Магнітна взаємодія провідників зі струмом. Закон Ампера » mozok.click
 

mozok.click » Фізика » Магнітна взаємодія провідників зі струмом. Закон Ампера
Інформація про новину
  • Переглядів: 242
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 19:29
12-02-2018, 19:29

Магнітна взаємодія провідників зі струмом. Закон Ампера

Категорія: Фізика

Електрична і магнітна взаємодії. Як ми знаємо, нерухомі електричні заряди взаємодіють між собою через електричне поле. Дослідимо характер взаємодії провідників, по яких тече струм.

Якщо два паралельних гнучких провідники під’єднати до джерела струму так, щобу провідниках виникли струми протилежного напрямку (мал. 102, а),

то провідники почнуть відштовхуватися один від одного. Якщо струми одного напряму, провідники притягатимуться (мал. 102, б). Взаємодіють між собою, притягуючись або відштовхуючись, не лише прямолінійні провідники зі струмом, а й провідники довільної форми, по яких протікає струм, наприклад провідники у вигляді прямокутних рамок, витків. Така ж взаємодія відбувається і між котушками зі струмом (мал. 103).

Взаємодія провідників зі струмом не завжди зводиться до притягання або відштовхування. Якщо, наприклад, маленьку прямокутну рамку, по якій тече електричний струм, розташувати поблизу прямолінійного провідника зі струмом, то рамка повернеться і розташується так, щоб провідник опинився у її площині (мал. 104, а). Ще один приклад. Два прямолінійні провідники зі струмом, розташовані так, як показано на мал. 104, б (у провіднику 2 струм напрямлений від нас), взагалі не взаємодіють.

 

Мал. 103. Взаємодія котушок зі струмом Мал. 104. а - взаємодія провідника та рамки, по яким протікають струми; 6-у взаємно перпендикулярних провідниках зі струмом взаємодія не спостерігається



Описані взаємодії між електричними струмами1 (тобто рухомими електричними зарядами) не можна пояснити, виходячи із законів електростатики. Таку взаємодію називають магнітною, передається вона через магнітне поле. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називають магнітними силами.

Магнітні сили. Закон Ампера. Магнітне поле діє на всі частини провідника зі струмом. Щоб кількісно дослідити магнітну взаємодію провідників зі струмом, використовують метод моделювання. Розглядають не весь провідник, а лише незначну його ділянку, малою довжиною А/, весь провідник складається з подібних ділянок, так, як і будь-яке заряджене тіло - із точкових зарядів. Добуток 7AZ, тобто добуток сили струму І, що проходить по малій ділянці провідника, на її довжину АІ, називають елементом струму. Елемент струму ІАІ -модель для дослідження магнітної взаємодії.

Взаємодію електричних струмів вперше виявив і дослідив у 1820 р. французький фізик А. Ампер (1775-1836). Тому закон, що описує взаємодію провідників зі струмом, називають законом Ампера.

Оскільки створити відокремлений елемент струму не можна, Ампер проводив досліди із замкнутими провідниками. Схему установки для дослідження сили взаємодії між прямолінійними провідниками зі струмом зображено на мал. 105. За її допомогою можна вимірюва-

зі струмом

Мал. 105. Схема установки для дослідження магнітної взаємодії провідників

1 Словом «струми* для спрощення замінюється фраза «провідники, по яких проходить електричний струм».

ти силу взаємодії, змінюючи силу струму у провідниках та їх взаємне розташування.

У результаті проведених досліджень Ампер зумів встановити вираз для сили взаємодії, що діє між двома елементами струму:


Два нескінченно малі елементи провідників зі струмом взаємодіють між собою із силою AF, яка прямо пропорційна довжинам цих елементів Д/1 та Д12, силам струму в них /j та /2, обернено пропорційна квадрату відстані між ними г2 і залежить від взаємної орієнтації цих елементів (мап. 106),

відносна магнітна проникність середовища -скалярна фізична величина, що характеризує вплив однорідного середовища на магнітне поле.

Закон Ампера відіграє таку ж роль у магнітостатиці, як і закон Кулона в електростатиці. За допомогою закону Ампера можна обчислити силу взаємодії провідників зі струмом довільної довжини і форми. Обчисливши силу взаємодії між елементами струму, визначають інтегральну суму. 

 


Наприклад, формула для обчислення сили взаємодії (сили Ампера) між двома прямими паралельними провідниками скінченної довжини І зі струмами І,

і/2, відстань між якими г, набуває вигляду

Якщо струми

течуть в один бік, сила взаємодії намагається зблизити провідники, якщо ж струми течуть у різні боки - віддалити.

У СІ дану формулу було використано для означення одиниці сили струму - ампера.

1 А - одиниця сили струму, яка дорівнює силі постійного струму, що, проходячи по двох паралельних прямолінійних провідниках нескінченної довжини з дуже малою площею поперечного перерізу, які розміщені у вакуумі на відстані 1 м один від одного, спричинює силу взаємодії 2 -10 7 Н на кожній ділянці провідників довжиною 1 м.

Магнітна стала. З визначення ампера можна обчислити значення магнітної сталої,

Врахувавши, що для вакууму

маємо

Цікавий результат отримаємо, коли обчислимо добуток двох сталих -електричної та магнітної. Для зручності значення електричної сталої запи-

шемо у вигляді

Отримаємо

Оскільки

А як відомо,

це швидкість світла, яку прийнято позначати с. Отже,

Отримане співвідношення вказує на єдину природу електричних, магнітних і світлових явищ.

Дайте відповіді на запитання

1. Як взаємодіють між собою паралельні струми? Що спричинює їх взаємодію?

2. Що встановлює закон Ампера?

3. Чому дорівнює магнітна стала?

4. Дайте визначення одиниці сили струму в СІ.






^