Ампер смог рассчитать взаимодействие между магнитным полем заданной напряженности и током утечки в проводнике. Согласно его закону, действие магнитного поля на проводник с током выражается следующим уравнением
Объясняем закон Ампера простым языком
Проводник, по которому течет ток, взаимодействует с существующим магнитным полем. Многие приборы основаны на этом. Закон Ампера позволяет рассчитать эти взаимодействия. Она является основой для многих открытий в физике, часто применяемых в современных технологиях. Имя Андре Мари Ампера увековечено вместе с именами 72 других великих ученых в списке на первом этаже Эйфелевой башни.
Общее представление об электромагнитном поле
Долгое время понятия электрического и магнитного полей не были связаны между собой. Реальные эксперименты подтвердили, что каждый из них обладает своими особыми свойствами. Работы Фарадея и Максвелла показали, что существуют электромагнитные поля, которые могут проявляться как электрические или магнитные поля. Он может быть представлен вектором мощности. Если известны величина и направление этого вектора, можно рассчитать напряженность поля.
Первым ученым, обратившим внимание на взаимное влияние магнитных полей и токов, был известный ученый Х.К.Эрстед. Вместо иглы компаса исследуется влияние токов утечки в проводниках. Позже ученые начали систематически изучать различные взаимодействия.
Ампер родился в Лионе в 1775 году. С ранних лет он проявлял страсть к математике. Будучи подростком, он учился у Эйлера и Лагранжа. В 1809 году Ампер стал профессором математики, а в 1814 году был избран членом Академии наук. В основном он интересовался математикой, а также физикой и некоторыми другими науками.
Ампер не был первым, кто проявил интерес к взаимосвязи между магнитным и электрическим полями, но он был первым, кто попытался найти точное математическое описание происходящих процессов. Он не только открыл факт взаимодействия между токами, но и сформулировал законы этого явления.
Ампер доказал, что когда по одному из проводников течет ток, проводники начинают взаимодействовать. В этом случае между ними возникает отталкивающая или притягивающая сила. В 1826 году Амбер опубликовал первые результаты исследования взаимодействия параллельных токов.
На диаграмме ниже показан один из экспериментов Ампера по измерению силы, действующей на проводник под действием тока в магнитном поле. Красные стрелки на схеме указывают направление тока.
На основе своего эксперимента ученый сформулировал гипотезу, которая впоследствии стала известна как гипотеза Ампера. Поняв, как токи влияют на магнитные поля, он смог доказать, что материя состоит из очень маленьких коллекций циркулирующих токов. Каждый из них создает очень слабое магнитное поле. Поскольку все эти токи направлены неупорядоченно, внешнее магнитное поле практически незаметно. Однако в магнитах все циркулирующие токи направлены в одну сторону, и их влияние суммируется. Это объясняет их особые свойства и практическое применение.
Амбер также объяснил действие магнетизма с помощью своих законов. По его словам, в некоторых веществах под воздействием магнитных полей циркулирующие токи упорядочиваются и постепенно направляются в одну сторону.
Эта гипотеза стала одним из источников теории магнетизма. Он смог лишь частично объяснить это явление, поскольку не смог ответить на вопрос, почему некоторые вещества практически не подвергаются воздействию внешних магнитных полей. Он также не смог объяснить, почему одни вещества при намагничивании создают магнитный поток в направлении внешнего магнитного поля (парамагнитные), а другие — в противоположном направлении (антимагнитные).
Формулировка закона Ампера
Исследования параллельных проводников с токами показали, что между ними действует притягивающая сила, когда ток идет в одном направлении, и отталкивающая сила, когда ток идет в противоположном направлении. Сила взаимодействия токов пропорционально зависит от произведения силы тока и длины проводника. Из этого также следует, что он обратно пропорционален расстоянию между воздуховодами. Математическое выражение выглядит следующим образом.
Закон Ампера в этой формулировке гласит, что напряженность магнитного поля рассчитывается по отношению к единице длины проводника. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется амперной силой.
Токи могут взаимодействовать только при наличии магнитного поля вокруг проводника. Эти поля создают движущуюся нагрузку. В постоянных магнитах магнитные поля также создаются токами, как это определено законом Ампера, но только токами, циркулирующими внутри молекул вещества.
При описании магнитных полей принято использовать характеристическую силу, аналогичную вектору напряженности электрического поля. Это называется вектором магнитной индукции и обозначается латинской буквой «B». В системе СИ единицей измерения этой характеристики является тесла: 1 тесла = 1 н. у. м.
Направление вектора MI определяется законом бора. Если в штопор направить ток перпендикулярно плоскости проводника, то движение конца рукоятки указывает направление вектора силы. Главное, чтобы рукоятка вращалась по часовой стрелке, если смотреть на нее сзади.
Борис Семенович Якоби (1801-1874) русский физик. Он наиболее известен своим открытием электролитического покрытия. Он создал первый электродвигатель и телеграф, печатающий письма.
Магнитное взаимодействие
Французский физик Андре-Мари Ампер в 1820 году обнаружил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, притягиваются друг к другу, когда направления токов совпадают, и отталкиваются, когда направления токов расходятся. Ампер назвал это явление электродинамическим взаимодействием.
Рисунок 1.Эксперимент Ампера по взаимодействию токов в параллельных проводниках.
Чтобы объяснить это явление, Ампер ввел понятие магнитного поля, возникающего вокруг движущегося заряда. Магнитные поля непрерывны в пространстве и возникают при приложении силы к другим движущимся зарядам.
Предшественник Амбера пытался построить теорию магнитных полей по аналогии с электрическими, используя заряды с разными сигналами (север-север и юг-юг). Однако, согласно экспериментам, отдельных магнитных зарядов в природе не существует. Магнитные поля возникают только в результате переноса электрических зарядов.
Сила магнитного взаимодействия
Сила, действующая на проводник с током под действием магнитного поля, названа в честь открытия — сила Ампера. Согласно экспериментам, измеренная сила Ампера F пропорциональна длине проводника L и зависит от пространственного положения проводника в магнитном поле.
Для количественной оценки влияния магнитных полей на ревматические проводники была введена величина, называемая магнитной индукцией. Тогда сила янтаря равна
где I — сила потока. Этот тип полезен при расчете коэффициента максимальной мощности янтаря, приложенной к линейному проводнику в магнитном поле. Вектор магнитного поля b направлен под углом 90 0 к вектору тока i.
Если трубопровод находится под углом A к вектору A магнитной индукции b, то вместо (1) следует использовать следующий вид.
Правило левой руки
Для определения направления вектора силы янтаря используется «правило левой руки».
Рисунок 2.Правило левой руки для определения направления вектора-вектора.
Левая рука располагается так, чтобы пальцы ладони (все, кроме большого) были направлены в сторону проводника тока. Затем уровень ладони перпендикулярен уровню, на котором расположен трубопровод вместе с векторами тока и магнитной индукции; векторы ВЭ должны войти в ладонь. Затем указывается направление силы амфура, когда большой палец левой руки поворачивается под правильным углом.
На предыдущих уроках мы видели, что существование магнитного поля можно определить по наличию силы, действующей на проводник с током. Эта сила называется Амперовой силой, названной в честь французского ученого Адре Мари Ампера.
Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. ЭДС индукции в движущихся проводниках. Самоиндукция.
Фарадей показал, что при наличии магнитного поля вокруг ревматического проводника естественно возникает обратное явление, т.е. появление электричества под действием магнитного поля. Так, в 1831 году Фарадей опубликовал работу, в которой говорилось об открытии нового явления, явления электромагнитной индукции.
Эксперимент Фарадея был очень простым. Он соединил джентльмена G с концом катушки L и поднес к нему магнит. Стрелка гальванометра отклоняется, и ток в цепи регистрируется. Пока магнит движется, течет ток. Когда магнит удаляется из катушки, гальванометр обнаруживает электричество в противоположном направлении. Аналогичные результаты наблюдались, когда магнит был заменен силовой катушкой или замкнутым контуром.
Движущийся магнит или силовой проводник создает переменные магнитные поля через L. L. Когда он неподвижен, создаваемые им поля стабильны. Если канал с переменными токами расположен рядом с замкнутым контуром, то токи также являются замкнутыми. На основе анализа экспериментальных данных Фарадей установил, что ток в проводящей цепи возникает при изменении магнитного тока через область, касательную к цепи.
Этот ток был известен как индуцированный ток. Открытие Фарадея было названо электромагнитной индукцией и впоследствии использовалось в качестве основы для создания электрических двигателей, генераторов, трансформаторов и подобных устройств.
Таким образом, когда магнитный ток через поверхность, определяемую контуром, изменяется, в контуре возникает электричество. Хорошо известно, что токи в проводниках могут возникать только под действием внешних сил, т.е. при наличии напряжения. В случае индуцированных токов ЭЭД, соответствующая внешней силе, называется электромагнитной движущей силой EII.
В контуре Э.Ф. электромагнитной индукции она пропорциональна скорости изменения магнитного потока fm на поверхностях, прилегающих к этому контуру.
Здесь K — коэффициент пропорциональности. Это напряжение не зависит от того, вызвано ли изменение магнитного потока перемещением контура в фиксированном магнитном поле или изменением самого поля.
Таким образом, направление индукционного тока определяется правилом Ленца: любое изменение магнитного потока через поверхность, ограниченную замкнутым проводящим контуром, вызывает индукционный ток в таком направлении, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока.
Обобщением закона Фарадея и правила Ленца является закон Фарадея-Ленца: сила электромагнитной индукции в замкнутом проводящем контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:
Это выражение является фундаментальным законом электромагнитной индукции.
При скорости изменения магнитного потока 1 Вб/с в цепи индуцируется ЭДС 1 В.
Предположим, что цепь, в которой индуцируется электрическое напряжение, состоит не из одного, а из N витков, например, это соленоид. Соленоид представляет собой токоведущую цилиндрическую катушку, состоящую из большого количества витков. Поскольку витки соленоида соединены последовательно, εi в этом случае будет равен сумме индукционного тока в каждом из витков в отдельности:
Величина Ψ = SFm называется потоком-током или полным магнитным потоком. Если поток через каждую катушку одинаков (т.е. Ψ = NΦm), то в этом случае
Электромагнитные колебания. Колебательной контур.
Электромагнитные колебания — это колебания таких величин, как сопротивление, ЭЭД, нагрузка, сила тока.
Колебательный контур — это электрическая цепь, состоящая из конденсатора, индуктора и резистора, соединенных последовательно. Изменение электрического заряда на катушке конденсатора с течением времени описывается дифференциальным уравнением:
Электромагнитные волны и их свойства.
В колебательном контуре электрическая энергия конденсатора преобразуется в магнитную энергию катушки и наоборот. Если в определенное время потери энергии в цепи компенсировать внешним резистором, то возникнет нерекуперируемое электрическое колебание, которое можно излучать в окружающее пространство через антенну.
Процесс распространения электромагнитных колебаний, периодических изменений напряженности электрического и магнитного полей, в окружающее пространство называется электромагнитной волной.
Электромагнитные волны охватывают широкий диапазон длин волн от 105 до 10 м и частот от 104 до 1024 Гц. Электромагнитные волны условно делятся на радиоволны, инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и радиацию. В зависимости от длины волны или частоты свойства электромагнитных волн меняются, что является убедительным доказательством диалектико-холистического закона перехода количества в новое качество.
Электромагнитное поле материально и обладает энергией, количеством движения, массой, оно движется в пространстве: в вакууме со скоростью C, а в среде со скоростью: V=, где = 8.85 ,
Объемная плотность энергии электромагнитного поля. Практическое применение электромагнитных явлений очень широко. Это системы и установки связи, радиовещания, телевидения, компьютеры, системы управления различного назначения, измерительные и медицинские приборы, бытовая электро- и радиоаппаратура и т.д., т.е. все то, без чего невозможно представить現代社会。
Что касается того, насколько сильно электромагнитное излучение действует на здоровье человека, то точных научных данных практически нет, есть только неподтвержденные гипотезы и, в целом, небезосновательные опасения, что все неестественное оказывает разрушительное воздействие. Доказано, что ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и высокоинтенсивное излучение во многих случаях наносят реальный вред всему живому.
На диаграмме ниже показан один из экспериментов Ампера по измерению силы, действующей на проводник под действием тока в магнитном поле. Красные стрелки на схеме указывают направление тока.
Презентация по физики «Действие магнитного поля на проводник с током»
Отметим, что согласно Федеральному закону N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, обучение и воспитание обучающихся с ограниченными возможностями здоровья, как с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Курс повышения квалификации
教師と教師のためのワークシートと素材
学校と家のための2,500以上の教育資料
Действие магнитного поля на проводник с током. Электрический двигатель.
Автор Селиверстов Ю.И., преподаватель физики, ГБОУ «Школа 323».
1. Что создает магнитное поле? Электрический ток создает магнитное поле. 2. Что создает магнитное поле? Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами. 3. Что такое постоянный магнит? Тела, которые остаются намагниченными в течение длительного времени, называются постоянными магнитами или просто магнитами 4. Как взаимодействуют магниты? Односторонние магнитные полюса притягиваются, односторонние магнитные полюса отталкиваются. 5. Почему Земля является магнитом? Вокруг Земли существует магнитное поле, которое надежно защищает земную поверхность от космического излучения. 6.Что называется аномалией? Области на Земле, где направление магнитной стрелки постоянно отклоняется от направления магнитной линии Земли, называются областями магнитных аномалий. 7. Где расположены магнитные полюса Земли? Северный магнитный полюс Земли расположен рядом с географическим южным полюсом. Именно здесь из Земли выходят магнитные линии магнитного поля Земли.
Магнитное поле действует на проводник тока, т.е. поле действует на плавно движущиеся электрические заряды Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник тока. Если проводник с электрическим током подвешен в магнитном поле, например, между полюсами магнита, то магнитное поле будет действовать на проводник с некоторой силой и отклонять его.
Направление движения проводника зависит от направления тока в проводнике и положения полюсов магнита.
Действие силы на рамку с током. Если поместить проволочную рамку с током в магнитное поле, сила магнитного поля заставит рамку вращаться (она будет вытягиваться или выталкиваться из области между полюсами магнита в зависимости от направления тока).
Свойство токоведущей рамки вращаться в магнитном поле используется в электроизмерительных приборах.
