Вопрос №3. Закон Ампера (10 мин.)

Магнитное поле провода с током и магнитной катушки

При определении характеристик МП, как правило, рассматривают два случая создания МП: вокруг провода с током, катушки с кольцевым магнитопроводом (тороида) или катушки индуктивности (соленоида).

Было доказано, чтобы усилить магнитное поле надо провод свернуть в виток, а лучше в два, а еще лучше создать многовитковую катушку. На рис. показано, что вокруг каждого витка создается свое магнитное поле, силовые линии которого складываются, в итоге увеличивая общее магнитное поле (рис. 15).

Рис. 15. Магнитное поле витка с током

Соленоид - катушка индуктивности в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток (рис. 16).

а) б)

Рис. 16. Катушки индуктивности: а – соленоид; б - тороид

Вокруг каждого витка такой спирали возникают магнитные линии. Эти линии складываются, образуя общее магнитное поле. Чем больше ток в катушке и чем большее ее витков, тем сильнее создаваемое магнитное поле. Линии магнитной индукции, создаваемые катушкой, схожи с конфигурацией линий магнитной индукции полосового постоянного магнита (рис. 17).

Рис. 17

Соленоид и тороид по своим магнитным свойствам схожи, поэтому соотношения характеристик МП присущие тороиду, можно отнести и к соленоиду.

Рассмотрим соотношения между напряженностью МП и магнитной индукции для этих случаев (табл. 3).

Таблица 3

Характеристика МП Вид проводника с током	Провод с током	Тороид
Схематическое изображение проводника
Соотношения между В и Н
Магнитная индукция	В точке, лежащей на окружности вокруг провода: = Внутри провода на расстоянии a от оси провода:	Внутри магнитопровода в любой точке окружности: , где l – длина контура, м. На средней линии тороида: ,где dср=(dн+dвн)/2.
Напряженность магнитного поля	В точке, лежащей на окружности вокруг провода: Внутри провода на расстоянии a от оси провода:	, где l – длина окружности

Вывод по второму вопросу: для качественного количественного описания магнитного поля используются физические величины: магнитная индукция, напряженность магнитного поля. Влияние магнитных свойств среды оценивается магнитной проницаемостью. Магнитное поле описывается также с помощью интегральной величины – магнитного потока.

Опыт показывает, что на проводник с током, находящийся в магнитном поле, воздействует механическая сила, стремящаяся сместить его. Возникновение этой силы можно пояснить так. Если по проводнику течет ток в направлении, показанном на рисунке, то направления магнитных линий и поля, создаваемого током слева от проводника, совпадают, усиливая общее магнитное поле. В то же время справа магнитные силовые линии обоих магнитных полей взаимно вычитаются, ослабляя общее магнитное поле.

Магнитные линии общего поля, как бы стремясь укоротиться, создают усилие F, действующее на проводник в направлении, указанном стрелкой. Сила, действующая на проводник с током, будет возрастать по мере увеличения активной длины проводника и тока, протекающего в нем.

Рис. 18. К иллюстрации закона Ампера

Все вышесказанное сформулировал в своем законе французский ученый Анри Ампер (рис. 19).

Рис. 19

Закон Ампера:на всякий проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует электромагнитная сила

,

где F – электромагнитная сила, [Н];

В – магнитная индукция, [Тл];

I – сила тока провода, [A];

l – длина провода, [м];

α – угол между направлениями тока в проводе и вектором.

Направление воздействия на проводник электромагнитной силы определяется по правилу левой руки (табл.4).

Таблица 4

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ
	Если расположить ладонь левой руки так, чтобы вектор магнитной индукции входил в нее и четыре вытянутых пальца были направлены по направлению протекания тока в проводнике, то отогнутый под прямым углом большой палец покажет направление силы

На практике часто приходится встречаться с взаимодействием параллельных проводников, по которым проходят токи (рис. 20). Наиболее просто сила определяется для двух параллельных проводов с постоянными токами I₁ и I₂, если расстояние между проводами а много больше радиуса r₀ каждого из проводов. Например, проводник с током I₂ находится в зоне воздействия МП проводника с током I₁.

Рис. 20. Взаимодействие двух длинных проводов с токами

По закону Ампера силы, действующие на каждый из проводов длиной l, численно одинаковы:

.

Провода с токами одинакового направления притягиваются, а с токами противоположного направления отталкиваются.

Закон Ампера лег в основу принципа действия электродвигателей, электроизмерительных приборов и многих других устройств.

Вывод по третьему вопросу: закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, перемещаемый в магнитном поле, действует электромагнитная сила, определяемая по правилу левой руки.

Дата добавления: 2014-01-07