проводник с током во внешнем магнитном поле

09.11.202319.03.2023 admin 0 Comments

Проводник с током в магнитном поле.

Если поместить в магнитное поле проводник с током, то между электронами, проходящими по проводнику, и внешним магнитным полем возникнут электромагнитные силы, которые, складываясь, образуют результирующую силу, стремящуюся вытолкнуть проводник из магнитного поля (рис.2.5).

Рисунок 2.5. Выталкивание проводника с током из магнитного поля

С одной стороны будет наблюдаться сгущение магнитных линий, с противоположной стороны – разрежения.

Направление выталкивания проводника определяют по правилу левой руки(рис.2.6):

«Ладонь левой руки надо расположить так, чтобы силовые линии входили в нее, четыре вытянутых пальца совместить с направлением тока, тогда отогнутый большой палец укажет направление действия силы по выталкиванию проводника».

Рисунок 2.6. Определение направления выталкивания проводника с током магнитным потоком по правилу

Электромагнитная сила определяется законом Ампера:

«Электромагнитная сила, действующая на проводник с током, находящийся в магнитном поле и расположенный перпендикулярно направлению поля, равна произведению силы тока I, индукции магнитного поляВи длины проводникаℓ»: F=ВIℓ.

Если проводник расположен под углом αк силовым магнитным линиям, то: F=ВIℓsinα [Н], где: α угол между направлением проводника и направлением поля.

Виток с током в магнитном поле.

Поместим в магнитное поле не проводник, а виток (или катушку) и расположим его вертикально. Оказывается, выталкивания витка из магнитного поля не произойдёт. Если виток был помещён в магнитное поле так, как это показано на рис. 2.7 слева, то верхняя сторона его будет выталкиваться вправо, а нижняя – влево, т.е. электромагнитные силы, действующие на них, будут направлены в разные стороны. Возникает электромагнитный вращающий момент, который вызовет поворот витка. Виток будет поворачиваться, пока не займет горизонтальное положение, перпендикулярное магнитным силовым линиям поля, показанное на рис. 2.7 справа.

Рисунок 2.7. Электромагнитные силы, действующие в магнитном поле на виток или катушку с током

В этом положении произойдёт уравновешивание сил и виток останется неподвижным. Направление вращения витка определяется тоже по правилу левой руки.

1. Как располагаются магнитные силовые линии прямолинейного проводника с током?

2. Сформулируйте правило буравчика.

3. Назовите способы получения более сильных полей при небольших токах.

4. Как образуется результирующая сила проводника с током?

5. Сформулируйте правило левой руки.

6. Сформулируйте правило Ампера.

7. Что произойдёт с витком, если поместить его в магнитное поле?

8. Какая сила вызовет поворот витка?

2.3. Магнитные свойства веществ

Классификация ферромагнитных материалов.

Все вещества: твердые, жидкие и газообразные в зависимости от магнитных свойств делятся на:

· ферромагнитные: железо, никель, кобальт и их сплавы, обладают сильными магнитными свойствами; к магнитам притягиваются; стержни, изготовленные из них, устанавливаются вдоль магнитного поля; µ_отн=40-200000.

· парамагнитные: алюминий, олово, хром, марганец, платина, вольфрам, растворы солей железа и др.; слабо намагничиваются; слабее притягиваются к магнитам; стержни из них устанавливаются вдоль магнитного поля; µ_отн>1 (1,0037).

· диамагнитные: медь, серебро, золото, свинец, цинк, смола, вода, воздух и другие газы; от магнитов отталкиваются; стержни из них устанавливаются поперек поля; µ_отн

Дата добавления: 2016-04-22 ; просмотров: 5516 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

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

Проводник с током в магнитном поле

Проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает действие механической силы «F» со стороны поля, которая стремится двигать проводник под прямым углом к магнитным силовым линиям.

Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.

Действие силы возникает в результате взаимодействия основного магнитного поля с магнитным полем проводника с током. Эта сила зависит от магнитной индукции «B«, тока в проводнике «I«и длины той части проводника ℓ, которая находится в магнитном поле:

F=B·I·ℓ, H

Сила «F» будет наибольшей, когда проводник расположен перпендикулярно к магнитным силовым линиям. Если проводник расположен вдоль силовых линий, то поле не оказывает на него механического воздействия.

Направление действия силы определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы силовые линии входили в ладонь, четыре пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление действия силы на проводник.

Рис. 4.9. Правило левой руки

Возникновение механической силы, действующей на проводник с током, находящийся в магнитном поле, поясняет следующий рисунок:

Рис. 4.10. Возникновение механической силы, действующей на проводник с током

Справа от проводника с током основное магнитное поле и поле тока совпадают по направлению и общее магнитное поле усиливается. Слева от проводника основное магнитное поле действует навстречу полю тока и общее магнитное поле ослабляется.

Учитывая боковой распор магнитных силовых линий и их стремление сократить свою длину, появляется механическая сила, выталкивающая проводник влево.

Электромагнитная индукция

В проводнике, который двигаясь в магнитном поле, пересекает магнитные линии, возникает Э.Д.С. Это явление называется магнитной индукцией.

Рис. 4.11. Возникновение ЭДС в движущемся проводнике с током

При движении проводника со скоростью «v» с той же скоростью перемещаются элементарные заряженные частицы.

Т.к. движение провода происходит в магнитном поле, то на каждую заряженную частицу действует электромагнитная сила «F₀«.

Под действием этих сил свободные электроны перемещаются на один край провода, создавая избыточный отрицательный заряд.

По достижении равновесия этих сил движение зарядов прекратится. Разность потенциалов по краям проводника и есть индуктированная в проводе Э.Д.С.

Если соединить концы этого проводника через нагрузку, то по цепи потечет ток.

Величина индуктированной Э.Д.С., возникающей в проводе, пропорциональна магнитной индукции «B», длине провода «ℓ» и скорости его движения «v».

E=B·ℓ·v, B

Индуктированная Э.Д.С. возникает только в том случае, если проводник пересекает магнитное поле. Если проводник двигается вдоль силовых линий, то E=0.

Направление индуктированной Э.Д.С. определяется правилом правой руки: ладонь правой руки располагают так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, отставленный большой палец указывал направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной Э.Д.С.

Явление самоиндукции

Если в проводнике протекает изменяющийся по значению ток, то магнитное поле вокруг него также изменяется

и в проводнике индуктируется Э.Д.С.

Индуктированная Э.Д.С. возникает в том самом проводнике, в котором происходит изменение тока. Это явление называется самоиндукцией.

Эта Э.Д.С. возникает при всяком изменении тока, при замыкании и размыкании цепей, при изменении нагрузки двигателей.

Согласно закону Ленца, Э.Д.С. самоиндукции всегда имеет такое направление, при котором она препятствует изменению вызвавшего ее тока и стремится поддержать его величину на одном и том же уровне.

При замыкании цепи появляется ток и возникает магнитное поле, которое индуктирует в проводе Э.Д.С. самоиндукции, направленную навстречу току и препятствующую его возрастанию.

Рис. 4.12. Возникновение ЭДС самоиндукции

При размыкании цепи, исчезновении магнитного поля, его силовые линии пересекают проводник и возникает Э.Д.С. самоиндукции, которая совпадает по направлению с током, препятствуя его убыванию.

Благодаря тормозному действию Э.Д.С. самоиндукции, ток в электрических цепях при включении нарастает не мгновенно, а достигает своего установившегося значения в течение определенного времени.

При отключении цепи ток не уменьшается мгновенно, а спадает постепенно.

Явление самоиндукции в проводниках характеризуется индуктивностью «L«. Индуктивность характеризует именно Э.Д.С. самоиндукции в зависимости от изменения тока.

1 Гн = 1 В · с / А

Особенно проявляет себя Э.Д.С. самоиндукции при размыкании цепей, содержащих катушки с большим числом витков и со стальными сердечниками. При этом может возникнуть Э.Д.С. самоиндукции больше Э.Д.С. источника тока. Поэтому для гашения электрической дуги при размыкании цепей, применяют контакторы с дугогасительным устройством.

Источник

Физика. 11 класс

Конспект урока

Урок 3. Магнитная индукция. Действие магнитного поля на проводник и движущуюся заряжённую частицу

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

2) вектор магнитной индукции, линии магнитной индукции;

3) сила Ампера, сила Лоренца;

4) правило буравчика, правило левой руки.

Магнитная индукция – векторная величина, характеризующая величину и направление магнитного поля.

Сила Ампера – сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током.

Сила Лоренца – сила, действующая со стороны магнитного поля на движущую частицу с зарядом.

Правило левой руки – правило для определения направления силы Ампера и силы Лоренца.

Соленоид – проволочная катушка.

Рамка с током – небольшой длины катушка с двумя выводами из скрученного гибкого проводника с током, способная поворачиваться вокруг оси, проходящей через диаметр катушки.

Основная и дополнительная литература по теме урока

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций. М.: Просвещение, 2014. – С. 3 – 20

Основное содержание урока

Магнитное поле – особый вид материи, которая создаётся электрическим током или постоянными магнитами. Для демонстрации действия и доказательства существования магнитного поля служат магнитная стрелка, способная вращаться на оси, или небольшая рамка (или катушка) с током, подвешенная на тонких скрученных гибких проводах.

Рамка с током и магнитная стрелка под действием магнитного поля поворачиваются так, что северный полюс (синяя часть) стрелки и положительная нормаль рамки указывают направление магнитного поля.

Магнитное поле, созданное постоянным магнитом или проводником с током, занимает всё пространство в окрестности этих тел. Магнитное поле принято (удобно) изображать в виде линий, которые называются линиями магнитного поля. Магнитные линии имеют вихревой характер, т.е. линии не имеют ни начала, ни конца, т.е. замкнуты. Направление касательной в каждой точке линии совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Поля с замкнутыми линиями называются вихревыми.

Магнитное поле характеризуется векторной величиной, называемой магнитной индукцией. Магнитная индукция характеризует «силу» и направление магнитного поля – это количественная характеристика магнитного поля.

Она обозначается символом За направление вектора магнитной индукции принимают направление от южного полюса к северному магнитной стрелки, свободно установившейся в магнитном поле.

Направление магнитного поля устанавливают с помощью вектора магнитной индукции.

Направление вектора магнитной индукции прямого провода с током определяют по правилу буравчика (или правого винта).

Правило буравчика звучит следующим образом:

если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

Направление магнитного поля внутри соленоида определяют по правилу правой руки.

Определим модуль вектора магнитной индукции.

Наблюдения показывают, что максимальное значение силы, действующей на проводник, прямо пропорционально силе тока, длине проводника, находящегося в магнитном поле.

Тогда, зависимость силы от этих двух величин выглядит следующим образом

Отношение зависит только от магнитного поля и может быть принята за характеристику магнитного поля в данной точке.

Величина, численно равная отношению максимальной силы, действующей на проводник с током, на произведение силы тока и длины проводника, называется модулем вектора магнитной индукции:

Единицей измерения магнитной индукции является 1 тесла (Тл).

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, равна произведению модуля магнитной индукции, силы тока, длины проводника и синуса угла между вектором магнитной индукции и направлением тока:

где α – угол между вектором B и направлением тока.

Направление силы Ампера определяется правилом левой руки:

Если ладонь левой руки развернуть так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 0 большой палец покажет направление силы Ампера.

Сила Лоренца – сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля. Её численное значение равно произведению заряда частицы на модули скорости и магнитной индукции и синус угла меду векторами скорости и магнитной индукции:

– заряд частицы;

– скорость частицы;

B – модуль магнитной индукции;

– угол между векторами скорости частицы и магнитной индукции.

Направление силы Лоренца также определяют по правилу левой руки:

Если четыре вытянутых пальца левой руки направлены вдоль вектора скорости заряженной частицы, а вектор магнитной индукции направлен в ладонь, то отведённый на 90 0 большой палец покажет направление силы Лоренца. Если частица имеет заряд отрицательного знака, то направление силы Лоренца противоположно тому направлению, которое имела бы положительная частица.

Получим формулы для радиуса окружности и периода вращения частицы, которая влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции, применяя формулы второго закона Ньютона и центростремительного ускорения.

Согласно 2-му закону Ньютона

Время, за которое частица делает полный оборот (период обращения), равно:

Многим юным бывает досадно, что они не родились в старые времена, когда делались открытия. Им кажется, что теперь всё известно и никаких открытий на их долю не осталось.

Одной из нераскрытых тайн является механизм земного магнитного поля. Как же и чем вызывается магнитное поле Земли? Подумайте и может быть…

Одна из возможных гипотез.

Как известно, ядро Земли имеет высокую температуру

и высокую плотность. Судя по исследованиям, в самом центре содержится твёрдое ядро. При вращении Земли вокруг своей оси центр тяжести не совпадает с геометрическим центром из-за притяжения Солнца. В результате сместившееся из центра ядро вращаясь относительно оболочки Земли вызывает такое же движение жидкой расплавленной массы мантии, как чайная ложка, перемешивающая воду в стакане. Получается не что иное, как направленное движение зарядов. Есть электрический ток, а он, в свою очередь, создаёт магнитное поле.

Разбор тренировочных заданий

1. На рисунке изображён проводник с током, помещённый в магнитное поле. Стрелка указывает направление тока в проводнике. Вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно плоскости рисунка к нам. Как направлена сила, действующая на проводник с током?

— точка означает, что магнитная индукция направлена на нас из глубины плоскости рисунка.

Используя правило левой руки, определяем направление силы Ампера:

Левую руку располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, 4 пальца направим вниз по направлению тока, тогда отогнутый на 90 0 большой палец покажет направление силы Ампера, т. е. она направлена влево.

2. По проводнику длиной 40 см протекает ток силой 10 А. Чему равна индукция магнитного поля, в которое помещён проводник, если на проводник действует сила 8 мН?

(Ответ выразите в мТл).

3. Определите модуль силы, действующей на проводник длиной 50 см при силе тока 10 А в магнитном поле с индукцией 0,15 Тл. (Ответ выразите в мН).

4. Протон в магнитном поле с индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найдите скорость протона. (Ответ выразите в км/с, округлив до десятков)

6. Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией 3,14мТл. Чему равен период обращения электрона? (Ответ выразите в наносекундах, округлив до целых)

Запишем формулу модуля магнитной индукции: