Параллельные проводники с током

6.5. Взаимодействие двух проводников с током

Применим закон Ампера для вычисления силы взаимодействия двух длинных прямолинейных проводников с токами I1 и I2, находящихся на расстоянии d друг от друга (рис. 6.26).

Рис. 6.26. Силовое взаимодействие прямолинейных токов:
1 — параллельные токи; 2 — антипараллельные токи

Видео 6.2. Взаимодействие двух параллельных проводников с током.

Проводник с током I1 создает кольцевое магнитное поле, величина которого в месте нахождения второго проводника равна

(6.23)

Это поле направлено «от нас» ортогонально плоскости рисунка. Элемент второго проводника испытывает со стороны этого поля действие силы Ампера

(6.24)

Подставляя (6.23) в (6.24), получим

(6.25)

При параллельных токах сила F21 направлена к первому проводнику (притяжение), при антипараллельных — в обратную сторону (отталкивание).

Аналогично на элемент проводника 1 действует магнитное поле, создаваемое проводником с током I2 в точке пространства с элементом с силой F12. Рассуждая таким же образом, находим, что F12 = –F21, то есть в этом случае выполняется третий закон Ньютона.

Итак, сила взаимодействия двух прямолинейных бесконечно длинных параллельных проводников, рассчитанная на элемент длины проводника, пропорциональна произведению сил токов I1 и I2 протекающих в этих проводниках, и обратно пропорциональна расстоянию между ними. В электростатике по аналогичному закону взаимодействуют две длинные заряженные нити.

На рис. 6.27 представлен опыт, демонстрирующий притяжение параллельных токов и отталкивание антипараллельных. Для этого используются две алюминиевые ленты, подвешенные вертикально рядом друг с другом в слабо натянутом состоянии. При пропускании через них параллельных постоянных токов силой около 10 А ленты притягиваются. а при изменении направления одного из токов на противоположное — отталкиваются.

Рис. 6.27. Силовое взаимодействие длинных прямолинейных проводников с током

На основании формулы (6.25) устанавливается единица силы тока — ампер, являющаяся одной из основных единиц в СИ.

Ампер — это сила неизменяюшегося тока, который, протекая по двум длинным параллельным проводникам, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м, вызывает между ними силу взаимодействия 2×10–7 Н на каждый метр длины провода.

Пример. По двум тонким проводам, изогнутым в виде одинаковых колец радиусом R = 10 см, текут одинаковые токи I = 10 А в каждом. Плоскости колец параллельны, а центры лежат на ортогональной к ним прямой. Расстояние между центрами равно d = 1 мм. Найти силы взаимодействия колец.

Решение. В этой задаче не должно смущать, что мы знаем лишь закон взаимодействия длинных прямолинейных проводников. Поскольку расстояние между кольцами много меньше их радиуса, взаимодействующие элементы колец «не замечают» их кривизны. Поэтому сила взаимодействия дается выражением (6.25), куда вместо надо подставить длину окружности колец Получаем тогда

Содержание

§ 43. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ

Если близко один к другому расположены проводники с токами одного направления, то магнитные линии этих проводников, охватывающие оба проводника, обладая свойством продольного натяжения и стремясь сократиться, будут заставлять проводники притягиваться (рис. 90, а).

Магнитные линии двух проводников с токами разных направлений в пространстве между проводниками направлены в одну сторону. Магнитные линии, имеющие одинаковое направление, будут взаимно отталкиваться. Поэтому проводники с токами противоположного направления отталкиваются один от другого (рис. 90, б).

Рассмотрим взаимодействие двух параллельных проводников с токами, расположенными на расстоянии а один от другого. Пусть длина проводников равна l.

Магнитная индукция, созданная током I1 на линии расположения второго проводника, равна

На второй проводник будет действовать электромагнитная сила

Магнитная индукция, созданная током I2 на линии расположения первого проводника, будет равна

и на первый проводник действует электромагнитная сила

равная по величине силе F2

На электромеханическом взаимодействии проводников с током основан принцип действия электродинамических измерительных приборов; используемых в цепях постоянного и в особенности переменного тока.

Задачи для самостоятельного решения

1. Определить напряженность магнитного поля, создаваемого током 100 а, проходящим по длинному прямолинейному проводнику в точке, удаленной от проводника на 10 см.

2. Определить напряженность магнитного поля, создаваемого током 20 а, проходящим по кольцевому проводнику радиусом 5 смв точке, расположенной в центре витка.

3. Определить магнитный поток, проходящий в куске никеля, помещенного в однородное магнитное поле напряженностью 500 а/м. Площадь поперечного сечения куска никеля 25 ом2 (относительная магнитная проницаемость никеля 300).

4. Прямолинейный проводник длиной 40 смпомещен в равномерное магнитное поле под углом 30°С к направлению магнитного поля. По проводнику проходит § ток 50 А. Индукция поля равна 5000 ее. Определять силу, с которой проводник выталкивается из магнитного поля.

5. Определить силу, с которой два прямолинейных, параллельно расположенных в воздухе проводника отталкиваются один от другого. Длина проводников 2 м, расстояние между ними 20 см. Токи в проводниках по 10 А.

Контрольные вопросы

1. На каком опыте можно убедиться, что вокруг проводника с током образуется магнитное поле?

2. Каковы свойства магнитных линий?

3. Как определить направление магнитных линий?

4. Что называется соленоидом и каково его магнитное поле?

5. Как определить полюсы соленоида?

6. Что называется электромагнитом и как определить его полюсы?

7. Что такое гистерезис?

8. Каковы формы электромагнитов?

9. Как взаимодействуют между собой проводники, по которым течет электрический ток?

10.Что действует на проводник с током в магнитном поле?

11.Как определить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

12.На каком принципе основана работа электродвигателей?

13.Какие тела называются ферромагнитными?

Содержание

Вариант 1
А1. Чем объясняется взаимодействие двух параллельных проводников с постоянным током?
1) взаимодействие электрических зарядов;
2) действие электрического поля одного проводника с током на ток в другом проводнике;
3) действие магнитного поля одного проводника на ток в другом проводнике.

А2. На какую частицу действует магнитное поле?
1) на движущуюся заряженную;
2) на движущуюся незаряженную;
3) на покоящуюся заряженную;
4) на покоящуюся незаряженную.
А3. На каком из рисунков правильно показано направление индукции магнитного поля, созданного прямым проводником с током.
А; 2) Б; 3) В.

А4. Прямолинейный проводник длиной 10 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 4 Тл и расположен под углом 300 к вектору магнитной индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, если сила тока в проводнике 3 А?
1) 1,2 Н; 2) 0,6 Н; 3) 2,4 Н.
А5. В магнитном поле находится проводник с током. Каково направление силы Ампера, действующей на проводник?
от нас; 2) к нам; 3) равна нулю.
А6.Электромагнитная индукция – это:
1) явление, характеризующее действие магнитного поля на движущийся заряд;
2) явление возникновения в замкнутом контуре электрического тока при изменении магнитного потока;
3) явление, характеризующее действие магнитного поля на проводник с током.
А7. На квадратную рамку площадью 1 м2 в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл действует максимальный вращающий момент, равный 4 Н?м. чему равна сила тока в рамке?
1) 1,2 А; 2) 0,6 А; 3) 2А.
В1. Установите соответствие между физическими величинами и единицами их измерения

ВЕЛИЧИНЫ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
А) индуктивность 1) тесла (Тл)
Б) магнитный поток 2) генри (Гн)
В) индукция магнитного поля 3) вебер (Вб)
4) вольт (В)

В2. Частица массой m, несущая заряд q, движется в однородном магнитном поле с индукцией B по окружности радиуса R со скоростью v. Что произойдет с радиусом орбиты, периодом обращения и кинетической энергией частицы при увеличении скорости движения?
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИХ ИЗМЕНЕНИЯ
А) радиус орбиты 1) увеличится
Б) период обращения 2) уменьшится
В) кинетическая энергия 3) не изменится

С1. В катушке, индуктивность которой равна 0,4 Гн, возникла ЭДС самоиндукции, равная 20 В. Рассчитайте изменение силы тока и энергии магнитного поля катушки, если это произошло за 0,2 с .
Ответы. Вариант №1

А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 В1 В2 С1
3 1 3 2 2 2 3 231 131 10 А;20 В

Решение задачи С 1
Используя закон электромагнитной индукции ?is= -L?I/?t получаем ?I=??t/L=10 A .
Энергия магнитного поля W= LI2/2 = 20 В
Ответы. Вариант №2

А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 В1 В2 С1
3 1 3 3 2 2 2 231 131 10 А;20 В

Решение задачи С 1
Используя закон электромагнитной индукции ?is= -L?I/?t получаем ?I=??t/L=10 A .
Энергия магнитного поля W= LI2/2 = 10 В
Вариант 2
А1.

Чем объясняется взаимодействие двух параллельных проводников с постоянным током?
1) взаимодействие электрических зарядов;
2) действие электрического поля одного проводника с током на ток в другом проводнике;
3) действие магнитного поля одного проводника на ток в другом проводнике.
А2. На какую частицу действует магнитное поле?
1) на движущуюся заряженную;
2) на движущуюся незаряженную;
3) на покоящуюся заряженную;
4) на покоящуюся незаряженную.
А3. На каком из рисунков правильно показано направление индукции магнитного поля, созданного прямым проводником с током.
А; 2) Б; 3) В.

А4. Прямолинейный проводник длиной 20 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 6 Тл и расположен под углом 300 к вектору магнитной индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, если сила тока в проводнике 2 А?
1) 1,2 Н; 2) 1 Н; 3) 1,2 Н.
А5. В магнитном поле находится проводник с током. Каково направление силы Ампера, действующей на проводник?
от нас; 2) к нам; 3) равна нулю.
А6.Электромагнитная индукция – это:
1) явление, характеризующее действие магнитного поля на движущийся заряд;
2) явление возникновения в замкнутом контуре электрического тока при изменении магнитного потока;
3) явление, характеризующее действие магнитного поля на проводник с током.
А7. На квадратную рамку площадью 2 м2 в однородном магнитном поле с индукцией 4 Тл действует максимальный вращающий момент, равный 8 Н*м. чему равна сила тока в рамке?
1) 1,2 А; 2) 1 А; 3) 0,6А.
В1. Установите соответствие между физическими величинами и единицами их измерения

ВЕЛИЧИНЫ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
А) индуктивность 1) тесла (Тл)
Б) магнитный поток 2) генри (Гн)
В) индукция магнитного поля 3) вебер (Вб)
4) вольт (В)

В2. Частица массой m, несущая заряд q, движется в однородном магнитном поле с индукцией B по окружности радиуса R со скоростью v. Что произойдет с радиусом орбиты, периодом обращения и кинетической энергией частицы при увеличении скорости движения?
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИХ ИЗМЕНЕНИЯ
А) радиус орбиты 1) увеличится
Б) период обращения 2) уменьшится
В) кинетическая энергия 3) не изменится

С1.

В катушке, индуктивность которой равна 0,2 Гн, возникла ЭДС самоиндукции, равная 10 В. Рассчитайте изменение силы тока и энергии магнитного поля катушки, если это произошло за 0,1 с .

Добавить комментарий

Закрыть меню