Взаимодействие проводников с током

Опытный факт силового действия друг на друга проводников с током (параллельные проводники с однонаправленными токами притягиваются, а с разнонаправленными токами – оттал­киваются) послужил в свое время основанием для введения представления о магнитном поле как посреднике, передающем силовое действие между телами, не соприкасающимися непосредственно. На полевом языке (описании) взаимодействие проводников с током интерпретируется как действие на каждый из проводников магнитного поля, создаваемого другим проводником.

Рассмотрим взаимодействие двух бесконечно длинных параллельных, прямолинейных проводников с постоянными токами в них.

Каждый из проводников создает свое магнитное поле, основная силовая характеристика - индукция В которого, определяется выражением: В₁ = m_оmI₁/2pd. Это поле действует на другой проводник с силой Ампера F_А2 = B₁I₂ l sin a = m_оmI₁I₂ l /2pd. На единицу длины проводника приходится сила Ампера, равная: F_А/ l = m_оmI₁I₂/2pd.

По третьему закону Ньютона, силы, с которыми про­водники с током (или их магнитные поля) действуют друг на друга, равны по величине и противоположны по направле­нию. Т. к. сило­вые линии МСП проводника с током направ­лены согласно правилу правого винта (буравчика) и представляют собой концентрические окруж­ности вокруг проводника, то, применив правило левой руки для силы Ампера, убеждаемся, что при одно­направленных токах (как это показано на рисунке), силы взаимодействия носят характер при­тяже­ния.

Магнитное взаимодействие проводников с током положено в основу определения основной электрической единицы в СИ - единицы силы тока - ампера. За ампер принимается сила такого тока в прямолинейных параллельных проводниках, находящихся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, при котором сила их взаимодействия в расчете на единицу длины равна F_А/ l =m_о/2p = 2×10^-7 Н.

Контур (рамка) с током в однородном внешнем МСП.

Основную силовую характеристику магнитного поля - индукцию В мы вводили на примере опытного факта, заключающегося в действии МСП на малую рамку с током в виде вращающего момента (момента сил МСП). Такими силами являются силы Ампера. Получим выражение для вращающего момента, действующего со стороны МСП на прямолинейную рамку с током силой I, исходя из силы Ампера.

На стороны рамки, параллельные силовым линиям МСП сила Ампера не действует (ее значение равно нулю).

На перпендикулярные стороны сила Ампера действует в про­тивоположных направлениях (вследствие противоположного направления тока в них), благодаря чему и возникает вра­щающий момент М - произведение силы на плечо ее дейст­вия:

М = 2F_А×b/2 = 2ВIаb/2 = BIS = Bр_м

где: S = аb - площадь рамки с током; р_м = IS - магнитный дипольный момент рамки с током.

В общем случае, при a ¹ p/2, М = р_мВsin a или, в векторной форме = []

Магнитное поле стремится сориентировать рамку с током так, чтобы ее магнитный момент был направлен вдоль силовых линий вектора . При a = 0 рамка сориентирована магнитным полем и испытывает с его стороны только растягивающее воздействие.

Для того чтобы угол a между векторами и изменить на da, нужно совершить работу dА = Мda = р_мВsin a da = - р_мВd (cos a) = - dW_м Þ W_м = - р_мВcos a + const. Значению a = 0 соот­ветствует минимум потенциальной энергии W_м магнитного взаимодействия.

Дата добавления: 2014-01-06