Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током. Закон Ампера. Взаимодействие токов. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле

Одним из проявлений магнитного поля считается его силовое воздействие на движущиеся электрические заряды и проводники с током. А. Ампером в 1820 г. был установлен закон, определяющий силу, действующую на элемент тока в магнитном поле.

Сила Ампера - это сила, действующая на участок проводника с током.

Закон Ампера

Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника:

где а - угол между направлением тока в проводнике и направлением вектора В.

Эта сила имеет максимальное значение при а = Когда проводник расположен вдоль линий магнитной индукции, тогда эта сила равна нулю.

Направление силы Ампера определяется правилом левой руки (рис. 3.46).

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а 4 вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера.

Рис. 3.46

Эта сила всегда перпендикулярна плоскости, в которой лежат проводник и вектор В. Если знать направление и модуль силы, действующей на любой участок проводника А1, то можно вычислить силу, действующую на весь проводник. Для этого необходимо найти сумму сил, действующих на все участки проводника.

Взаимодействие токов

Магнитные и электрические явления имеют общие свойства. Следовательно, электричество и магнетизм взаимосвязаны.

Магнитные явления

Электрические явления

Два полюса магнита: северный, южный

Два вида электрических зарядов: положительный, отрицательный

Одноименными полюсами магниты отталкиваются, разноименными притягиваются

Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются

Намагничивание влиянием

Электризация влиянием

Впервые связь между электрическими и магнитными явлениями была установлена в опытах датского физика X. Эрстеда в 1820 г. Он заметил, что магнитная стрелка, находящаяся вблизи проводника с током, поворачивается. При отключении тока стрелка возвращается в начальное положение. Это означает, что при прохождении по проводнику электрического тока вокруг проводника возникает магнитное поле.

Также важный шаг в изучении природы магнитных явлений был сделан выдающимся французским физиком А. Ампером. Он предположил следующее. Если проводник с током создает магнитное поле, т.е. подобен магниту, то два проводника с током должны взаимодействовать подобно двум магнитам: притягиваться или отталкиваться. Опыты, которые провел Ампер, подтвердили его гипотезу. Чтобы продемонстрировать эти опыты, надо взять два проводника и расположить их параллельно на небольшом расстоянии друг от друга. Затем пропустить по ним электрический ток (рис. 3.47).

Рис. 3.47

Когда токи в обоих проводниках идут в одном направлении, то проводники притягиваются. Когда токи в проводниках противоположно направлены, то проводники отталкиваются.

На рисунке 3.48 изображены два стержня, расположенных на расстоянии I друг от друга и присоединенных к источнику тока.

Рис. 3.48

На стержнях лежит проводник, который может свободно перемещаться вдоль них. Течет ток / по проводнику. Эта система расположена в однородном магнитном поле с индукцией В. Если включить источник тока, то проводник в магнитном поле под действием силы Ампера начнет перемещаться в направлении, указанном на рисунке. Направление силы Ампера находят по правилу левой руки. Магнитное поле совершает работу по перемещению проводника с током. Под действием силы Ампера, проводник сместится параллельно самому себе на расстоянии Ах из положения 1 в положение 2. Работа, совершаемая магнитным полем будет равна:

где F - сила Ампера, значение которой определяется по закону Ампера.

F = IB I, тогда А = IB 1Ах = IBAS — /ДФ. Так как 1Ах = AS. AS площадь, пересекаемая проводником при его движении в магнитном поле, В AS = ДФ - магнитный поток, пронизывающий эту площадь. В результате А = /ДФ.

Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле равна произведению силы тока на магнитный поток.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >