Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ћагнитное поле. ‘ранцузский физик ј.ћ. јмпер экспериментально установил, что если в двух параллельных проводниках ток направлен в одну сторону




‘ранцузский физик ј.ћ. јмпер экспериментально установил, что если в двух параллельных проводниках ток направлен в одну сторону, то они прит€гиваютс€ друг к другу (рис. 4.1а). ¬ случае же когда направление токов противоположное, проводники отталкиваютс€ (рис. 4.1б). —огласно теории близкодействи€ силовое взаимодействие на рассто€нии осуществл€етс€ посредством пол€. Ќо взаимодействие проводников с током не может быть вызвано электрическим полем, так как токи в проводниках обусловлены движением электронов, а одноименные зар€ды всегда отталкиваютс€, тогда как из опыта јмпера следовало, что, когда токи текут в одном направлении, проводники прит€гиваютс€.  акое же поле существует вокруг движущихс€ электрических зар€дов и обусловливает взаимодействие проводников с током?

¬ 1820 г. датский физик ’. . Ёрстед проделал такой опыт. ќн поместил проводник с током над установившейс€ в магнитном поле «емли магнитной стрелкой, расположив проводник вдоль оси магнитной стрелки (рис. 4.2а). ѕри пропускании по проводнику тока магнитна€ стрелка отклон€лась (рис. 4.2б) и располагалась перпендикул€рно проводнику, причем направление ее отклонени€ зависело от направлени€ тока в проводнике. »звестно, что магнитна€ стрелка отклон€етс€ под действием магнитного пол€. “аким образом, опыт Ёрстеда указал на наличие св€зи между электрическими и магнитными €влени€ми, которые ранее считались несв€занными друг с другом. —тало очевидно, что электрические токи могут производить магнитные эффекты, и, в свою очередь, магниты могут вызывать силы, действующие на токи.

ћожно предположить, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, и взаимодействие проводников Ц результат действи€ магнитного пол€. ѕока цепь в опыте Ёрстеда не замкнута, магнитного пол€ нет, хот€ в проводнике наход€тс€ электрические зар€ды. ѕри замыкании цепи зар€ды приход€т в упор€доченное движение. ¬близи провода обнаруживаетс€ магнитное поле. ћожно предположить, что магнитное поле создаетс€ движущимс€ электрическим зар€дом. ¬округ неподвижных зар€дов магнитного пол€ нет.

“огда можно поставить вопрос: как действует магнитное поле на электрические зар€ды? ѕоместим проводник в магнитное поле. ѕри отсутствии тока проводник остаетс€ неподвижным. ќднако при замыкании цепи проводник вт€гиваетс€ в межполюсное пространство магнита. ѕри смене направлени€ тока проводник движетс€ в обратном направлении. —ледовательно, магнитное поле не действует на электрические зар€ды, если они неподвижны. Ќо на движущиес€ зар€ды магнитное поле действует. “аким образом, магнитное поле св€зано с движущимис€ электрическими зар€дами и действует только на движущиес€ зар€ды.

ќпыт свидетельствует, что магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоватьс€ векторной величиной. ћожно было бы по аналогии с напр€женностью электрического пол€ назвать ее напр€женностью магнитного пол€. ќднако по историческим причинам основную силовую характеристику магнитного пол€ назвали магнитной индукцией.

—илова€ характеристика электрического пол€ Ц напр€женность Ц была определена как отношение силы, с которой поле действует на положительный зар€д, к величине этого зар€да:

.

—иловую характеристику магнитного пол€ можно определить, рассматрива€ действие магнитного пол€ на проводник с током. Ќо следует учесть, что сила, с которой магнитное поле действует на пробный ток, зависит от силы тока, его направлени€ и от длины проводника.  роме того, как показывает опыт, если проводник с током поворачивать в посто€нном магнитном поле, то величина силы будет мен€тьс€ от максимального значени€, когда проводники параллельны, до нул€, когда они расположены перпендикул€рно друг к другу. ѕоэтому в качестве силовой характеристики магнитного пол€ можно вз€ть отношение максимального значени€ силы, с которой магнитное поле действует на пробный ток, к силе тока I и длине проводника l. Ёта величина и называетс€ индукцией магнитного пол€:

.

ћагнитна€ индукци€ Ц величина векторна€. ќднако ее направление не совпадает с направлением силы, с которой магнитное поле действует на проводник с током. ¬ектор магнитной индукции направлен перпендикул€рно направлению тока и направлению силы, с которой магнитное поле действует на ток. Ёту св€зь удобно представить в виде:

,

где Ц угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.

ƒл€ того чтобы направление вектора магнитной индукции было определено однозначно, используетс€ правило левой руки. Ќужно расположить пр€молинейный проводник с током в магнитном поле таким образом, чтобы сила јмпера имела максимальное значение. –аскрытую ладонь левой руки следует поместить в плоскости, проход€щей через проводник с током и вектор силы јмпера. „етыре пальца руки располагаютс€ по направлению тока в проводнике, а большой палец, отогнутый в плоскости ладони, под пр€мым углом к остальным четырем пальцам, Ц по направлению силы јмпера. “огда вектор индукции будет входить перпендикул€рно в плоскость ладони (рис. 4.3).

–ис. 4.3

«а единицу магнитной индукции прин€та индукци€ такого пол€, в котором на проводник длиной 1 м при протекании в нем тока в 1 ј действует максимальна€ сила в 1 Ќ. “ака€ единица называетс€ тесла (“л):

.

“есла Ц очень крупна€ единица. »ндукци€ магнитного пол€ «емли приблизительно равна 0.5Ј10-4 “л. Ѕольшой лабораторный электромагнит может создать поле с индукцией не более 5 “л.

«адать вектор в каждой точке магнитного пол€ сложно. ќднако, как и в случае электростатического пол€, магнитное поле можно описать с помощью магнитных силовых линий. ¬ектор магнитной индукции в каждой точке пол€ направлен по касательной к магнитной силовой линии. —иловые линии магнитного пол€ непрерывны. ¬ отличие от потенциального электростатического пол€, где силовые линии начинаютс€ на положительных зар€дах и заканчиваютс€ на отрицательных, магнитное поле €вл€етс€ соленоидальным, или вихревым: его силовые линии всегда замкнуты. ƒругими словами, магнитное поле не имеет источников Ц магнитных зар€дов.

 артину магнитных силовых линий можно сделать Ђвидимойї. ƒл€ этого можно использовать мелкие железные опилки, которые намагничиваютс€ в магнитном поле и устанавливаютс€ вдоль силовых линий. ќпыт показывает, что магнитные силовые линии пр€мого проводника с током представл€ют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикул€рной проводнику; центры этих окружностей наход€тс€ на оси проводника.

≈сли вместо опилок вз€ть стрелочку компаса, то можно видеть, что она устанавливаетс€ по касательной к лини€м пол€. ѕри изменении направлени€ тока в проводнике направление стрелки мен€етс€ на противоположное. Ёто позвол€ет предложить простое правило дл€ нахождени€ направлени€ вектора : если смотреть вдоль проводника по направлению тока, то есть по направлению движени€ положительных зар€дов, то вектор магнитной индукции направлен по касательной к линии индукции в направлении хода часовой стрелки (рис. 4.4).

Ќа рис. 4.5а приведена картина силовых линий кругового тока, полученна€ с помощью магнитных опилок, на рис. 4.5б Ц картина силовых линий магнитного пол€ длинной катушки-соленида, на рис. 4.5в Ц пр€мого посто€нного магнита.

–ис. 4.5в –ис. 4.5а –ис. 4.5б

3.2. «акон ЅиоЦ—авара

ћагнитное поле удовлетвор€ет принципу суперпозиции: если магнитное поле создаетс€ несколькими проводниками с током, то индукци€ результирующего пол€ есть векторна€ сумма индукций полей, создаваемых каждым проводником. “очно так же дл€ однородного проводника с током наблюдаема€ на опыте индукци€ есть векторна€ сумма элементарных индукций D полей, создаваемых отдельными элементами проводника с током , где Ц вектор, совпадающий по направлению с направлением тока в проводнике, а по модулю равный длине проводника.

Ќа опыте невозможно осуществить отдельный участок тока, поэтому измерить можно только индукцию магнитного пол€, создаваемого всеми элементами тока. —уществует закон, который позвол€ет определить индукцию магнитного пол€, созданного отдельным элементом проводника с током. Ёто закон ЅиоЦ—авара, согласно которому

  , (4.1)

где j Ц угол между направлением на точку наблюдени€, определ€емым радиус-вектором и направлением элемента тока , которое совпадает с направлением тока в проводнике, r Ц рассто€ние от элемента тока до точки наблюдени€, причем , m0 Ц магнитна€ посто€нна€ (рис. 4.6). ћагнитна€ посто€нна€ вводитс€ в системе единиц —» при определении единицы измерени€ силы тока на основании закона взаимодействи€ токов. ¬ектор перпендикул€рен плоскости, в которой лежат элемент тока и радиус-вектор . Ќаправление вектора определ€етс€ направлением поступательного движени€ правого винта, если его головку поворачивать от вектора к вектору в направлении, соответствующем минимальному значению угла . »спользу€ принцип суперпозиции, можно с помощью закона ЅиоЦ—авара рассчитать значение результирующей индукции магнитного пол€, создаваемого проводником с током любой формы. Ќапример, дл€ величины индукции магнитного пол€ бесконечного пр€молинейного проводника с током получаетс€ выражение

,

где R Ц рассто€ние от проводника до точки, в которой рассчитываетс€ индукци€ магнитного пол€.

ћагнитное поле движущегос€ зар€да. “ок в проводнике представл€ет собой направленное движение зар€женных частиц. ћагнитное поле тока, согласно принципу суперпозиции, складываетс€ из магнитных полей отдельных движущихс€ частиц. ћагнитную индукцию пол€, создаваемого движущимс€ зар€дом q, можно определить, если воспользоватьс€ законом ЅиоЦ—авара. —илу тока можно представить как , где n Ц концентраци€ зар€женных частиц, V Ц скорость их движени€, S Ц площадь поперечного сечени€ проводника. ѕодставим выражение дл€ силы тока в (4.1):

.

ѕроизведение дает полное число носителей зар€да N внутри элемента тока , тогда

  . (4.2)

ѕоделив полученное выражение на N, получим индукцию магнитного пол€, созданного зар€дом q, движущимс€ со скоростью V:

,

здесь r Ц рассто€ние от зар€да до точки наблюдени€, φ Ц наименьший угол между скоростью зар€да и радиус-вектором, определ€ющим положение точки наблюдени€ относительно зар€да, создающего поле (рис. 4.7).

 

ћагнитное поле кругового проводника.  артина силовых линий кругового проводника с током представлена на рис. 4.4. –ассчитаем магнитную индукцию в центре кругового тока. ѕусть ток идет по проводу в виде окружности радиуса R по часовой стрелке. ¬екторы от всех элементов тока будут направлены перпендикул€рно плоскости чертежа за чертеж (рис. 4.8). ѕоэтому, чтобы найти значение индукции магнитного пол€ , созданного круговым витком с током, можно алгебраически сложить модули всех векторов , обусловленных отдельными элементами тока. ƒл€ каждого элемента тока угол , поэтому

.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-09-20; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2149 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

—туденческа€ общага - это место, где мен€ научили готовить 20 блюд из макарон и 40 из доширака. ј майонез - это вообще десерт. © Ќеизвестно
==> читать все изречени€...

1537 - | 1506 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.017 с.