Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца




Скачати 98.28 Kb.
НазваЕлектрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца
Дата12.05.2013
Розмір98.28 Kb.
ТипДокументы
nauch.com.ua > Право > Документы
Електрична і магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца.
1. Взаємодія магнітів

У будь-якого магніту є два полюси (полюсами магніту називають ті його частини, поблизу яких найбільше сильно проявляється дія магніту). Дослід показує, що однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменніпритягуються.

Виявилося, що взаємодія полюсів магніту дуже схожа на взаємодію електричних зарядів. Більше того, виявилося, що так само, як і для електричних зарядів, сила взаємодії полюсів убуває обернено пропорційно квадрату відстані між ними.

Однак одержати «одиночні» магнітні полюси (тільки північний і тільки південний), подібні до позитивних і негативних електричних зарядів, виявилося неможливим: якщо розпиляти магніт, виходять два менших магніти, у кожного з яких є знову два полюси — північний і південний. Уже в XX столітті було встановлено, що навіть елементарні частинки, такі як протон і електрон, є малюсінькими магнітами, які мають по два полюси.
^ 2. Взаємодія магнітів і провідників зі струмами

Пряме експериментальне виявлення зв’язку між електричними й магнітними явищами відбулося завдяки щасливій випадковості. 1820 року данський фізик Х.Ерстед, читаючи лекцію про постійні струми, звернув увагу на те, що магнітна стрілка, яка перебуває поблизу провідника, повернулася під час увімкнення струму. Так було відкрито орієнтувальну дію провідника зі струмом на постійний магніт.

Після того як були виявлені взаємодії магнітів з магнітами й електричними струмами з магнітами, постало запитання: чи відбуватиметься магнітна взаємодія між електричними струмами?

Позитивна відповідь на це питання була отримана Ампером.

Він експериментально встановив, що паралельні провідники зі струмами взаємодіють.

Виявилося, що паралельні провідники зі струмами взаємодіють один з одним:

якщо струми течуть в одному напрямку, то провідники притягуються, а якщо в протилежних напрямках — то відштовхуються.

Взаємодію провідників зі струмами використовують для визначення одиниці сили струму, названої на честь Ампера ампером.

Один ампер — це сила такого постійного струму, який під час проходження через два паралельні прямолінійні нескінченно довгі провідники дуже малого перерізу, розташовані у вакуумі на відстані 1 м один від одного, спричиняє між провідниками силу взаємодії, яка дорівнює Н на кожний метр довжини.

Вивчивши взаємодію котушок зі струмами, Ампер виявив, що воно нагадує взаємодію постійних магнітів: торці котушок притягуються або відштовхуються залежно від того, як спрямовані струми в котушках.

З постійними магнітами котушки зі струмами теж взаємодіють як магніти: торець котушки притягується до полюса магніту або відштовхується від нього. Таким чином,

один торець котушки зі струмом є її північним полюсом, а інший — південним.

Таким чином, котушка зі струмом за своєю магнітною дією подібна до магніту.

Взаємодії між провідниками зі струмом називаються магнітними. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називаються магнітними.
^ 3. Гіпотеза Ампера

Те, що котушки зі струмом і магніти взаємодіють у подібний спосіб, навело Ампера на думку, що магнітні властивості постійних магнітів обумовлені незатухаючими мікроскопічними струмами (Ампер називав їх молекулярними), що циркулюють у них. Відповідно до цієї гіпотези частинки речовини являють собою ніби малюсінькі витки зі струмами. Це припущення назвали гіпотезою Ампера.

Якщо мікроскопічні струми орієнтовані хаотично, зразок не проявляє магнітних властивостей. А якщо мікроскопічні струми орієнтовані однаково, то «сусідні» мікроскопічні струми будуть напрямлені протилежно й тому будуть компенсувати один одного.

А от поблизу поверхні зразка мікроскопічні струми течуть в одному напрямку, утворюючи ніби струм, що обтікає поверхню зразка. Внаслідок цього зразок стає подібним до котушки зі струмом і тому проявляє такі ж магнітні властивості, як котушка зі струмом.

Гіпотеза Ампера пояснює, чому не можна роз’єднати полюси магніту, одержавши «одиночні» полюси: адже кожна половина магніту знову подібна до котушки зі струмом.
^ 4. Магнітне поле

Під час вивчення електричних явищ ми з’ясували, що електрична взаємодія здійснюється за допомогою електричного поля.

Магнітна взаємодія так само, як і електрична, здійснюється за допомогою магнітного поля. Будь-який провідник зі струмом створює навколо себе магнітне поле, і це магнітне поле діє на інші провідники зі струмами.

Магнітне поле, утворюване також постійними магнітами, діє на постійні магніти. Нагадаємо, що, відповідно до гіпотези Ампера, магнітні властивості постійних магнітів також обумовлені мікроскопічними струмами, що циркулюють усередині них. Магнітне поле зручно досліджувати за допомогою маленьких магнітів (наприклад, магнітних стрілок): у магнітному полі вони в певний спосіб повертаються.

Таким чином, у просторі навколо провідника зі струмом виникають сили, що діють на рухомі заряди і на магнітну стрілку.

Ці сили дістали назву магнітних.

Отже, магнітним полем ми будемо називати той стан простору, що проявляє себе через дію магнітних сил.

Визначальні властивості магнітного поля такі:

  • магнітне поле породжують магніти й струми;

  • магнітне поле виявляють за дією на магніти й струми.

^ 5. Магнітна індукція

Для магнітного поля, так само як і для електричного, можна ввести векторну величину, що характеризує це поле в кожній точці. Цю величину називають вектором магнітної індукції й позначають .

Силовою характеристикою магнітного поля може служити сила, що діє в цьому полі на провідник зі струмом.

Дослід показує, що сила, яка діє з боку магнітного поля на прямолінійний провідник зі струмом, залежить не тільки від магнітного поля, але й від сили струму I в провіднику, довжини провідника l й кута між провідником і вектором магнітної індукції .

За заданих сили струму й довжини провідника ця сила максимальна, коли провідники розташований перпендикулярно до вектора магнітної індукції. Із цієї причини саме таке розташування провідника зі струмом було обрано для визначення модуля вектора магнітної індукції. Відповідно до досліду, сила F, що діє з боку магнітного поля на провідник, прямо пропорційна добутку I∙l.

Виходить, відношення не залежить ні від сили струму в провіднику, ні від довжини цього провідника й, отже, характеризує власне магнітне поле. Тому модуль вектора магнітної індукції можна визначити в такий спосіб:

модуль вектора магнітної індукції дорівнює відношенню сили, що діє на провідник зі струмом, розташований перпендикулярно до вектора магнітної індукції, до добутку сили струму в провіднику й довжини провідника:

За одиницю магнітної індукції приймають магнітну індукцію однорідного поля, у якому на ділянку провідника довжиною 1 м за сили струму в ньому 1 А діє з боку поля максимальна сила 1 Н:
^ 6. Лінії магнітної індукції

Лінії магнітної індукції можна зробити набагато більш наочними, якщо замість магнітних стрілок використати ошурки — у магнітному полі вони намагнічуються, стаючи малюсінькими магнітиками.

Лініями магнітної індукції є лінії, проведені так, що дотичні до них у кожній точці вказують на напрямок поля в цій точці.

Відзначимо, що лінії магнітної індукції реально не існують, вони всього лише зручний спосіб його опису.

Напрямок вектора магнітної індукції визначають, використовуючи орієнтувальну дію магнітного поля на магнітну стрілку або на рамку зі струмом.

^ За напрямок вектора магнітної індукції приймають напрямок, у якому вказано північний полюс вільно обертової магнітної стрілки.

Необхідно звернути увагу на те, що:

1) лінії магнітної індукції поля, створеного котушкою або магнітом, «виходять» з північного полюса і «входять» у південний полюс;

2) усередині котушки зі струмом лінії магнітної індукції спрямовані від південного полюса до північного;

3) досліди показують, що лінії магнітної індукції завжди замкнуті.

Напрямок ліній магнітної індукції поля, створеного провідником зі струмом, пов’язаний із напрямком струму в провіднику правилом, що називають правилом буравчика.

^ Напрямок ліній магнітної індукції поля, створюваного прямолінійним провідником зі струмом, збігається з напрямком обертання ручки буравчика (гвинта із правою нарізкою), коли напрямок поступального руху власне буравчика збігається з напрямком струму в провіднику.

Напрямок ліній магнітної індукції поля, створеного дротяним витком або котушкою зі струмом, пов’язаний із напрямком струму у витку або котушці також правилом буравчика.

^ Напрямок ліній магнітної індукції поля, створюваного струмом у дротяному витку або котушці, збігається з напрямком поступального руху буравчика (гвинта із правою нарізкою), коли напрямок обертання ручки буравчика збігається з напрямком струму.

Необхідно звернути увагу:

правила буравчика для прямолінійного провідника й для витка (котушки) зі струмом відрізняються тим, що в них «міняються місцями» напрямок силових ліній магнітного поля й напрямок струму.
^ 7. Сила Ампера

Сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, називається силою Ампера FА . З визначення модуля вектора магнітної індукції випливає, що якщо провідник розташований у магнітному полі перпендикулярно до вектора магнітної індукції, сила Ампера ,

де ^ I — сила струму в провіднику, l — довжина провідника, B — модуль вектора магнітної індукції.

Вираз для модуля сили FА , що діє на малий відрізок провідника l , через який тече струм I, з боку магнітного поля з індукцією що становить із елементом струму кут , має такий вигляд: . Це твердження називають законом Ампера.

Магнітне поле не діє на провідник зі струмом, якщо він паралельний до вектора магнітної індукції. Це випливає із закону Ампера, оскільки, якщо або , то FА =0.

Напрямок сили Ампера визначається за правилом лівої руки:

якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, а чотири витягнутих пальці вказували напрямок струму в провіднику, то відігнутий на 900 в площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на провідник з боку магнітного поля.

Сила Ампера максимальна, коли провідник розташований перпендикулярно до ліній магнітної індукції.
^ 8. Дія магнітного поля на рамку зі струмом

Помістимо між полюсами магніту дротяну рамку. Поки струму в рамці немає, вона може перебувати в будь-якому положенні, одне з яких показане, наприклад, на малюнку а. Після увімкнення струму рамка повернеться й займе положення, показане на малюнку б.



Струму немає Струм

Поворот рамки зі струмом у магнітному полі пояснюється тим, що по протилежних сторонах рамки течуть протилежно спрямовані струми. Тому на протилежні сторони рамки зі струмом у магнітному полі діють протилежно напрямлені сили. Ці сили й повертають рамку зі струмом у магнітному полі.

Магнітне поле, діючи на вертикальні сторони рамки, змушує її повертатися так, що її площина розташовується перпендикулярно до силових ліній поля. При цьому за інерцією рамка щораз проходить трохи далі від положення рівноваги. Якщо в момент проходження рамкою положення рівноваги щораз змінювати напрямок струму в ній, то вона буде безупинно обертатися.

Необхідно звернути увагу учнів на те, що обертання рамки відбувається в результаті дії магнітного поля на провідники зі струмом і що в цьому процесі відбувається перетворення електричної енергії в механічну. На розглянутому явищі заснована будова електродвигунів. При цьому для посилення обертального ефекту в електродвигунах застосовують багато рамок.
^ 9. Сила Лоренца

Дія магнітного поля на провідник зі струмом обумовлена тим, що це поле діє на заряджені рухомі частинки в провіднику. Силу, що діє з боку магнітного поля на заряджену частинку, називають силою Лоренца на честь голандського фізика Х. Лоренца, що вивчав рух заряджених частинок в електричному й магнітному полях.

Розрахунки показують, що модуль сили Лоренца , де q — модуль заряду частинки, v — модуль її швидкості, B — модуль вектора магнітної індукції, — кут між швидкістю частинки й вектором магнітної індукції.

Напрямок сили Лоренца, що діє на позитивно заряджену частинку, визначають за допомогою правила лівої руки:

якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, а чотири витягнутих пальці вказували напрямок швидкості позитивно зарядженої частинки, то відігнутий на 900 в площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на частинку.

На рухому негативно заряджену частинку (наприклад, електрон) сила Лоренца діє в протилежному напрямку.

Оскільки сила Лоренца спрямована перпендикулярно до швидкості частинки й вектора магнітної індукції, то робота сили Лоренца дорівнює нулю.

Якщо швидкість матеріальної точки перпендикулярна до сили, що діє на неї, то ця точка рухається по колу. Виходить, електричний що магнітна сила при цьому є доцентровою силою, так що , де - радіус кола. Звідси

Таким чином,

магнітне поле хоча й діє на частинку з деякою силою, не змінює кінетичну енергію частинки, але змінює тільки напрямок її руху.

Дію магнітного поля на рухомий заряд широко використовують у сучасній техніці.

Дію магнітного поля застосовують й у приладах, що дозволяють розділяти заряджені частинки за їхніми питомими зарядами (q/m). Знаючи радіус, за яким рухається частинка, і її швидкість, можна знайти питомий заряд частинки. Такі прилади одержали назву мас-спектрографів.

Особливість руху частинок: те, що більш швидкі частинки рухаються по колу більшого радіуса, використовують під час прискорення заряджених частинок у циклотронах.

Також силу Лоренца можна використати для визначення знака заряду й для досліджень у ядерній фізиці.

Додати документ в свій блог або на сайт

Схожі:

Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца iconЕлектрична та магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом....
Ти уявлення учнів про магнітне поле як вид матерії, повторити як взаємодіють між собою провідники зі струмом; дати визначення ліній...

Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца iconМагнітне поле котушки зі струмом. Електромагніти. Дія магнітного...
Нітну дію котушки зі струмом, розглянути дію електромагніту, нагадати взаємозв’язок між електрикою й магнетизмом, ознайомити учнів...

Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца iconДія магнітного поля на рухомий заряд
Дія магнітного поля на рухомий заряд. Сила Лоренца. Рух заряду в магнітному полі

Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца iconЗакон повного струму. Лінійний інтеграл напруженості магнітного поля...
Тл. Напруженість магнітного поля не залежить, а магнітна індукція залежить від властивостей навколишнього середовища [2,3]

Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца iconМагнітне поле Силовою характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції
А (центр рамки) додатну нормаль п до площини, в якій лежить контур рамки. Додатний напрям нормалі збігається з поступальним рухом...

Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца iconДосліди Ерстеда(дослід 50) та Ампера ( дослід60) підтвердили існування...
Магнітне поле – це одна із форм існування матерії. Наглядно м п можна зображати за допомогою силових ліній.(досліди46, 47,51)

Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца iconМагнітні властивості речовини. Застосування магнітних матеріалів....
О ж магнітне поле створюється не у вакуумі, а в якомусь іншому середовищі, то магнітне поле змінюється. Це пояснюється тим, що різні...

Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца iconРозв’язання
Енергія магнітного поля замкненого провідного контуру зі струмом І і індуктивністю L визначається формулою

Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца iconТема уроку: Електромагнітна індукція. Потік магнітної індукції. Закон електромагнітної індукції
Формування І розвиток в учнів наукових знань та вмінь, необхідних І достатніх для розуміння явищ І процесів, що відбуваються у природі,...

Електрична І магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца iconІндуктивність. Енергія магнітного поля котушки зі струмом. Змінний...
Енергія магнітного поля котушки зі струмом. Змінний струм. Генератор змінного струму. Трансформатор. Виробництво, передання та використання...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
nauch.com.ua
Головна сторінка