mozok.click » Фізика » Дія магнітного поля на провідник зі струмом
Інформація про новину
  • Переглядів: 136
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 19:33
12-02-2018, 19:33

Дія магнітного поля на провідник зі струмом

Категорія: Фізика

Сила Ампера. Як ми вже з’ясували, провідники зі струмом взаємодіють через магнітне поле. Закон, який визначає силу взаємодії між елементами струму, називають законом Ампера. За традицією та вшановуючи пам’ять про заслуги вченого, вираз для магнітної сили, що діє на провідник зі струмом з боку магнітного поля, також називають законом Ампера, а силу - силою Ампера.

У 9 класі ми вже дослідили, від чого залежить сила Ампера, що діє на провідник зі струмом в однорідному магнітному полі. Схема установки, зображена на мал. 118, допоможе вам пригадати цю залежність.

Сила Ампера Fx - сила, що діє з боку магнітного поля індукцією В на прямолінійний провідник довжиною ДІ зі струмом І. У випадку однорідного магнітного поля сила Ампера

кут між напрямком струму І в провіднику та індукцією магнітного поля В .

Максимальне значення сила Ампера має тоді, коли провідник розташований перпендикулярно до ліній індукції магнітного поля,

Напрям сили Ампера визначають за правилом лівої руки (мал. 119).

Якщо розмістити ліву руку вздовж провідника так, щоб чотири пальці вказували напрям струму в ньому, а лінії магнітної індукції входили в долоню, то відігнутий великий палець покаже напрям сили, яка діє на провідник зі струмом.

Момент сил, що діє на прямокутну рамку зі струмом у магнітному полГ. В однорідному магнітному полі замкнений контур зі струмом магнітні сили можуть лише повернути. Якщо поле неоднорідне, то контур зі струмом може рухатись ще й поступально під дією незрівноважених сил поля у бік, де індукція поля більша за модулем.



Поведінку замкненого контуру в магнітному полі описують за допомогою обертального момента1 М. Обертальний момент, який діє на контур зі струмом І в однорідному полі, прямо пропорційний площі S контуру, силі струму / та індукції магнітного поля В. Крім того, обертальний момент М залежить від положення контуру відносно поля. Максимальним обертальний момент буде тоді, коли площина контуру паралельна лініям магнітної індукції, МтйХ = BIS .

(Доведіть це, використавши формулу FAm41£ = В/Д/ та мал. 119.)

Щоб врахувати залежність величини обертального момента від положення контуру, вводять поняття магнітного момента струму, який вважають векторною величиною.

Магнітний момент струму рт - це векторна фізична величина, що описує магнітні властивості контуру зі струмом і визначає його поведінку у зовнішньому магнітному полі. Величина рт дорівнює добутку сили струму І в контурі на площу S цього контуру, pm = IS. (Якщо контур має N витків, то магнітний момент струму рт = ISN.)

Напрям вектора магнітного момента струму визначається за правилом свердлика (правого гвинта): якщо гвинт обертати у напрямку струму в контурі, то поступальний рух гвинта покаже напрям вектора рт (мал. 120, а).

1 Обертальний момент, або момент сили М відносно нерухомої точки О, визначається векторним добутком радіуса-вектора г, проведеного з точки О у точку прикладання сили, та вектора сили F , М = [r х F], або М = Fr sin а , де а - кут між векторами г і F .


 

Тепер вираз для обертального моменте можна записати так:

або М - Врт sin а , де а - кут між векторами рт та В . З мал. 120, б видно, що рівновага контуру в магнітному полі можлива тоді, коли вектори рт та В напрямлені по одній прямій. (Подумайте, коли ця рівновага буде стійкою.)

Принцип дії електродвигуна та електровимірювальних приладів. В основі дії цих пристроїв лежить обертальна дія магнітного поля на контур із струмом.

Електродвигун - це пристрій для перетворення електричної енергії у механічну. Електродвигуни використовуються повсюди. У побуті електродвигуни можна зустріти в годинниках, вентиляторах мікрохвильових печей та комп’ютерів, пральних машинах, автомобілях тощо. А щодо промислового використання електродвигунів, то цей перелік може бути нескінченним. Не дивно, що існує велика кількість їх видів та конструкцій.

На мал. 121, а показано модель електродвигуна постійного струму. На рамку намотана обмотка 1, кінці якої приєднані до металевих півкілець 2, ізольованих одне від одного. До півкілець притиснуті пружні щітки З, через які до рамки подається струм від джерела 4. Рамка розташована між полюсами магніту 5.

Спробуйте самостійно пояснити принцип дії такого електродвигуна.

З принципом дії електровимірювальних приладів (амперметра та вольтметра) ми детальніше ознайомимось під час виконання лабораторних робіт.


Дайте відповіді на запитання

1. Від чого залежить модуль сили Ампера? Як визначити її напрям?

2. На мал. 122 зображено два витки котушки, по якій тече електричний струм. Які сили діють на кожний виток? Які деформації вони викликають? Зобразьте вектори сил. З’ясуйте походження цих сил.

3. За правилом лівої руки поясніть взаємодію (притягання, відштовхування) двох паралельних лінійних провідників зі струмом.

4. Наведіть приклади практичного використання сили Ампера.

Вправа 14

1. По горизонтально розташованому провіднику завдовжки 20 см і масою 4 г проходить струм силою 10 А. Визначити індукцію (модуль і напрям) магнітного поля, в якому треба розмістити провідник, щоб сила тяжіння зрівноважилася силою Ампера.

2. Провідник ab, що має довжину І і масу т, відвісили на тонких дротинках. Під час проходження по ньому струму І він відхилився в однорідному магнітному полі (мал. 123) так, що дротини утворили кут а з вертикаллю. Яка індукція магнітного поля? Якщо є можливість, визначіть таким способом середню індукцію магнітного поля підковоподібного магніту.

3. Максимальний обертальний момент, який діє на рамку площею 1 см2, розміщену в магнітному полі, дорівнює 2 мкН-м. Сила струму в рамці дорівнює 0,5 А. Визначити індукцію магнітного поля.

4. Плоска прямокутна котушка зі сторонами 10 і 5 см, що має 200 витків, перебуває в однорідному магнітному полі з індукцією 0,05 Тл. Який максимальний обертальний момент може діяти на котушку в цьому полі, якщо сила струму в котушці 2 А?

5. Визначити магнітний момент електрона атома Гідрогену, що рухається по коловій орбіті радіусом 0,53 10 10 м навколо ядра.






^