Взаимодействие параллельных токов

Возьмем два параллельных проводника с токами I₁ и I₂. Расстояние между ними равно а. Токи I₁ и I₂ cонаправлены и проводники притягиваются друг к другу. Проводник 2 находится в магнитном поле проводника 1 и на него действует сила , проводник 1 –аналогично. Из опытов известно, что сила , действующая на отрезок l проводника 2 (1) со стороны магнитного поля проводника 1 (2), прямо пропорциональна величинам токов I₁ и I₂, длине отрезка l, обратно пропорциональна расстоянию между ними а и зависит от свойств среды, в которой они находятся:

,

где К_с – коэффициент, отражающий зависимость силы от среды.

5.2.2.4. Магнитная проницаемость среды.
Магнитная постоянная

Для упрощения ряда формул коэффициент К_с записывают в виде: , где m₀ – магнитная постоянная.

В СИ (п.5.2.2.1).

· Гн – генри (п.5.2.5.7.)

– относительная магнитная проницаемость среды.

m показывает, во сколько раз сила действия магнитного поля в данной среде больше (меньше), чем в вакууме (для вакуума m = 1).

· Опыты показали, что среда усиливает действие поля (m > 1) либо ослабляет его (m < 1).

Определение единицы силы тока

Поместим в вакуум два проводника, причём они:

1) имеют одинаковое и постоянное сечение по всей длине;

2) расположены параллельно друг другу на расстоянии 1 м;

3) достаточно длинные, чтобы их можно было считать бесконечно длинными;

4) по ним текут постоянные и одинаковые токи.

Тогда принимают, что:

Один ампер (1 А) – сила тока, вызывающая взаимодействие таких проводников с силой F = 2×10^–7 H на каждый метр их длины.

5.2.2.6. Индукция магнитного поля прямолинейного
проводника с током

В 1820 г. Жан Био (1774–1862, Франция) и Феликс Савар (1791–1841, Франция) определили индукцию магнитного поля прямолинейного проводника с током.

Пусть в поле тока I внесён ток I', причем I || I'.

Индукция поля первого проводника и сила, действующая на второй проводник F = F_Àmax = B×I'×l.

Сила взаимодействия проводников (п.5.2.2.3–4). Тогда или . Для произвольного расстояния r получаем: .

· Индукция магнитного поля тока I катушки (соленоида): B = m₀×m×n×I, где n – число витков, приходящееся на единицу длины катушки.

Напряженность магнитного поля

Из видно, что значение В зависит от среды.

Напряженность магнитного поля (Н)–векторная физическая величина, характеризующая зависимость силовых свойств поля толькоот его источника, но не от среды.

Для проводника с током: .

Контур с током в магнитном поле

Поместим контур площади S с током I в однородное магнитное поле . Контур примет строго определенное положение, при котором его плоскость перпендикулярна силовым линиям поля. Из опытов известно, что максимальный момент сил, действующий на контур с током в магнитном поле: .

Магнитный момент контура (р) – векторная физическая величина, численно равная произведению силы тока I в контуре на его площадь S [р] = 1 А×м². Тогда .

Направление определяет правило правого винта: если рукоятку винта поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение винта укажет направление .

· характеризует свойства контура в магнитном поле независимо от его формы.

Из опытов известно, что .

Тогда или , где a – угол между и .

· Равновесие контура возможно при .

Магнитный поток

Пусть контур площади S помещен в магнитное поле , причем плоскость контура перпендикулярна линиям индукции поля. Полагая равным количеству силовых линий поля, проходящих через единицу площади перпендикулярно расположенной поверхности, определим общее число линий поля, проходящих через контур: [Ф] = 1 Тл×м² = 1 В×с = 1 Вб – вебер.

Если не перпендикулярен к S, то , где - угол между (п.5.2.2.8.) и .

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) (Ф), проходящий через контур S, – величина, численно равная произведению модуля вектора индукции магнитного поля В на площадь контура S и на косинус угла a между вектором и нормалью к плоскости контура.

5.2.2.10. Работа по перемещению проводника
с током в магнитном поле

В магнитное поле (направлено к нам) поместим перпендикулярно два параллельных стержня и подключим к источнику напряжения. Замкнем их через подвижный проводник l. Он переместится на расстояние b под действием силы . Угол a между и l равен 90⁰; sina = 1 и работа А = F_А×b = В×I×l×b = В×I×DS, где DS = l×b – приращение площади магнитного поля, «заметенной» проводником. DS = S₂ – S₁; S₁ и S₂– площади охвата до и после совершения работы.

.

Работу можно определить на графике Ф(I), как площадь заштрихованной фигуры.

5.2.3. Действие магнитного поля
на движущийся заряд. Сила Лоренца

Магнитное поле действует на проводник с током I и можно предположить, что оно действует на любые движущиеся электрические заряды.

I = q×n×v×S (п.5.1.2.2). F_A = B×I×l×sina = B×q×n×v×S×lsina = B×q×v×Nsina, где a – угол между и направлением I; n×S×l = n×V = N – общее число заряженных частиц, составляющих заряд Q в объеме V.

Сила Лоренца (F_л) – сила, с которой магнитное поле действует на движущийся электрический заряд.

Тогда или .

Направление силы Лоренца (как и силы Ампера) определяется правилом левой руки. При этом направление четырех вытянутых пальцев должно совпадать с направлением движения положительно заряженной частицы (быть противоположным в случае отрицательно заряженной частицы).

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: