Действие магнитного поля на проводник с током

Всего получено оценок: 218.

Всего получено оценок: 218.

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, величина которой зависит от абсолютной величины тока, длины проводника и величины магнитной индукции. Чему равна величина этой силы и как определить направление силы, действующей на проводник, если известны направления тока и магнитной индукции? Попробуем найти ответы на эти вопросы.

Магнитное взаимодействие

Французский физик Андре-Мари Ампер в 1820 г. обнаружил, что два проводника, по которым пропущен электрический ток, расположенные параллельно друг другу, притягиваются, если направления токов совпадают, и отталкиваются, если токи направлены в разные стороны. Ампер назвал этот эффект электродинамическим взаимодействием.

Рис. 1. Опыт Ампера по взаимодействию токов в параллельных проводниках.

Для объяснения этого явления Ампер ввел понятие магнитного поля, которое возникает вокруг любого движущегося электрического заряда. Магнитное поле непрерывно в пространстве и проявляет себя, оказывая силовое воздействие на другие движущиеся электрические заряды.

Предшественники Ампера пытались построить теорию магнитного поля по аналогии с электрическим полем с помощью магнитных зарядов с разными знаками (северным N и южным S). Однако, эксперименты показали, что отдельных магнитных зарядов в природе не существует. Магнитное поле возникает только в результате движения электрических зарядов.

Сила магнитного взаимодействия

Сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля, была названа в честь первооткрывателя — силой Ампера. Эксперименты показали, что модуль силы Ампера F пропорционален длине проводника L и зависит от пространственного положения проводника в магнитном поле.

Для количественного описания действия магнитного поля на проводник с током была введена величина, названная магнитной индукцией B. Тогда сила Ампера будет равна:

где I — сила тока. Эта формула справедлива при вычислении модуля максимального значения силы Ампера, действующей на прямолинейный проводник в магнитном поле, вектор магнитного поля B направлен под 90 0 к вектору тока I.

Правило левой руки

Для определения направления вектора силы Ампера применяется “правило левой руки”.

Рис. 2. Правило левой руки для определения направления силы Ампера.

Левая рука располагается так, чтобы пальцы ладони (все кроме большого) указывали направление тока в проводнике. Затем плоскость ладони устанавливается перпендикулярно плоскости, в которой находятся проводник с током и вектор магнитной индукции B. Вектор B должен входить в ладонь. Тогда большой палец левой руки, развернутый под прямым углом, укажет направление силы Ампера.

Единица измерения индукции

Единица индукции в системе СИ определяется как индукция такого магнитного поля, в котором на 1 м проводника при силе тока действует сила Ампера величиной 1 Н. Единица называется тесла (Тл).

Единица индукции названа в честь выдающегося сербского инженера, физика Николы Тесла (1856-1943 г.г.). Тесла изобрел электромеханические генераторы, высокочастотный трансформатор. Исследовал свойства токов высокой частоты, изобрел многофазный электродвигатель и системы передачи электроэнергии с помощью переменного тока. Тесла сформулировал основные принципы радиосвязи, изобрел мачтовую антенну для приемки и передачи радиосигналов.

Рис. 3. Портрет Никола Тесла.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. В статье рассказано кратко о действии магнитного поля на проводник с током. Дано определение понятия магнитной индукции. Приведены формулы для вычисления силы Ампера. Для определения направления силы Ампера дано описание “правила левой руки”.

Источник

Действие магнитного поля на проводник с током

Если мы попытаемся сблизить два одинаковых постоянных кольцевых магнита противоположными полюсами, то в какой-то момент, по мере сближения, они начнут все сильнее притягиваться друг к другу.

А если попытаться сблизить эти же магниты, но одноименными полюсами, то на определенном расстоянии они начнут все сильнее препятствовать этому сближению, будут пытаться разойтись в стороны, как бы оттолкнуться друг от друга.

Это значит, что возле магнитов есть некая невещественная материя, которая проявляет данные свойства, оказывает механическое воздействие на магниты, причем сила этого воздействия неодинакова на разных расстояниях от магнитов, чем ближе — тем она выраженнее. Данная невещественная материя называется магнитным полем.

Науке давно известно, что источником магнитного поля является электрический ток. В постоянных магнитах эти микротоки находятся внутри молекул и атомов, но таких токов очень-очень много, и суммарное магнитное поле — это и есть магнитное поле постоянного магнита.

Если же взять отдельный проводник с током, то он тоже обладает магнитным полем. И это магнитное поле таким же образом способно взаимодействовать с другими магнитными полями. То есть проводник с током взаимодействует с внешним магнитным полем.

Закон взаимодействия проводника с током и магнитного поля установил французский физик Андре-Мари Ампер в первой половине 19 века.

Ампер экспериментально показал, что на проводник с током в магнитном поле действует сила, направление и величина которой зависят от величин и взаимного расположения тока и вектора магнитной индукции магнитного поля, в котором находится данный проводник с током. Эта сила называется сегодня Силой Ампера. Вот ее формула:

a – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции;

B – магнитная индукция внешнего магнитного поля в месте нахождения проводника с током;

I – величина тока в проводнике;

l – активная длина проводника с током.

Величина силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током, численно равна произведению модуля магнитной индукции на длину элемента проводника, помещенного в магнитное поле, и на величину тока в проводнике, а также пропорциональна синусу угла между направлением тока и направлением вектора магнитной индукции.

Направление же силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника с током, то есть направление силы Ампера.

Поскольку магнитное поле подчиняется принципу наложения полей, то магнитное поле проводника с током и магнитное поле в котором находится этот проводник, в пространстве около проводника складываются.

В результате картина взаимодействия тока с магнитным полем выглядит так, словно проводник выталкивается из области где магнитное поле более сконцентрировано сильнее — в область, где магнитное поле сконцентрировано слабее.

Область где магнитное поле сильнее можно представить как заполненную сильно натянутыми нитями, которые стремятся вытолкнуть проводник в ту сторону, где нити натянуты слабее.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник