowana z punktu padania promienia, leżą w tej samej płaszczyźnie – płaszczyźnie padania. Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta odbicia jest równy stosunkowi prędkości światła w obu ośrodkach.

Sin i1/ sin i2 = n2/n1 = n21

gdzie jest względnym współczynnikiem załamania światła drugiego ośrodka w stosunku do pierwszego ośrodka. n21

Jeśli substancja 1 to pustka, próżnia, to n12 → n2 jest absolutnym współczynnikiem załamania światła substancji 2. Można łatwo wykazać, że n12 = n2 /n1, w tej równości po lewej stronie jest względny współczynnik załamania światła dwóch substancji (np. , 1 to powietrze, 2 to szkło), a po prawej stronie znajduje się stosunek ich bezwzględnych współczynników załamania światła.

5) Prawo odwracalności światła (można je wyprowadzić z prawa 4). Jeśli wyślesz światło w przeciwnym kierunku, będzie ono podążać tą samą ścieżką.

Z twierdzenia 4) wynika, że ​​jeśli n2 > n1, to Sin i1 > Sin i2. Niech teraz mamy n2< n1 , то есть свет из стекла, например, выходит в воздух, и мы постепенно увеличиваем угол i1.

Wtedy rozumiemy, że po osiągnięciu pewnej wartości tego kąta (i1)pr okazuje się, że kąt i2 będzie równy π /2 (promień 5). Wtedy Sin i2 = 1 i n1 Sin (i1)pr = n2 . Więc grzech

Co to jest moc amperowa

W 1820 roku wybitny francuski fizyk Andre Marie Ampere (jego imieniem nazwano jednostkę miary prądu elektrycznego) sformułował jedno z podstawowych praw całej elektrotechniki. Następnie prawo to zostało nazwane mocą amperową.

Jak wiadomo, gdy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik, wokół niego powstaje własne (wtórne) pole magnetyczne, którego linie napięcia tworzą rodzaj obracającej się powłoki. Kierunek tych linii indukcji magnetycznej wyznacza się za pomocą reguły prawej ręki (druga nazwa to „reguła świdra”): prawą ręką chwytamy przewodnik w myślach tak, aby przepływ naładowanych cząstek pokrywał się z kierunkiem wskazanym przez zgięty kciuk. W rezultacie pozostałe cztery palce trzymające drut będą wskazywały obrót pola.

Jeśli dwa takie przewodniki (cienkie druty) zostaną umieszczone równolegle, wówczas na interakcję ich pól magnetycznych będzie miała wpływ siła amperowa. W zależności od kierunku prądu w każdym przewodniku mogą się odpychać lub przyciągać. Kiedy prądy płyną w jednym kierunku, siła amperowa ma na nie atrakcyjny wpływ. Odpowiednio przeciwny kierunek prądów powoduje odpychanie. Nie jest to zaskakujące: chociaż podobne ładunki odpychają się, w tym przykładzie to nie same ładunki oddziałują na siebie, ale pola magnetyczne. Ponieważ kierunek ich obrotu jest taki sam, powstałe pole jest sumą wektorową, a nie różnicą.

Innymi słowy, pole magnetyczne działa w określony sposób na przewodnik przechodzący przez linie napięcia. Natężenie ampera (dowolny kształt przewodnika) wyznacza się ze wzoru:

gdzie - I jest wartością prądu w przewodniku; B - indukcja pola magnetycznego, w którym umieszczony jest materiał przewodzący prąd; L - przyjmowany do obliczenia długości przewodnika z prądem (co więcej, w tym przypadku zakłada się, że długość przewodnika i siła dążą do zera); alfa (a) - kąt wektorowy pomiędzy kierunkiem ruchu naładowanych cząstek elementarnych a liniami zewnętrznego natężenia pola. Konsekwencja jest następująca: gdy kąt między wektorami wynosi 90 stopni, jego grzech = 1, a wartość siły jest maksymalna.

Kierunek wektora działania siły amperowej określa się za pomocą reguły lewej ręki: mentalnie umieszczamy dłoń lewej ręki w taki sposób, aby linie (wektory) indukcji magnetycznej pola zewnętrznego wchodziły w otwartą dłoń , a pozostałe cztery wyprostowane palce wskazują kierunek, w którym płynie prąd w przewodniku. Następnie kciuk zgięty pod kątem 90 stopni wskaże kierunek siły działającej na przewodnik. Jeśli kąt między wektorem prądu elektrycznego a dowolną linią indukcyjną jest zbyt mały, to dla uproszczenia stosowania reguły do ​​dłoni nie powinien wchodzić sam wektor indukcyjny, ale moduł.

Zastosowanie mocy amperowej umożliwiło stworzenie silników elektrycznych. Wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że wystarczy przełączyć włącznik elektrycznego urządzenia gospodarstwa domowego wyposażonego w silnik, aby zadziałał jego siłownik. I nikt tak naprawdę nie myśli o procesach zachodzących podczas tego procesu. Kierunek siły amperowej nie tylko wyjaśnia, w jaki sposób działają silniki, ale także pozwala dokładnie określić, gdzie będzie skierowany moment obrotowy.

Wyobraźmy sobie na przykład silnik prądu stałego: jego twornikiem jest rama podstawowa z uzwojeniem. Zewnętrzne pole magnetyczne wytwarzane jest przez specjalne bieguny. Ponieważ uzwojenie wokół twornika jest okrągłe, po przeciwnych stronach kierunek prądu w odcinkach przewodnika jest przeciwprądowy. W konsekwencji wektory działania siły amperowej są również przeciwprądowe. Ponieważ zwora jest zamontowana na łożyskach, wzajemne działanie wektorów siły amperowej wytwarza moment obrotowy. Wraz ze wzrostem wartości skutecznej prądu wzrasta również siła. Dlatego znamionowy prąd elektryczny (wskazany w paszporcie dla sprzętu elektrycznego) i moment obrotowy są bezpośrednio ze sobą powiązane. Wzrost prądu jest ograniczony cechami konstrukcyjnymi: przekrojem drutu użytego do uzwojenia, liczbą zwojów itp.

Moc amperowa

– Siła Ampera (lub prawo Ampera)

Kierunek siły Ampera wyznacza się według reguły iloczynu wektorowego - zgodnie z zasadą lewej ręki: cztery wyciągnięte palce lewej ręki ustawiamy w kierunku prądu, wektor wchodzi do dłoni, kciuk zgięty w kąt prosty pokaże kierunek siły działającej na przewodnik z prądem. (Możesz także określić kierunek prawą ręką: obróć cztery palce prawej ręki od pierwszego do drugiego czynnika, kciuk wskaże kierunek.)

Amperowy moduł mocy

,

gdzie α jest kątem między wektorami i .

Jeżeli pole jest jednorodne, a przewodnik z prądem ma skończone wymiary, to wtedy

Prostopadle

1. Definicja jednostki miary prądu.

Każdy przewodnik, w którym płynie prąd, wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Jeśli umieścisz w tym polu inny przewodnik z prądem, pomiędzy tymi przewodnikami pojawią się siły interakcji. W tym przypadku równoległe, współkierunkowe prądy przyciągają się, a przeciwnie skierowane prądy odpychają.

Rozważmy dwa nieskończenie długie równoległe przewodniki, w których płynie prąd ja 1 I ja 2, zlokalizowane w próżni w pewnej odległości D(dla próżni µ = 1). Zgodnie z prawem Ampera

Pole magnetyczne prądu przewodzenia jest równe

,

siła działająca na jednostkę długości przewodu

Siła działająca na jednostkę długości przewodnika pomiędzy dwoma nieskończenie długimi przewodnikami przewodzącymi prąd jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu w każdym z przewodników i odwrotnie proporcjonalna do odległości między nimi.

Definicja jednostki pomiaru prądu - amper:

Jednostką prądu w układzie SI jest taki prąd stały, który przepływając przez dwa nieskończenie długie, równoległe przewodniki o nieskończenie małym przekroju, umieszczone w próżni w odległości 1 m od siebie, powoduje powstanie siły działającej na jednostkę długości przewodnika równego 2 10- 7 N.

u = 1; Ja 1 = Ja 2 = 1 A; d=1 M; µ 0 = 4π·10-7 H/m – stała magnetyczna.

/ fizika / Prawo Ampera. Oddziaływanie prądów równoległych

Prawo Ampera. Oddziaływanie prądów równoległych.

Prawo Ampera to prawo oddziaływania prądów stałych. Założona przez Andre Marie Ampere w 1820 roku. Z prawa Ampera wynika, że ​​równoległe przewodniki z prądami stałymi płynącymi w jednym kierunku przyciągają się, a w przeciwnym kierunku odpychają. Prawo Ampera jest także prawem określającym siłę, z jaką pole magnetyczne działa na mały odcinek przewodnika, w którym płynie prąd. Siła, z jaką pole magnetyczne działa na element objętościowy dV przewodnika o gęstości prądu znajdującego się w polu magnetycznym z indukcją.

Temat 10. SIŁY DZIAŁAJĄCE NA ŁADUNKI RUCHOME W POLU MAGNETYCZNYM.

10.1. Prawo Ampera.

10.3. Wpływ pola magnetycznego na ramę przewodzącą prąd. 10.4. Jednostki miary wielkości magnetycznych. 10,5. Siła Lorentza.

10.6. Efekt Halla.

10.7. Cyrkulacja wektora indukcji magnetycznej.

10.8. Pole magnetyczne elektromagnesu.

10.9. Pole magnetyczne toroidu.

10.10. Praca polegająca na poruszaniu się przewodnika z prądem w polu magnetycznym.

10.1. Prawo Ampera.

W 1820 roku A. M. Amper ustalił eksperymentalnie, że dwa przewodniki przewodzące prąd oddziałują ze sobą siłą:

	F = k	ja 1 ja 2

gdzie b jest odległością między przewodnikami, a k jest współczynnikiem proporcjonalności w zależności od układu jednostek.

Pierwotne wyrażenie prawa Ampera nie zawierało żadnej wielkości charakteryzującej pole magnetyczne. Następnie dowiedzieliśmy się, że oddziaływanie prądów zachodzi poprzez pole magnetyczne i dlatego prawo powinno uwzględniać charakterystykę pola magnetycznego.

We współczesnej notacji SI prawo Ampera wyraża się wzorem:

Jeżeli pole magnetyczne jest jednorodne, a przewodnik jest prostopadły do ​​linii pola magnetycznego, to wtedy

gdzie I = qnυ dr S – prąd płynący w przewodniku o przekroju S.

Kierunek siły F jest określony przez kierunek iloczynu wektorowego lub regułę lewej ręki (co jest tym samym). Ustawiamy palce w kierunku pierwszego wektora, drugi wektor powinien wejść do dłoni, a kciuk wskazuje kierunek iloczynu wektora.

Prawo Ampera jest pierwszym odkryciem podstawowych sił zależnych od prędkości. Moc zależy od ruchu! To się nigdy wcześniej nie zdarzyło.

10.2. Oddziaływanie dwóch równoległych nieskończonych przewodników z prądem.

Niech b będzie odległością pomiędzy przewodnikami. Problem należy rozwiązać w ten sposób: jeden z przewodników I 2 wytwarza pole magnetyczne, drugi I 1 znajduje się w tym polu.

Indukcja magnetyczna wytworzona przez prąd I 2 w odległości b od niego:

B 2 = µ 2 0 π I b 2 (10.2.1)

Jeśli I 1 i I 2 leżą w tej samej płaszczyźnie, to kąt między B 2 i I 1 jest zatem prosty

sin (l , B ) = 1 wówczas siła działająca na bieżący element I 1 dl
F21 = B2 I1 dl =				µ0 I1 I2 dł
				2 πb
Na każdą jednostkę długości przewodnika przypada siła
F 21 jednostek =						I1 I2

(oczywiście od strony pierwszego przewodnika dokładnie ta sama siła działa na drugi). Powstała siła jest równa jednej z tych sił! Jeśli te dwa przewodniki są

wpływają na trzeci, wówczas ich pola magnetyczne B 1 i B 2 należy dodać wektorowo.

10.3. Wpływ pola magnetycznego na ramę przewodzącą prąd.

Układ z prądem I znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym B, α jest kątem pomiędzy n i B (kierunek normalnej jest powiązany z kierunkiem prądu za pomocą reguły świdra).

Siła Ampera działająca na bok ramy o długości l jest równa:

F1 = I1B (B1).

Ta sama siła działa na drugą stronę długości l. Rezultatem jest „kilka sił” lub „moment obrotowy”.

M = F1 h = IlB bsinα,

gdzie ramię h = bsinα. Ponieważ lb = S jest obszarem ramki, możemy pisać

M = IBS sinα = Pm sinα.

Tutaj zapisaliśmy wyrażenie na indukcję magnetyczną:

gdzie M jest momentem siły, P jest momentem magnetycznym.

Fizyczne znaczenie indukcji magnetycznej B jest wielkością liczbowo równą sile, z jaką pole magnetyczne działa na przewodnik o jednostkowej długości, po którym ono płynie.

prąd jednostkowy. B = ja fa l; Wymiar indukcyjny [B] = A N m. .

Zatem pod wpływem tego momentu rama obróci się tak, że n r || B. Na boki długości b działa również siła Ampera F 2 - rozciąga ona ramę i tak dalej

ponieważ siły są równe co do wielkości i przeciwne w kierunku, rama nie porusza się, w tym przypadku M = 0, stan stabilnej równowagi

Gdy n i B są antyrównoległe, M = 0 (ponieważ ramię wynosi zero), jest to stan niestabilnej równowagi. Ramka kurczy się i jeśli się trochę poruszy, natychmiast się pojawia

moment obrotowy taki, aby obrócił się tak, że n r || B (ryc. 10.4).

W niejednorodnym polu ramka będzie się obracać i rozciągać w obszar silniejszego pola.

10.4. Jednostki miary wielkości magnetycznych.

Jak można się domyślić, prawo Ampera służy do ustalenia jednostki natężenia prądu – ampera.

Zatem Amper jest prądem o stałej wielkości, który przepływając przez dwa równoległe proste przewodniki o nieskończonej długości i pomijalnie małym przekroju, umieszczone w odległości jednego metra, jeden od drugiego w próżni

powoduje siłę 2 10 − 7 N·m pomiędzy tymi przewodnikami.

I1 I2

gdzie dl = 1 m; b = 1 m; I1

I2 = 1 A;

2 10− 7

Wyznaczmy stąd wymiar i wartość µ 0:

W SI: 2.10

µ0 = 4π·10

lub µ0 = 4π·10

–7 Rdz

W GHS: µ 0 = 1

Bio-Savara-Laplace,

prostoliniowy

przewodnik przewodzący prąd

µ0 I

Wymiar indukcji pola magnetycznego można znaleźć:

4 πb

1 T

Jedna Tesla 1 T = 104 Gaussów.

Gauss to jednostka miary w układzie miar Gaussa (GUS).

1 T (jedna tesla jest równa indukcji magnetycznej jednolitego pola magnetycznego, w którym) moment obrotowy 1 Nm działa na płaski obwód z prądem o momencie magnetycznym 1 A m2.

Jednostka miary B została nazwana na cześć serbskiego naukowca Nikoli Tesli (1856–1943), który miał ogromną liczbę wynalazków.

Inna definicja: 1 T jest równy indukcji magnetycznej, przy której strumień magnetyczny przez powierzchnię 1 m2 prostopadle do kierunku pola wynosi 1 Wb.

Jednostka miary strumienia magnetycznego Wb otrzymała swoją nazwę na cześć niemieckiego fizyka Wilhelma Webera (1804–1891), profesora uniwersytetów w Halle, Getyndze i Lipsku.

Jak już powiedzieliśmy, strumień magnetyczny Ф przez powierzchnię S - jedna z cech pola magnetycznego (ryc. 10.5)