17.02.2023
Урок 61
Тема. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера
Завдання:
- Опрацювати теоретичний матеріал
- Записати конспект в зошит
- Записати розв'язок задач в зошит
- Розв'язати 2 задачі в зошиті (знизу)
ДІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА ПРОВІДНИК ЗІ СТРУМОМ. СИЛА АМПЕРА.
Якщо провідник розташувати між полюсами постійного підковоподібного магніту та пропустити через нього електричний струм, він почне рухатися (рис. 14.1, а).
Рис. 14.1. Дія магнітного поля на провідник зі струмом
Якщо вимкнути струм, провідник повернеться в початкове положення. Якщо змінити напрям струму в провіднику на протилежний, провідник у магнітному полі підковоподібного магніту буде рухатися у протилежний бік (рис. 14.1, б). Також напрямок руху провідника зміниться на протилежний і в разі зміни напряму магнітного поля (положення полюсів магніту).
Отже, на провідник з боку магнітного поля діє механічна сила, яку називають силою Ампера та позначають
(рис. 14.2, а).
Рис. 14.2. Сила Ампера: а) на провідник зі струмом у магнітному полі діє механічна сила — сила Ампера FA ; б) визначення напрямку сили Ампера за правилом лівої руки
Сила Ампера є сумарним результатом дії магнітного поля на окремі рухомі заряджені частинки, які створюють струм у провіднику. Вона виникає внаслідок взаємодії електронів, які відхиляються під впливом поля постійного магніту, з йонами кристалічної ґратки металу.
Напрямок дії магнітного поля на провідник зі струмом, тобто напрямок сили Ампера, визначається напрямом як струму в провіднику, так і магнітного поля, в якому він розміщений.
Для визначення напрямку сили Ампера можна скористатися так званим правилом лівої руки (рис. 14.2, б):
якщо ліву руку розташувати так, щоб магнітні лінії входили в долоню (долонею до північного полюса постійного магніту), а чотири пальці вказували напрям струму в провіднику, то великий палець, відігнутий на 90°, вкаже напрямок сили, яка діє на провідник зі струмом із боку магнітного поля (сили Ампера).
Відповідно, знаючи напрямки сили Ампера та ліній магнітного поля, можна визначити напрям струму в провіднику (полюси джерела струму). Або, знаючи напрям струму в провіднику та напрямок сили Ампера, можна легко визначити полюси магнітного поля.
Експериментально було встановлено, що сила Ампера, яка діє на провідник у магнітному полі, тим більша, чим більший струм проходить по провіднику і чим сильніше магнітне поле, в якому він розміщений. Тобто сила Ампера пропорційна силі струму в провіднику I та індукції магнітного поля B. Вона також залежить від довжини провідника l та його розташування в магнітному полі.
Величину сили Ампера, що діє на провідник зі струмом в однорідному магнітному полі (В = const), обчислюють за формулою:
FA = BIΔlsin α,
де B — значення індукції магнітного поля; I — сила струму в провіднику; Δl — довжина ділянки провідника, що перебуває в однорідному магнітному полі; α — кут між напрямом струму I в провіднику та вектором індукції магнітного поля В.
Максимальне значення сили Ампера FAmax = BlΔl, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, досягається, коли провідник розташований перпендикулярно до ліній індукції магнітного поля. При цьому кут між напрямом струму I в провіднику та вектором індукції магнітного поля дорівнює a = 90°, а sin 90° = 1.
Оскільки за величиною індукції магнітного поля оцінюють його силову дію, тобто індукція магнітного поля є його силовою характеристикою, то модуль вектора магнітної індукції в кожній точці магнітного поля визначається силою, що діє на ділянку провідника зі струмом.
Тому за одиницю магнітної індукції в СІ приймають магнітну індукцію поля, в якому на провідник довжиною 1 м зі струмом 1 А діє сила 1 Н. Цю одиницю називають тесла (Тл):
Приклади розв’язування задач на використання формули сили Ампера
Задача 1. Визначте модуль сили Ампера, яка діє на провідник зі струмом завдовжки 20 см, розміщений у магнітному полі з індукцією 0,4 Тл перпендикулярно до вектора його магнітної індукції. Сила струму в провіднику дорівнює 0,5 А.
Задача 2. Під яким кутом до силових ліній магнітного поля з індукцією 0,04 Тл розмістили провідник довжиною 25 см, по якому тече електричний струм 0,25 А, якщо на нього діє сила Ампера величиною 1,25 мН.
Якщо у полі постійного магніту розмістити прямокутну рамку зі струмом, то вона буде повертатися під дією сили Ампера (рис. 14.3).
Рис. 14.3. Рамка зі струмом у полі постійного магніту повертається під дією сили Ампера
Вертикальні сторони рамки є ділянками прямого провідника зі струмом, і на них діє сила Ампера. Ці провідники мають однакову довжину і по них проходить струм однакової величини у протилежних напрямках. Тому на сторони рамки діють сили, однакові за величиною та протилежні за напрямком. Під дією цих сил рамка зі струмом повертається в магнітному полі. Якщо змінити полярність джерела струму, до якого під'єднана рамка, або поміняти місцями полюси магніту, рамка повертатиметься у протилежному напрямку.
Явище повертання рамки зі струмом у магнітному полі покладене в основу конструкції електричних двигунів постійного струму.
Електродвигун — пристрій, у якому енергія електричного струму перетворюється в механічну.
Розв'язати задачі:
- 1. Визначте напрямок дії сили Ампера на провідник зі струмом у зовнішньому магнітному полі (рис. 1).Рис. 1
2. Прямий провідник довжиною 30 см розміщений у магнітному полі з індукцією 0,4 Тл перпендикулярно до його силових ліній. Знайдіть силу струму в провіднику, якщо магнітне поле діє на нього з силою 24 мН.
Немає коментарів:
Дописати коментар