Меню

Сила лоренца сила ампера генераторы тока



Учебники

Журнал «Квант»

Общие

Содержание

Сила Ампера

Действие магнитного поля на проводник с током исследовал экспериментально Андре Мари Ампер (1820 г.). Меняя форму проводников и их расположение в магнитном поле, Ампер сумел определить силу, действующую на отдельный участок проводника с током (элемент тока). В его честь эту силу назвали силой Ампера.

  • Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током.

Согласно экспериментальным данным модуль силы F:

пропорционален длине проводника l, находящегося в магнитном поле; пропорционален модулю индукции магнитного поля B; пропорционален силу тока в проводнике I; зависит от ориентации проводника в магнитном поле, т.е. от угла α между направлением тока и вектора индукции магнитного поля \(

модуль силы Ампера равен произведению модуля индукции магнитного поля B, в котором находится проводник с током, длины этого проводника l, силы тока I в нем и синуса угла между направлениями тока и вектора индукции магнитного поля

F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin \alpha\) ,

  • Этой формулой можно пользоваться: если длина проводника такая, что индукция во всех точках проводника может считаться одинаковой; если магнитное поле однородное (тогда длина проводника может быть любой, но при этом проводник целиком должен находиться в поле).

Для определения направления силы Ампера применяют правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля (\(

\vec B\)) входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление тока (I), тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера (\(

Источник

43. Сила Ампера. Сила Лоренца

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.

Сила действия однородного магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником:

F=B . I . ℓ . sin α — закон Ампера.

Сила, действующая на заряженную движущуюся частицу в магнитном поле, называется силой Лоренца:

Если вектор vчастицы перпендикуляренвектору В,то частица описывает траекторию в виде окружности:

Роль центростремительной силы играет сила Лоренца:

При этом радиус окружности: ,

Если вектор скорости и частицы не перпендикулярен В, то частица описывает траекторию в виде винтовой линии (спирали).

44. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Применение теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции для расчета поля прямого тока. Циркуляция вектора магнитной индукции через замкнутый контур=произведению магнитной постоянной на алгебраическую сумму токов, охватываемых контуром.

Читайте также:  Название фэнтезийного мира генератор

∫BdL=μI; I=ΣIi

Эта формула носит название закона Фарадея.

Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение, сформулированное в 1833 г., называется правилом Ленца.

Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что εиндивсегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея). Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

εi=-N, гдеN- кол-во витков

Способ возникновения ЭДС:

1.рамка неподвижна, но изменяется магнитный поток за счёт движения ккатушки или за счет изменения силы тока в ней.

2.рамка перемещается в поле непожвижной катушки.

46. Явление самоиндукции.

Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется явлением самоиндукции.

Магнитный поток, обусловленный собственным током контура (сцепленный с контуром), пропорционален магнитной индукции, которая, в свою очередь, по закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току.

, где L –коэффициент самоиндукции или индуктивность, «геометрическая» характеристика проводника, так как зависит от его формы и размеров, а также от магнитных свойств среды.

47. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Свойства уравнений Максвелла.

Закон Гаусса Поток электрической индукции через замкнутую поверхность s пропорционален величине свободного заряда, находящегося в объёме v, который окружает поверхность s.

Закон Гаусса для магнитного поля Поток магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю (магнитные заряды не существуют).

Закон индукции Фарадея Изменение потока магнитной индукции, проходящего через незамкнутую поверхность, взятое с обратным знаком, пропорционально циркуляции электрического поля на замкнутом контуре, который является границей поверхности.

Теорема о циркуляции магнитного поля

Полный электрический ток свободных зарядов и изменение потока электрической индукции через незамкнутую поверхность , пропорциональны циркуляции магнитного поля на замкнутом контуре, который является границей поверхности.

—двумерная замкнутая в случае теоремы Гаусса поверхность, ограничивающая объём , и открытая поверхность в случае законов Фарадея и Ампера — Максвелла (её границей является замкнутый контур).

—электрический заряд, заключённый в объёме , ограниченном поверхностью(в единицах СИ — Кл);

—электрический ток, проходящий через поверхность (в единицах СИ — А).

Свойства уравнений Максвелла.

А. Уравнения Максвелла линейны. Они содержат только первые производные полейEиBпо времени и пространственным координатам, а так же первые степени плотности электрических зарядов ρ и токов γ. Свойство линейности уравнений непосредственно связано с принципом суперпозиции.

Б. Уравнения Максвелла содержат уравнение непрерывности, выражающее закон сохранения электрического заряда:

В. Уравнения Максвелла выполняются во всех инерциальных системах отсчёта. Они являются релятивистски-инвариантными, что подтверждается опытными данными.

Читайте также:  Двойная звезда генератора твв 1000

Г. О симметрииуравнений Максвелла.

Уравнения не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это обусловлено тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет магнитных зарядов. Вместе с тем в нейтральной однородной среде, где ρ = 0 и j=0 ,уравнения Максвелла приобретают симметричный вид, т.е.Eтак связано с(dB/dt) , какBсdE/dt.

Различие только в знаках перед производными(dB/dt) и(dD/dt) показывает, что линии вихревого электрического поля, индуцированного уменьшением поляB, образуют с вектором(dB/dt) левовинтовую систему, в то время как линии магнитного поля, индуцируемого изменениемD, образуют с вектором (dD/dt) правовинтовую систему.

Д. Об электромагнитных волнах.

Из уравнений Максвелла следует важный вывод о существовании принципиально нового физического явления: электромагнитное поле способно существовать самостоятельно без электрических зарядов и токов. При этом изменение его состояния обязательно имеет волновой характер. Всякое изменение во времени магнитного поля возбуждает поле электрическое, изменение электрического поля, в свою очередь, возбуждает магнитное поле. За счёт непрерывного взаимопревращения они и должны сохранятся. Поля такого рода называются электромагнитными волнами. Выяснилось также, что ток смещения(dD/dt) играет в этом явлении первостепенную роль.

Источник

Сила лоренца сила ампера генераторы тока

Одним из проявлений магнитного поля является его силовое воздействие на проводник с током. Ампер установил, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле с индукцией В действует сила, пропорциональная силе тока и магнитной индукции:

Закон Ампера для прямолинейного проводника в однородном магнитном поле:

Закон Ампера для проводника произвольной формы в неоднородном магнитном поле:

Idl — элемент тока, малый участок проводника, имеющий направление, совпадающее с направлением тока в проводнике.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если 4 пальца левой руки расположить по направлению тока в проводнике, а индукция магнитного поля входит в ладонь, то отогнутый большой палец укажет направлнение силы Ампера.

Опыт Ампера : взаимодействие двух бесконечных параллельных проводников с током

токи в одном направлении — проводники притягиваются

токи в противоположных направлениях — проводники отталкиваются

Взаимодействие двух прямолинейных проводников с током

Если считать, что проводник 2 находится в магнотном поле, созданном током в проводнике 1 (и наоборот), то индукция магнитного поля

По закону Ампера

где r — расстояние между проводниками, Δl — элемент длины проводника 2.

Сила Лоренца — действует на движущийся заряд со стороны магнитного поля

в векторной форме

Если частица имеет отрицательный заряд, то направление силы Лоренца противоположное.

Читайте также:  Тех характеристика генератора г 273 в

Действие электроизмерительных приборов основано на возникновении силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле.

На этом же принципе (вращение рамки с током в магнитном поле) основано действие электродвигателя :

Источник

Сила Ампера

Мы уже ввели логику того, что на движущийся в магнитном поле заряд действует сила. И опять нами была введена эта сила — сила Лоренца. Но сила Лоренца — сила, действующая на единичный заряд (т.е. одинокое тело), а если таких тел много? Например, если в магнитное поле помещён проводник с током. Ток — это упорядоченное движение заряженных частиц, тогда, если поместить проводник с током в магнитное поле, на каждый из зарядов будет действовать сила Лоренца (рис. 1).

Рис. 1. Суммарная сила Лоренца

Если просуммировать все эти силы, мы получим общую силу, действующую на проводник с током. Назовём эту силу — силой Ампера. Ток в проводнике организуется электронами (одинаковыми зарядами), и будем считать, что скорость продольного движения у них всех одинакова. Тогда суммарную силу Лоренца запишем как:

  • где
    • — суммарная сила Лоренца,
    • — количество зарядов в проводнике,
    • — заряд носителя,
    • — скорость движения носителя,
    • — магнитная индукция поля,
    • — синус угла между скоростью и вектором магнитной индукции.

Подставим (2) в (1):

Пусть длина проводника — , считая, что электроны движутся равномерно, то , тогда:

  • где
    • — сила Ампера,
    • — сила тока в проводнике,
    • — магнитная индукция,
    • — длина проводника в поле,
    • — синус угла между направлением тока и направлением вектора магнитной индукции.

Сила (4) и является силой Ампера. Для определения направления силы Ампера пользуются правилом левой руки для силы Ампера: ориентируем левую руку так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца по току, тогда противопоставленный палец показывает направление силы Ампера.

В ряде задач не лишним будет использование соотношение для момента силы Ампера. Такие задачи чаще всего связаны с контуром (замкнутой кривой), помещённой в магнитное поле. Моментом сил называется произведение силы на плечо силы, тогда:

  • где
    • — момент силы Ампера,
    • — ток в проводнике,
    • — магнитная индукция,
    • — площадь контура,
    • — синус угла между направлением силы тока и вектором магнитной индукции.

Вывод: в задачах сила Ампера вводится в очень ограниченной системе. Проводник с током должен быть помещён в магнитное поле. Только тогда и возникает эта сила (4). Ещё использование сопряжено со втором законом Ньютона и дальнейшими кинематическими характеристиками движения.

Источник