Физика - 11

линия

Академия-21 представляет

Физика - 11

Магнитное поле

Магнитное поле

1. Магнитное поле. Индукция магнитного поля

2. Сила Ампера

2. Сила Ампера

1. Вектор магнитной индукции

Магнитное поле действует на все участки проводника с током. Зная силу, действующую на каждый малый участок проводника, можно вычислить силу, действующую на весь замкнутый проводник в целом.

Закон, определяющий силу, действующую на отдельный небольшой участок проводника (элемент тока), был установлен в 1820 г. А . Ампером. Он проводил опыты с замкнутыми проводниками. Меняя форму проводников и их расположение, Ампер установил выражение для силы, действующей на отдельный элемент тока.

Действие магнитного поля на проводник с током будем изучать на установке, изображённой на рисунке

Свободно подвешенный горизонтально проводник находится в поле постоянного подковообразного магнита. Поле магнита сосредоточено в основном между его полюсами, поэтому магнитная сила действует практически только на часть проводника длиной Δl, расположенную непосредственно между полюсами. Сила F измеряется с помощью специальных весов, которые соединяют с проводником двумя стерженьками. Она направлена горизонтально, перпендикулярно проводнику и линиям магнитной индукции.

Увеличивая силу тока в 2 раза, можно заметить, что и действующая на проводник сила также увеличивается в 2 раза. Добавив ещё один такой же магнит, мы в 2 раза увеличим размеры области, где существует магнитное поле, и тем самым в 2 раза увеличим длину части проводника, на которую действует магнитное поле. Сила при этом также увеличится в 2 раза. И наконец, сила Ампера зависит от угла, образованного вектором В с проводником

В этом можно убедиться, меняя наклон подставки, на которой находятся магниты, так, чтобы изменялся угол между проводником и линиями магнитной индукции. Сила достигает максимального значения, когда вектор магнитной индукции перпендикулярен проводнику.

И так, максимальная сила, действующая на отрезок проводника длиной Δl, по которому идёт ток, прямо пропорциональна произведению силы тока I на длину участка Δl: Fm ~ I Δl

Получается, что отношение не будет зависеть ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника. Именно поэтому это отношение можно принять за характеристику магнитного поля в том месте, где расположен участок проводника длиной Δl

Модуль вектора магнитной индукции определяется отнош ением максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого отрезка:

Магнитное поле полностью характеризуется вектором магнитной индукции В каждой точке магнитного поля можно определить направление вектора магнитной индукции и его модуль, если измерить силу, действующую на отрезок проводника с током.

2. Модуль силы Ампера

Пусть вектор магнитной индукции В составляет угол а (рис.) с направлением отрезка проводника с током (элементом тока). (За направление элемента тока принимают направление, в котором по проводнику идёт ток.)

Максимальная сила Ампера достигается при 90 градусах и равна:

При произвольном угле сила Ампера рассчитывается по следующей формуле:

Это выражение называется законом Ампера

Модуль силы Ампера равен произведению силы тока, модуля вектора магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла между направлениями вектора магнитной индукции и элемента тока.

Зная направление и модуль силы, действующей на любой участок проводника с током, можно вычислить суммарную силу, действующую на весь замкнутый проводник. Для этого надо найти сумму сил, действующих на каждый участок проводника.

3. Направление силы Ампера

Направление сила Ампера определяется правилом левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая Вперпенд вектора магнитной индукции входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по ходу тока, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы, действующей на отрезок проводника

4. Единица магнитной индукции

За единицу модуля вектора магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, в котором на отрезок проводника длиной 1 м при силе тока в нём 1 А действует со стороны поля максимальная сила Fm = 1 Н

Единица магнитной индукции равна

Она получила название тесла (Тл) в честь сербского учёного-электротехника Н. Т е с л ы (1856— 1943).

Задача 1

Задача 2

Задача 3

Задача 4

Задача 5

Задача 6

Задача 7

Задача 8

Задача 9