а
б
Сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током, называется силой Ампера.
Величина этой силы, действующей на элемент Δl проводника с током I в магнитном поле с индукцией \(~\vec B\) , определяется законом Ампера:
\(~\Delta F = B \cdot I \cdot \Delta l \cdot \sin \alpha\) , (1)где α – угол между направлениями тока и вектора индукции.
Направление силы Ампера можно найти с помощью правила левой руки (рис. 1):
Рис. 1
если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца совпадали по направлению с направлением тока, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы, действующей на элемент проводника.
Использование этого правила затруднительно лишь в том случае, когда угол α мал. Поскольку, однако, величина B∙sin α представляет собой модуль перпендикулярной проводнику с током компоненты вектора индукции \(~\vec B_{\perp}\) (рис. 2), то ориентацию ладони можно определять именно этой компонентой – она должна входить в открытую ладонь левой руки.
Рис. 2
Из (1) следует, что сила Ампера равна нулю, если проводник с током расположен вдоль линий магнитной индукции, и максимальна, если проводник перпендикулярен этим линиям.
Закон Ампера выполняется для любого магнитного поля. Предположим, что это поле создается длинным линейным проводником с током I2, параллельным первому проводнику c током I1 и находящимся на расстоянии r от него. Тогда индукцию магнитного поля в точках расположения первого проводника можно определить (с учетом замены I → I2) по формуле:
\(~B = \frac{\mu_0 \cdot I}{2 \pi \cdot r} = \frac{\mu_0 \cdot I_2}{2 \pi \cdot r}\) .Подставляя это выражение в (1) и замечая, что в рассматриваемом случае параллельных проводников α = 90°, находим силу, действующую на линейный элемент Δl первого проводника,
\(~\Delta F = \frac{\mu_0 \cdot I_2}{2 \pi \cdot r} \cdot I_1 \cdot \Delta l = \mu_0 \cdot \frac{I_2 \cdot I_1 \cdot \Delta l}{2 \pi \cdot r} \) . (2)Совершенно ясно, что точно такое же выражение можно записать для силы, действующей на второй проводник. Используя правило буравчика (для определения магнитной индукции проводника с током) и правило левой руки (для определения силы, действующей на проводник с током), можно убедиться в том, что если токи в проводниках текут в одинаковых направлениях, то эти проводники притягиваются (рис. 3 а, б), а если в разных – отталкиваются (рис. 4, а, б), что и подтверждается опытом.
а
б
а
б
Выражение (2) было положено в основу принципа определения единицы силы тока. Если в (2) считать I1 = I2 = 1 А, r = 1 м, Δl = 1 м, то получим F = 2∙10-7 Н/м. Другими словами,
если по двум параллельным, бесконечно длинным линейным проводникам, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга, текут одинаковые токи в 1 А, то эти токи взаимодействуют с силой 2∙10-7 Н на каждый метр длины проводников.
Заметим, что единица силы тока – ампер – в СИ принадлежит, наряду с секундой, метром, килограммом, кельвином, молем и канделой, к числу основных единиц измерения физических величин.
Поместим в однородном магнитном поле с индукцией \(~\vec B\) прямоугольную рамку с током ABCD (рис. 5 а – вид сбоку; рис. 5 б – вид сверху), где обозначим AB = a, AD = b, β – угол между перпендикуляром к рамке и вектором магнитной индукции.
а
б
На участки AD и BC магнитное поле действуют с силами, которые меняются от нуля до максимального значения (в зависимости от угла поворота рамки β) и стремятся растянуть рамку (на рис. 5 эти силы не указаны). На участки AB и CD магнитное поле действуют с постоянными силами \(~\vec F_1\) и \(~\vec F_2\), которые направлены в противоположные стороны (на рис. 5 а силы направлены перпендикулярно плоскости рисунка) и стремятся повернуть рамку вокруг оси OO´. Таким образом, эти силы \(~\vec F_1\) и \(~\vec F_2\) создают вращающий момент \(~M = F_1 \cdot l_1 + F_2 \cdot l_2\) , где \(~F_1 = F_2 = I \cdot B \cdot l\) (угол α = 90°), \(~l_1 = l_2 = \frac{AD}{2} \sin \beta = \frac{b}{2} \sin \beta\) , \(~l = AB = CD = a\) . Тогда
\(~M = 2 F_1 \cdot l_1 = 2I \cdot B \cdot a \cdot \frac{b}{2} \cdot \sin \beta = I \cdot B \cdot a \cdot b \cdot \sin \beta = I \cdot B \cdot S \cdot \sin \beta\) ,где \(~S = a \cdot b\) – площадь рамки.
Момент сил будет максимальным при β = 90° (рамка расположена вдоль линий индукции)
\(~M_{max} = I \cdot B \cdot S\) . (3)Отметим, что формула (3) справедлива не только для квадратной рамки, но и для плоской рамки другой формы.
В электрических двигателях для преобразования электрической энергии в механическую используется действие силы Ампера.
Основными частями электродвигателя постоянного тока (рис. 6) являются индуктор 4, с помощью которого создается постоянное магнитное поле, якорь 3, через обмотки которого пропускается ток, и коллектор 1 с электрическими щетками 2, с помощью которых осуществляется соединение обмоток якоря с источником тока.
а
б
В простейшей машине постоянного тока индуктор – это постоянный магнит или электромагнит со стальным сердечником. Обмотки электромагнита индуктора называются обмотками возбуждения. Магнит индуктора имеет полюсные наконечники такой формы, что между ними образуется отверстие цилиндрической формы. Между полюсными наконечниками индуктора помещается якорь. Якорь состоит из сердечника – стального цилиндра с пазами, параллельными оси цилиндра, и обмоток, вложенных в пазы сердечника (рис. 7). Выводы каждой обмотки соединены с медными контактами коллектора.
Рис. 7
Якорь насажен на ось, концы которой установлены в подшипниках, и может свободно вращаться вокруг этой оси.
Для постоянного вращения рамки с током в магнитном поле необходимо устройство, меняющее направление тока. Такое устройство – коллектор – было изобретено в XIX веке. В простейшем случае он представляет собой два металлических полукольца 1, насаженных на общую с рамкой ось 2, и к которым припаяны провода обмотки 4 (рис. 8). К коллектору с двух противоположных сторон прижимаются щетки 3 из графита или меди; щетки подключаются проводами 5 к источнику постоянного напряжения.
Рис. 8
При включении ток проходит через щетки, полукольца и обмотку, в результате чего под действием пары сил Ампера обмотка начинает поворачиваться и поворачивает полукольца коллектора. Когда плоскость обмотки окажется перпендикулярной линиям магнитной индукции, вращающий момент обратится в ноль. Однако это положение обмотка проскакивает по инерции, и с этого момента каждое из полуколец, повернувшись вместе с рамкой, станет прикасаться уже к другой щетке. В результате направление тока в обмотке изменится на противоположное, а возникший после такой смены направления тока вращающий момент будет вынуждать обмотку вращаться в прежнем направлении до тех пор, пока ее плоскость снова не станет перпендикулярной вектору индукции. После этого направление тока в обмотке снова изменится, и она продолжит вращение, и т.д.
Скорость вращения якоря электродвигателя можно регулировать, изменяя силу тока в его обмотках; направление вращения можно изменять, изменяя направление тока в обмотке якоря или индуктора.
Электродвигатель постоянного тока может приводить в движение колеса электровоза, троллейбуса, трамвая, приводить в действие электробритву, магнитофон и другие бытовые электроприборы.
В электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы используется действие магнитного поля на проводник с током (рис. 9).
Рис. 9
Измеряемый электрический ток пропускается через рамку 6, помещенную в магнитное поле постоянного магнита 5. Рамка укреплена на оси 2. Измеряемый ток подводится к рамке 6 через спиральную пружину 3. На участки проводников, расположенные перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, действует сила Ампера. Если бы подвижная часть измерительного механизма не имела пружину 3, противодействующую ее повороту, то при пропускании тока через рамку происходил бы поворот ее на 180° независимо от силы тока. Но силы упругости, возникающие при закручивании пружины, препятствуют повороту рамки. Сила упругости прямо пропорциональна углу закручивания пружины, поэтому угол поворота, при котором наступает равенство моментов сил Ампера и сил упругости, пропорционален силе тока в рамке. Шкала магнитоэлектрического прибора равномерная.
При изменениях силы тока равновесие моментов сил упругости и сил Ампера нарушается, в результате подвижная система начинает совершать колебания относительно нового положения равновесия. Вместе с ней колеблется и стрелка прибора. Для устранения этих колебаний в приборах применяются специальные успокоители. В них для торможения подвижной системы используется тонкая алюминиевая пластина 7, помещенная между полюсами постоянного магнита 8 и закрепленная на оси вращения подвижной системы. При повороте подвижной системы алюминиевая пластина успокоителя движется в поле постоянного магнита. Наводимые в ней при этом индукционные токи тормозят движение пластины и вместе с тем вращение всей подвижной системы электроизмерительного прибора.
Для того чтобы при любом положении указательной стрелки 4 подвижная часть была уравновешена в поле тяжести, имеются противовесы 9. Установка на нулевое деление шкалы производится с помощью корректора 10.
Прибор можно проградуировать так, чтобы угол поворота определял силу тока в амперах или других единицах. Согласно закону Ома сила тока в приборе \(~I = \frac{U}{R}\) . Поэтому прибор можно проградуировать и так, чтобы определенному углу отклонения стрелки соответствовало напряжение U на зажимах прибора в вольтах или других единицах.
Таким образом, прибор может служить как амперметром, так и вольтметром. В последнем случае для увеличения сопротивления прибора нужно последовательно с катушкой включить резистор с большим сопротивлением.
www.physbook.ru
physbook.ru > Referat. Сила Ампера —
Реферат Сила Ампера
Модуль силы Ампера можно найти по формуле: , где α — угол между векторами магнитной индукции и тока.
wreferat.baza-referat.ru > Реферат Сила
Реферат на тему сила ампера
Применение силы ампера в технике реферат. Реферат на тему сила ампера. Приборы и устройства в которых используют силу ампера.
WorldOfSchool.ru > Реферат на тему сила
Сила Ампера | Бесплатные курсовые, рефераты и дипломные...
Рефераты, курсовые работы, лекции и доклады.– Сила Ампера (или закон Ампера). Направление силы Ампера находится по правилу векторного произведения – по правилу...
refac.ru > Сила Ампера | Бесплатные
Реферат - Магнитное поле. Сила Ампера. Сила Лоренца.
Решение.Сила Ампера подсчитывается по формуле F = ІBℓsin α. Для α 1 = 60° сила равна.Реферат по разное. Что такое курс, пеленг, курсовой угол?
ronl.ru > Реферат - Магнитное поле.
Сила Ампера.
` Новые рефераты: Радио Сила Ампера.2. Величина силы Ампера определяется по формуле: , (12.1). где l - длина провода; a - угол между направлением тока в проводе и...
referatwork.ru > Сила
Реферат Законы Ампера
им. Н.Демидова Реферат на тему: «Законы Ампера» ВыполнилаАмпер сделал здесь допущение, что силы приложены к срединам токов и действуют по прямой линии, проходящей...
bukvasha.ru > Реферат Законы
реферат - Сила Ампера и сила Лоренца, их направления.
Описание (план): РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – МСХА имени К.А.ТИМИРЯЗЕВА Кафедра физики Реферат Сила Ампера и сила Лоренца, их...
webkursovik.ru > реферат - Сила Ампера и
Сила Ампера и ее применение - презентация, доклад, проект...
Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Сила Ампера и ее применение. Доклад-сообщение содержит 14 слайдов.
mypresentation.ru > Сила Ампера и ее
Движение заряженной частицы в магнитном поле.
Главная Коллекция рефератов "Otherreferats" Физика и энергетика Сила Ампера и сила Лоренца. Движение заряженной частицы в магнитном поле.
otherreferats.allbest.ru > Движение заряженной
Сила и закон Ампера — реферат
Сила и закон Ампера. Дата поступления: 24 Сентября 2011 в 15:21 Автор работы: Пользователь скрыл имя Тип: реферат.
turboreferat.ru > Сила и закон Ампера —
Общие применения силы Ампера
Благодаря работе силы Ампера едет трамвай, бежит электричка, поднимается лифт, раздвигаются ворота, электродвери...
bourabai.kz > Общие применения силы
Что такое сила Ампера? :: SYL.ru
Сила Ампера является главной составляющей закона Ампера - закона о взаимодействии электрических токов.
syl.ru > Что такое сила Ампера? ::
Применение сил Ампера и Лоренца в науке и технике
Тема: Магнитное поле Урок: Применение сил Ампера и Лоренца в науке и технике. Амперметр, телеграф, электромагниты, масс-анализаторы.
msk.edu.ua > Применение сил Ампера и
Сила Ампера - онлайн доклад для урока Физика
Сила Ампера Силу, с которой МП действует на проводник с током, называют силой Ампера. Сила Ампера имеет: модуль, который вычисляю по формуле: (α...
allyslide.com > Сила Ампера - онлайн доклад
Сила Ампера
главная страница Рефераты Курсовые работы текст файлы добавьте реферат (спасибо :)Поиск видео.Лекция-семинар 9. Сила Ампера. Курс общей физики.
CoolReferat.com > Сила
Реферат: А.М.Ампер – основоположник электродинамики
РЕФЕРАТ. на тему: А.М.Ампер – основоположник электродинамики.Ампер сделал здесь допущение, что силы приложены к срединам токов и действуют по прямой линии, проходящей...
BestReferat.ru > Реферат: А.М.Ампер –
2.4 Направление силы Ампера
Биография и научная деятельность Андре Мари Ампера, открытие им силы Ампера.Xreferat.com » Рефераты по физике » Определение индукции магнитного поля и проверка...
xreferat.com > 2.4 Направление силы
Бесплатные сочинения по Сила Ампера для студентов.
Закон Ампера Сила Ампера это та сила, с которой магнитное поле действует на проводник, с током помещённый в это поле.реферат по физике 1. Сила Ампера .
SkachatReferat.ru > Бесплатные сочинения по
Презентация по физике "Сила Ампера и ее применение" - скачать...
Сила Ампера и ее применение Презентация выполнена учителем физики МОУ СОШ №4 города Урюпинска Волгоградской области Рожковой Светланой Николаевной.
ppt4web.ru > Презентация по физике
Применение сил Ампера и Лоренца в науке и технике.
Закон Ампера позволяет установить связь между величинами сил тока в проводниках и величинами, которые можно измерить опытным путём: механической силой и расстоянием.
100ballov.kz > Применение сил Ампера и
«Применение силы Ампера
Общие применения силы Ампера Закон Ампера используют для расчёта сил, действующих на проводники с током во многих технических устройствах, в электродвигателях...
kalinskol.narod.ru > «Применение силы
Закон Ампера
Эту силу также называют силой Ампера. Формулировка закона: сила, действующая на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле...
electroandi.ru > Закон Ампера
Презентация, доклад на тему Сила Ампера - скачать
Сила Ампера Силу, с которой МП действует на проводник с током, называют силой Ампера. Сила Ампера имеет: модуль, который вычисляю по формуле: (α...
presentacii.ru > Презентация, доклад на
14. Сила ампера. Правило левой руки. Применение силы Ампера.
Применение силы Ампера. •15. Гипотеза Ампера. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики.
StudFiles.net > 14. Сила ампера. Правило
Применение силы Ампера.
– сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.Лоренц объяснил существование силы Ампера.
poznayka.org > Применение силы
Магнитное поле реферат по физике скачать бесплатно магнит...
Линии равного склонения D 001Fназы ваются изогонами, наклонения I – изоклинами, величины полной силы В – изодинамически ми линиями или изодинами.
bankreferatov.ru > Магнитное поле реферат по
Применение закона Ампера. Громкоговоритель — Гипермаркет...
Под действием силы Ампера катушка колеблется вдоль оси громкоговорителя ОО1 (см. рисДополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и...
edufuture.biz > Применение закона Ампера.
Сила лоренца доклад - ebpmwhz
Тэги: доклад сила лоренца. Недавние поисковые запросы: скачать бланк счет кафе бар.Пусть концентрация носителей свободного заряда в проводнике есть Сила Ампера является...
ebpmwhz.webpin.com > Сила лоренца доклад -
www.boomle.ru
, с которой магнитное поле действует на элемент проводника 
с током ?, находящимся в магнитном поле 
, прямо пропорциональна силе тока ? и векторному произведению элемента проводника на магнитную индукцию
– Сила Ампера (или закон Ампера)
Направление силы Ампера находится по правилу векторного произведения – по правилу левой руки: четыре вытянутых пальца левой руки расположить по направлению тока, вектор входит в ладонь, отогнутый под прямым углом большой палец покажет направление силы, действующей на … проводник с током. (Можно также определить направление 
с помощью правой руки: вращаем четыре пальца правой руки от первого сомножителя 
ко второму , большой палец укажет направление .)
Модуль силы Ампера
,
где α – угол между векторами и 
.
Если поле однородно, а проводник с током конечных размеров, то
,
.
При перпендикулярном 
.
Любой проводник с током создает вокруг себя магнитное поле. Если поместить в это поле другой проводник с током, то между этими проводниками возникают силы взаимодействия. При этом параллельные сонаправленные токи притягиваются, противоположно направленные — отталкиваются.
Рассмотрим два бесконечно длинных параллельных проводника с токами I1иI2,находящимися в вакууме на расстоянии d (для вакуума µ = 1). В соответствии с законом Ампера
.
Магнитное поле прямого тока равно
,
тогда
,
сила, действующая на единицу длины проводника
.
Сила, действующая на единицу длины проводника между двумя бесконечно длинными проводниками с током, прямо пропорциональна силе тока в каждом из проводников и обратно пропорциональна расстоянию между ними.
Определение единицы измерения силы тока – Ампера:
За единицу силы тока в системе СИ принята такая сила постоянного тока, который протекая по двум бесконечно длинным параллельным проводникам бесконечно малого сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает силу, действующую на единицу длины проводника, равную 2·10-7 Н.
µ = 1; I1 = I2 = 1 A; d = 1 м; µ0 = 4π·10-7 Гн/м – магнитная постоянная.
.
refac.ru
Сила Ампера. Количество просмотров публикации Сила Ампера. - 290
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Сила Ампера. |
| Рубрика (тематическая категория) | Радио |
Сила, действующая на прямолинейный провод с током в магнитном поле, принято называть силой Ампера и определяется законом Ампера.
1. Направление силы Ампера определяется правилом левой руки. В случае если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная проводу составляющая вектора магнитной индукции
входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по току в проводе, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера (рис.12.1).
2. Величина силы Ампера определяется по формуле:
, (12.1)
где l - длина провода; a - угол между направлением тока в проводе и вектором магнитной индукции; В – величина магнитной индукции. В случае если уголa =90° , то сила Ампера принимает максимальное значение . В случае если расположить провод с током в магнитном поле так, чтобы сила Ампера была максимальна, и измерить эту силу, то величину магнитной индукции можно рассчитать по формуле:
. (12.2)
Единица измерения магнитной индукции получила название тесла (Тл): 1Тл = 1Н/А.м.
Сила Ампера. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Сила Ампера." 2014, 2015.
Магниты и проводники с током изменяют пространство вокруг себя – в нем появляется магнитное поле. Оно характеризуется вектором магнитной индукции. То, что в данной точке пространства есть магнитное поле, можно определить, поместив в нее магнитную стрелку. Она повернется... [читать подробнее].
Магниты и проводники с током изменяют пространство вокруг себя – в нем появляется магнитное поле. Оно характеризуется вектором магнитной индукции. То, что в данной точке пространства есть магнитное поле, можно определить, поместив в нее магнитную стрелку. Она повернется... [читать подробнее].
При помещении провода с током в магнитное поле действующая на носители тока магнитная сила передается проводу. Получим выражение для магнитной силы, действующей на элементарный отрезок провода длиной dl в магнитном поле с индукцией В. Обозначим заряд одного носителя q1,... [читать подробнее].
При помещении провода с током в магнитное поле действующая на носители тока магнитная сила передается проводу. Получим выражение для магнитной силы, действующей на элементарный отрезок провода длиной dl в магнитном поле с индукцией В. Обозначим заряд одного носителя q1,... [читать подробнее].
Закон Ампера в векторной форме Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля Сила Ампера направлена перпендикулярно... [читать подробнее].
referatwork.ru
Определение индукции магнитного поля и исследование формулы Ампера
Введение
В последнее время физики вновь обратились к необходимости использования различных экспериментальных работ для более углубленного и осмысленного изучения физики. Данная экспериментальная работа не представлена в учебниках, как лабораторная, поэтому мы предлагаем ее учителям для использования в лабораторном практикуме и для более углубленного изучения теории по теме «Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера».
Целью данной работы является определение индукции магнитного поля подковообразного магнита, действие данного поля на проводник с током, а также исследование прямой пропорциональной зависимости силы Ампера от длины проводника, силы тока в цепи и индукции магнитного поля.
Главной задачей данной исследовательской работы является изготовление установки для проведения всех измерений по данной теме, а также разработка методического пособия в помощь для учителей и учащихся, которые заинтересуются углубленным изучением данной темы.
Теория по данной теме основывается на изучении учебников под редакцией Г.С. Ландсберга «Элементарный учебник физики. т. 2», Б.И. Спасского «Хрестоматия по физике 8–10», учебника «Физика 10» авторов Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева, учебник по физике Л. Эллиота, У. Уилкокса, а также статьи автора И.И. Гейнбихнера в журнале «Физика в школе».
Так как важнейшим применением силы Ампера является ее использование в электрических двигателях, то данная работа позволяет учащимся познать их принцип действия, а в будущем, возможно, подтолкнет на создание более мощных электрических приборов.
1. Магнитное поле
Движущиеся заряды образуют электрический ток. Следовательно, магнитное поле – это поле, создаваемое электрическим током. Оно осуществляет взаимодействие электрических токов.
Между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Согласно теории близкодействия это взаимодействие осуществляется так: каждый из зарядов создает электрическое поле, которое действует на другой заряд, и наоборот.
Однако между электрическими зарядами могут существовать силы и иной природы. Их можно обнаружить с помощью следующего опыта.
Возьмем два гибких проводника, укрепим их вертикально, а затем присоединим нижними концами к полюсам источника тока. Притяжения или отталкивания проводников при этом не обнаружится. Но если другие концы проводников замкнуть проволокой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления, то проводники начнут отталкиваться друг от друга. В случае токов одного направления проводники притягиваются
Взаимодействия между проводниками с током, т.е. взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.
Согласно теории близкодействия ток в одном из проводников не может непосредственно действовать на ток в другом проводнике.
Подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.
Электрический ток в одном из проводников создает вокруг себя магнитное поле, которое действует на ток во втором проводнике. А поле, созданное электрическим током второго проводника, действует на первый.
Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.
Перечислим основные свойства магнитного поля, устанавливаемые экспериментально:
1. Магнитное поле порождается электрическим током.
2. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток.
Экспериментальным доказательством реальности магнитного поля, как и реальности электрического поля, является факт существования электромагнитных волн
1.1 Замкнутый контур с током в магнитном поле
Для изучения магнитного поля можно взять замкнутый контур малых размеров. Например, можно взять маленькую плоскую проволочную рамку произвольной формы. Подводящие ток проводники нужно расположить близко друг к другу или сплести вместе. Тогда результирующая сила, действующая со стороны магнитного поля на эти проводники, будет равна нулю.
Выяснить характер действия магнитного поля на контур с током можно с помощью следующего опыта.
Подвесим на тонких гибких проводниках, сплетенных вместе, маленькую плоскую рамку, состоящую из нескольких витков проволоки. На расстоянии, значительно большем размеров рамки, вертикально расположим провод. При пропускании электрического тока через провод и рамку рамка поворачивается и располагается так, что провод оказывается в плоскости рамки. При изменении направления тока в проводе рамка повернется на 180°.
Магнитное поле создается не только электрическим токе но и постоянными магнитами. Если мы подвесим на гибких проводах рамку с током между полюсами магнита, то рамка будет поворачиваться до тех пор, пока плоскость ее не установится перпендикулярно к линии, соединяющей полюсы магнита. Таким образом, магнитное поле оказывает на рамку с ток ориентирующее действие.
1.2 Вектор магнитной индукции
Величина, характеризующая магнитное поле количественно называется вектором магнитной индукции и обозначают
Ориентирующее действие магнитного поля на магнитную стрелку или рамку с током можно использовать для определения направления вектора магнитной индукции.
За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током. рис. 4
Положительная нормаль направлена в ту сторону, куда перемещается буравчик, если вращать его по направлению тока в рамке.
Располагая рамкой с током или магнитной стрелкой, можно определить направление вектора магнитной индукции в любой точке поля.
В магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке устанавливается по касательной к окружности. Плоскость окружности перпендикулярна проводу, а центр ее лежит на оси провода. Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
1.3 Линии магнитной индукции
Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить линии магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор в данной точке поля .
Для прямолинейного проводника с током линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной этому проводнику с током. Центр окружностей находится на оси проводника. Стрелки на линиях указывают, в какую сторону направлен вектор магнитной индукции, касательный к данной линии.
Для катушки с током картина линий магнитной индукции, построенная с помощью магнитных стрелок или малых контуров с током, показана на рис. 6. Если длина соленоида много больше его диаметра, то магнитное поле внутри! соленоида можно считать однородным. Линии магнитной индукции такого поля параллельны.
Картину линий магнитной индукции можно сделать видимой, воспользовавшись мелкими железными опилками.
В магнитном поле каждый кусочек железа, насыпанный на лист картона, намагничивается и ведет себя как маленькая магнитная стрелка. Наличие большого количестве таких стрелок позволяет в большее числе точек определить направление магнитного поля и, следовательно более точно выяснить расположение линий магнитной индукции.
Важная особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты.
Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Магнитное поле – вихревое поле.
Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобных электрическим в природе нет.
2. Сила Ампера
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 участок проводника, был установлен в 1820 г. А. Ампером. Так как создать обособленный элемент тока нельзя, то Ампер проводил опыты с замкнутыми проводниками. Меняя форму проводников и их расположение, Ампер сумел установить выражение для силы, действующей на отдельный элемент тока.
2.1 Биография и научная деятельность Андре Мари Ампера
Андре Мари Ампер – французский физик и математик. Ампер родился в г. Лионе. Его отец, хорошо образованный человек, был коммерсантом и впоследствии Королевским прокуром г. Лиона.
В раннем возрасте у Ампера проявились любовь к чтению, математические способности, стремление к разносторонним знаниям. Под руководством отца он получил так называемое домашнее образование. Юный Ампер самостоятельно изучал книги по математике, сочинения, по ботанике, занимался физикой. Он рано проникся любовью к естественным наукам и философии. Важнейшим источником знаний для него была «Энциклопедия», издававшаяся под редакцией знаменитых французских просветителей Д. Дидро и Ж. Даламбера. Амперу было 14 лет, когда он уже прочитал все 20 томов «Энциклопедии».
Трудовую деятельность Ампер начал в качестве домашнего учителя: он стал давать частные уроки математики, физики, химии. Уроки Ампера имели успех. В 1801 г. он был принят на должность учителя физики и химии в Центральную школу в Бурк-ан-Брес. Первые труды Ампера по математике получают высокую оценку Даламбера и Лапласа – известных французских ученых того времени. В 1805 г. Ампер занимает место преподавателя математики в одном из лучших учебных заведений Франции – Политехнической школе в Париже. В 1814 г. Ампера избирают членом Парижской академии наук. В 1824 г. после 20 лет работы в Политехнической школе Ампер занимает должность профессора физики Нормальной школы в Париже.
Научные работы Ампера до 1820 г. относятся преимущественно к математике и химии. Известие об опытах Эрстеда чрезвычайно заинтересовало Ампера. Оно натолкнуло его на мысль о том, что магнитные взаимодействия сводятся к взаимодействию электрических токов. 18 сентября 1820 г. он выступил на заседании Парижской академии наук с первым и 25 сентября – со вторым докладами о результатах проведенных им исследований электромагнитных явлений.
В протоколе Академии наук о заседании 25 сентября записано: «Я придал большое развитие этой теории и известил о новом факте притяжения и отталкивания двух электрических токов без участия какого-либо магнита, а также о факте, который я наблюдал со спиралеобразными проводниками. Я повторил эти опыты во время этого заседания». Таким образом, Ампер открыл механическое взаимодействие токов. Далее он ставит перед собой задачу – установить закон, которому подчиняется это явление. Эта нелегкая задача была им решена.
На основании гипотезы о существовании молекулярных токов Ампер построил первую теорию магнетизма.
Преподавательская работа требовала от Ампера большой затраты времени. Ампер в одном из своих писем сообщал: «Я принужден бодрствовать глубокой ночью… Будучи нагружен чтением двух курсов лекций, я тем не менее не хочу полностью забросить мои работы о вольтаических проводниках и магнитах. Я располагаю считанными минутами». Несмотря на такую загруженность, Ампер подготовил и издал в 1826 г. свой основной труд – «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта».
2.2 Модуль вектора магнитной индукции
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 , расположенную непосредственно между полюсами. Сила измеряется с помощью специальных весов, связанных 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. Прибавив еще один магнит, в 2 раза увеличив размеры области, где существует магнитное поле, и тем самым в 2 раза увеличив длину части проводника, на которую действует магнитное поле. Сила при этом также увеличивается 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 F т , когда магнитная индукция перпендикулярна проводнику.
Следовательно, максимальная сила, действующая на участок проводника длиной , по которому идет ток, прямо пропорциональна произведению силы тока I на длину участка : ~ .
Увеличивая силу тока в 2 раза, можно заметить, что и действующая на проводник сила также увеличивается в 2 раза. Прибавив еще один 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 увеличивается в 2 раза. И наконец, сила Ампера зависит о^ 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 Рт, когда магнитная индукция перпендикулярна проводнику. Итак, максимальная сила, действующая на участок проводника длиной А/, по которому идет ток, прямо пропорциональна произведению силы тока / на длину участка Д/: /7т ~/Л/. |
Модулем вектора магнитной индукции назовем отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка:
Магнитное поле полностью характеризуется вектором магнитной индукции В. В каждой точке магнитного поля могут быть определены направление вектора магнитной индукции и его модуль с помощью измерения силы, действующей на участок проводника с током.
2.3 Модуль силы Ампера
Пусть вектор магнитной индукции В составляет угол с направлением отрезка проводника с током. Опыт показывает, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, не оказывает никакого действия на ток. Поэтому модуль силы зависит лишь от модуля составляющей вектора В, перпендикулярной проводнику, т.е. от , и не зависит от параллельной составляющей вектора В, направленной вдоль проводника.
Максимальная сила Ампера равна:
ей соответствует . При произвольном значении угла сила пропорциональна не , а составляющей. Поэтому выражение для модуля силы F , действующей на малый отрезок проводника , по которому течет ток I, со стороны магнитного поля с индукцией , составляющей с элементом тока угол , имеет вид:
Это выражение называют законом Ампера.
Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника.
2.4 Направление силы Ампера
В рассмотренном выше опыте вектор перпендикулярен элементу тока и вектору . Его направление определяется правилом левой руки:
если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника
За единицу магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, в котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила Fm =1 Н .
Единица магнитной индукции получила название тесла в честь югославского ученого-электротехника Н. Тесла.
Опираясь на измерение силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, можно определить модуль вектора магнитной индукции.
3. Экспериментальное определение индукции магнитного поля и исследование силы Ампера
Опытный закон Ампера устанавливает зависимость величины силы, действующей на прямолинейный участок проводника с током, помещенный в магнитное поле, от основной характеристики магнитного поля – вектора индукции магнитного поля:
где l – длина активной части прямолинейного участка проводника, по которому протекает ток силой I, В- численное значение вектора индукции магнитного поля в месте расположения проводника, – угол между направлением оси проводника и направлением вектора,
Если проводник расположить так, чтобы = 90°, то
Таким образом, измерив действующую силу в ньютонах, величину тока в амперах и длину активной части проводника в метрах, легко определить величину индукции магнитного поля.
В данной экспериментальной работе необходимо определить индукцию магнитного поля В между полюсами различных подковообразных магнитов, а также экспериментально проверить прямую пропорциональную зависимость силы F от величины тока, длины активной части проводника и индукции магнитного поля:
Оставляя поочередно две величины, входящие в формулу, постоянными, можно установить зависимость силы, с которой магнитное поле действует на проводник с током, от третьей величины. Поскольку в формулу входят три величины, от которых зависит величина силы, то и нужно провести три серии измерений.
3.1. Описание и принцип действия установки
Для работ используется следующее оборудование: электродинамическая рамка, штатив с принадлежностями, лабораторные весы с разновесками, лабораторные амперметр и реостат, источник постоянного напряжения на 4–6 В, два или три подковообразных магнита.
Собирают установку как показано на рисунке 13, а также на фотографиях в приложении №1 и уравновешивают весы. Самодельную рамку с отводами включают в цепь по схеме рисунка 14. Магнит для устойчивости устанавливают либо на немагнитной коробке, соответствующего размера, либо на специальной подставке из дерева. Все применяемые в работах магниты целесообразно предварительно перенумеровать несмываемой краской.
На проводник с током, помещенный в магнитное постоянного подковообразного магнита поле действует сила Ампера. Следовательно, замыкая электрическую цепь, равновесие весов нарушается за счет действия силы Ампера со стороны магнитного поля.
Уравновешивая весы с помощью разновесов, можно определить значение силы тяжести, а следовательно и силы Ампера.
Зная длину активной части проводника, силу тока в цепи, можно вычислить индукцию магнитного поля данного подковообразного магнита.
При изменении силы тока, а также длины проводника, сила Ампера также будет изменяться. Эти свойства и использовались в ходе данной исследовательской работы.
3.2 Этапы и результаты проведения работы
Для измерений были взяты 3 магнита: два одинаковой длины в поперечнике и один в два раза уже.
Выполняют серии измерений с магнитом №1 при включении рамки на 15 витков. Указанные измерения проводят для различных токов: 0,18А,
0,2 А, 0,3 А, 0,4 А и 0,5 А. Такие же измерения выполняют с магнитом №2 и №3.
Затем измерения проводят с двумя магнитами №2 и №3, а также с магнитами №1 и №2, скрепленными между собой одинаковыми полюсами.
Все результаты заносим в таблицу.
Для каждого случая измерений вычисляем значение силы Ампера, а также индукции магнитного поля каждого подковообразного магнита с вычислением значений абсолютной и относительной погрешности.
По данным результатам строим графики зависимости силы Ампера от силы приложенного тока и от длины проводника. По полученным графикам убеждаемся в прямой зависимости данных величин и в выполнении закона Ампера.
В приложении №6 представлена разработка лабораторной работы по данной теме.
Заключение
В результате изучения и исследования данной темы можно сделать вывод о том, что цели и задачи, поставленные в начале данной работы выполнены.
Главной задачей данной исследовательской работы явилось изготовление установки для проведения всех измерений по данной теме. Особых трудностей это не представляет, так как оборудование для изготовления описанной установки есть в любом кабинете физики.
Целью данной работы являлось определение индукции магнитного поля подковообразного магнита, действие данного поля на проводник с током, а также исследование прямой пропорциональной зависимости силы Ампера от длины проводника, силы тока в цепи и индукции магнитного поля.
Для всех трех магнитов, а также для их комбинаций была определена индукция магнитного поля. В результате проведенных вычислений оказалось, что все магниты имеют одинаковую магнитную индукцию, поэтому исследовать зависимость силы Ампера от индукции магнитного тока не удалось.
Однако прямая зависимость силы Ампера от длины проводника и силы тока четко просматривается и представляется на графиках.
Также была разработана лабораторная работа по данной теме, которую учителя могут предложить учащимся на лабораторном практикуме для более углубленного изучения темы «Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера»
Список литературы
1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. Физика 10. М.: Просвещение, 1998.
2. Л. Эллиот, У. Уилкокс. Физика. М.: Наука, 1975.
3. Хрестоматия по физике 8–10. под редакцией Б.И. Спасского. М.: Просвещение, 1987.
4. Элементарный учебник физики. т. 2. под редакцией Г.С. Ландсберга. М.: Наука, 1972.
5. И.И. Гейнбихнер.: Определение индукции магнитного поля. – «Физика в школе», 1972, №1.
www.ronl.ru
Знания о том, что такое сила Ампера, как она относится и чем может быть полезна для людей, необходимы для тех, кто работает с током. Как для собственной безопасности, так и для работы с различной радиоэлектроникой (при конструировании рельсетронов, что довольно популярно). Но хватит ходить вокруг, приступим к выяснению того, что такое сила Ампера, особенности этой силы и где она используется. Также можно будет прочитать потенциал использования в будущем и пользу от использования сейчас.
Сила Ампера является главной составляющей закона Ампера - закона о взаимодействии электрических токов. В нём говорится, что в параллельных проводниках, в которых электрические токи текут в одном направлении, возникает сила притягивания. А в тех проводниках, в которых электрические токи текут в противоположных направлениях, возникает сила отталкивания.
Также законом Ампера называют закон, который определяет силу действия магнитного поля не небольшую часть проводника, по которой протекает ток. В данном случае она определяется как результат умножения плотности тока, который идёт по проводнику, на индукцию магнитного поля, в котором проводник находится.
Из самого закона Ампера сделаны выводы, что сила Ампера равняется нулю, если величина угла, расположенного между током и линией магнитной индукции, тоже будет равняться нулю. Другими словами, проводник для достижения нулевого значения должен быть расположен вдоль линии магнитной индукции.
Это сила, с которой магнитное поле влияет на часть проводника, по которому течёт ток. Сам проводник находится в магнитном поле. Сила Ампера прямо зависит от силы тока в проводнике и векторного произведения длины части проводника, множимого на магнитную индукцию.
В формульном виде всё будет выглядеть так: са=ст*дчп*ми. Здесь:
Впервые его сформулировал Андре Ампер, который применил закон к постоянному току. Открыт он был в 1820 году. Этот закон в будущем имел далеко идущие последствия, ведь без него представить работу целого ряда электрических приборов просто невозможно.
Это правило помогает запомнить направление силы Ампера. Само правило звучит так: если рука занимает такое положение, что линии самой магнитной индукции внешнего поля заходят в ладонь, а пальцы с мизинца по указательный указывают направление в сторону движения тока в проводнике, то отторгнутый по углом в 90 градусов большой палец ладони и будет указывать, куда направлена сила Ампера, действующая на элемент проводника. Могут возникнуть некоторые затруднения при использовании этого правила, но только если угол между током и индукцией поля слишком маленький. Для простоты применения этого правила ладонь часто располагают так, чтобы в неё входил не вектор, а модуль магнитной индукции (как изображено на картинке).
Представьте два бесконечных проводника, которые расположены на определённом расстоянии. По ним протекают токи. Если токи текут в одном направлении, то проводники притягиваются. В противоположном случае они будут отталкиваться один от одного. Поля, которые создают параллельные проводники, направлены встречно друг другу. И чтобы понять, почему они реагируют именно так, вам достаточно вспомнить о том, что одноименные полюса магнитов или одноименные заряды всегда отталкиваются. Для определения стороны направления поля, созданного проводником, следует использовать правило правого винта.
Встретиться с областью применения знания о силе Ампера можно практически на каждом шагу цивилизации. Применение силы Ампера настолько обширно, что среднестатистическому гражданину даже сложно представить себе, что можно делать, зная закон Ампера и особенности применения силы. Так, под действием силы Ампера вращается ротор, на обмотку которого оказывает влияние магнитное поле статора, и ротор приходит в движение. Любое транспортное средство, которое использует электротягу для вращения валов (которые соединяют колеса транспорта), использует силу Ампера (это можно увидеть на трамваях, электровозах, электрических машинах и многих других интересных видах транспорта). Также именно магнитное поле влияет на механизмы, которые являются электрическими приборами, что должны открывать/закрывать что-то (двери лифта, открывающиеся ворота, электрические двери и много других). Другими словами, все устройства, что не могут работать без электричества и имеют движимые узлы, работают благодаря знанию о законе Ампера. Для примера:
Несмотря на уже сейчас существующее практическое применение, потенциал использования силы Ампера настолько огромен, что с трудом поддаётся описанию. Она может использоваться в сложных механизмах, которые призваны облегчить существование человека, автоматизировать его деятельность, а также усовершенствовать природные жизненные процессы.
Для того чтобы иметь возможность своими глазами увидеть действие силы Ампера, можно провести дома небольшой эксперимент. Для начала необходимо взять магнит-подкову, в котором между полюсами поместить проводник. Всё желательно воспроизвести так, как на картинке. Если замкнуть ключ, то можно увидеть, что проводник начнёт двигаться, смещаясь от начальной точки равновесия. Можно поэкспериментировать с направлениями пропускания тока и увидеть, что зависимо от направления движения меняется направление отклонения проводника. Из самого эксперимента можно вынести несколько наблюдений, которые подтверждают вышесказанное:
При работе с электрическим током необходимо придерживаться нескольких простых правил техники безопасности, которые позволят вам избежать негативных последствий:
www.syl.ru
Магнитное поле действует на проводник с током. Силу, которая возникает при этом, называют силой Ампера.
Сила Ампера действует на проводник с током в магнитном поле.
Исследуем, от чего зависит модуль и направление данной силы. С этой целью используем установку, в которой прямолинейный проводник подвешен на тонких проволочках в магнитном поле постоянного магнита (рис. 6.16). Гибкие проволочки, присоединенные к концам проводника, позволяют включать его в электрическую цепь, сила тока в которой регулируется с помощью реостата и измеряется амперметром.
Легкая, но жесткая тяга соединяет проводник с чувствительным измерителем силы.
Замкнув электрическую цепь, в которую входит исследуемый проводник, увидим, что он отклонится от положения равновесия, а измеритель покажет определенное значение силы. Увеличим силу тока в проводнике в 2 раза и увидим, что сила, действующая на проводник, также увеличится в 2 раза. Любые другие изменения силы тока в проводнике вызовут соответствующие изменения силы, которая действует на проводник. Сопоставление полученных результатов позволяет сделать вывод, что сила F, действующая в магнитном поле на проводник с током, пропорциональна силе тока I в нем:
F ~ I.
Сила Ампера пропорциональна силе тока в проводнике.
 |
| Рис. 6.16. Установка для измерения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током в магнитном поле |
Расположим еще один магнит рядом с первым. Длина той части проводника, которая находится в магнитном поле, увеличится приблизительно в 2 раза. Значение силы, действующей на проводник, также увеличится приблизительно в два раза. Таким образом, сила F, действующая на проводник с током в магнитном поле, пропорциональна длине части проводника Δl, которая находится в магнитном поле:
F ~ Δl.
Сила Ампера пропорциональна длине активной части проводника.
Сила увеличится также тогда, когда применим другой, более «сильный» магнит с большей магнитной индукцией. Это позволяет сделать вывод о зависимости силы F от магнитной индукции поля B:
F ~ B. Материал с сайта http://worldofschool.ru
 |
| Рис. 6.17. С помощью левой руки можно определить направление силы Ампера |
Максимальной сила будет тогда, когда между магнитной индукцией и проводником угол α = 90°. Если же этот угол равен нулю, то есть магнитная индукция будет параллельной проводнику, то сила будет равна нулю. Отсюда нетрудно сделать вывод о зависимости силы Ампера от угла между магнитной индукцией и проводником.
Окончательно формула для расчета силы Ампера будет иметь вид
FА = BIΔl • sin α.
Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки (рис. 6.17).
Правило левой руки. Если левую руку разместить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца показывали направление тока, то отставленный большой палец покажет направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле.
На этой странице материал по темам: 
Вопросы по этому материалу: worldofschool.ru
