Дія магнітного поля на струм
Експериментальне встановлення сили взаємодії струму і магнітного поля
Магнітне поле не залежно від джерел, якими воно породжується, струмами, постійними магнітами, проявляє себе, перш за все, в механічному впливі на рухомі заряди. До рухомим зарядів відноситься і електричні струми.
Розглянемо силу, яка діє на провідник зі струмом. Її дія легко виявити, якщо провести простий досвід. Повісити провідник, по якому може текти струм між полюсами постійного магніту. При включенні струму провідник відхилиться під дією сили, яка має магнітну природу (рис.1).
Ампер першим встановив, що провідники, по яких тече електричний струм, взаємодіють механічно (притягуються або відштовхуються). Він зазначив, що природа сили, яка діє на провідник зі струмом в магнітному полі, не є електростатичного, а носить особливий характер. Пізніше така сила стала називатися силою Ампера. На основі використання сили Ампера діє ряд приладів магнітоелектричної системи.
Вирішуємо контрольні з усіх предметів. 10 років досвід! Ціна від 100 руб. термін від 1 дня!
Математичні вирази для сили Ампера
Отже, Ампер експериментально встановив, що сила, яка діє в магнітному полі на лінійний елемент струму, має вигляд:
Формула (1) називається законом Ампера. Він визначає силу, що діє на елемент струму $ \ overrightarrow $ в магнітному полі. Модуль сили $ dF $ знаходиться як:
Направлена сила Ампера перпендикулярно площині, в якій лежать вектори $ \ overrightarrowі \ \ overrightarrow $. Конкретний напрям сили Ампера можна знайти за допомогою правила лівої руки. Ліву руку треба розташувати так, щоб лінії поля входили в долоню, чотири пальці були спрямовані по току, тоді відігнутий на 90 градусів великий палець вкаже напрям сили Ампера.
Сила Ампера, що діє на провід зі струмом кінцевої довжини може бути знайдена як:
де інтегрування проводиться по всій довжині провідника.
Сила взаємодії двох прямих паралельних провідників нескінченної довжини дорівнює:
де $ I_1, I_2 $ - струми, що течуть у провідниках, $ d $ - відстань між провідниками, $ l $ - довжини провідників ($ l \ gg d $), $ _0 = 4 \ pi \ cdot ^ \ frac \ (Генрі \ на \ метр) $ магнітна постійна.
Дослідне підтвердження зв'язку між електричними і магнітними полями
Магнітні поля діють на струми, струми в свою чергу діють на магнітні поля. Прикладом може бути досвід Ерстеда. Ерстед поміщав магнітну стрілку під прямолінійним провідником зі струмом, паралельно проводу. Стрілка могла обертатися навколо своєї вертикальної осі. Якщо по провіднику йшов струм, то стрілка встановлювалася перпендикулярно проводу. Напрямок струму змінювали, стрілка розгорталася на 1800. Такий же ефект відбувався, коли провід переміщали під стрілку. На цьому досвіді вперше був встановлений зв'язок між електричними і магнітними явищами.
Завдання: За двома паралельними, прямолінійним провідникам, які мають довжину l = 1м кожен, течуть однакові струми. Сила взаємодії цих струмів дорівнює $ F = ^ H $. Знайдіть силу струму, яка тече по провідниках, якщо відстань між ними одно d = 1 см.
Прямі паралельні провідники, по яких течуть постійні струми, взаємодіють один з одним з силою Ампера, модуль якої запишеться у вигляді:
де струми $ I_1 = I_2 = I. $ Висловимо з (1.1) шукану силу струму, отримаємо:
$ D = 1 см = ^ м $. $ _0 $ = $ 4 \ pi \ cdot ^ \ frac. $ Підставимо чисельні значення величин, проведемо обчислення.
Завдання: Прямий провід знаходиться в однорідному магнітному полі індукція якого, дорівнює 0,01 Тл. Який буде кут між напрямком вектора індукції і напрямком струму, якщо сила, з якою поле діє на провідник, дорівнює $ ^ $ Н. Довжина провідника 0,1 м; сила струму 20 А.
$ \ Overrightarrow $ спрямована перпендикулярно малюнку, від нас.
Так як поле за умовами завдання однорідне, струм постійний, за основу рішення задачі приймемо закон Ампера в вигляді:
Тоді модуль сили Ампера буде дорівнює:
\ [F = IBl \ cdot sin \ alpha \ \ left (2.2 \ right), \]
де $ \ alpha $ - шуканий кут між напрямком вектора індукції і напрямком струму. Висловимо $ sin \ alpha, \ $ отримаємо:
Проведемо розрахунок, все одиниці в СІ:
Відповідь: Кут між напрямком вектора індукції і напрямком струму дорівнює $ \ frac = 30<>^ \ Circ. $