Правила левой руки для силы ампера: Правило левой руки для силы Ампера – примеры и формулировка определения кратко

39 — сила Ампера • 31415.ru

Сила Ампера - сила воздействия магнитного поля на проводник с током.

I — ток в проводнике, А (Ампер)
B — индукция магнитного поля, Тл (Тесла)
L — длина проводника, м (метр)
На провод с током со стороны магнита действует сила 1 Ньютон, если по проводу протекает ток 1 Ампер, длина провода 1 метр и магнитная индукция магнита 1 Тесла.


Возникновение магнитного поля вокруг проводника с током — это одно из самых удивительных явлений в физике. Первым открыл это явление датский физик Ханс Кристиан Эрстед в 1820 году. Проводя эксперименты с электричеством, он заметил что стрелка компаса реагирует на протекание тока по проводнику.

Электромагнит — является примером использования силы Ампера. Сила электромагнита прямо пропорциональна длине проводника L и силе тока I, протекающего через проводник.

Сила Ампера направлена перпендикулярна току и линиям магнитной индукции B. Для определения направления силы Ампера, используют правило левой руки.

Правило левой руки гласит: «Если линии магнитной индукции входят в ладонь, а четыре пальца направлены вдоль тока, то большой палец покажет направление силы Ампера».

Для использования этого правила нужно запомнить, что линии магнитной индукции (обозначаются буквой B) направлены от северного полюса к южному, то есть СТРОГО НА ЮГ. Это легко запомнить, потому что «Строго на юг» — так называется известный детективный сериал о приключениях канадского полицейского с волком.

Электрический ток принято считать направленным от плюса к минусу. При использовании правила левой руки нужно использовать именно такое направление тока.

Сила Ампера определяется только перпендикулярной составляющей магнитной индукции к току. Если линии индукции магнитного поля B направлены к току I под углом больше или меньше 90 градусов, то в формуле для силы Ампера, нужно вычислять проекцию вектора индукции B на перпендикуляр к проводнику.

Лекция о магнитном поле.

 

Эксперимент с проводником в магнитном поле

 

Эксперимент с рамкой в магнитном поле

 

Задача 39.
На проводник с током, расположенный в однородном магнитном поле под углом 30

0 к магнитным линиям, действует сила 10 Н. Какая сила будет действовать на проводник, если в три раза увеличить угол между проводником и магнитными линиями.
Показать ответОтвет: F=20 Н
 

 

 

Правило левой руки для силы ампера формулировка. Правило буравчика, правой и левой руки

В физике и электротехнике широко используются различные приемы и способы, позволяющие определить одну из характеристик магнитного поля – направленность напряженности. С этой целью используется закон буравчика, правой и левой руки. Данные способы позволяют получить довольно точные результаты.

Правило буравчика и правой руки

Закон буравчика используется для определения направленности напряженности магнитного поля. Оно работает при условии прямолинейного расположения магнитного поля, относительно проводника с током.

Это правило заключается в совпадении направленности магнитного поля с направленностью рукоятки буравчика, при условии вкручивания буравчика с правой нарезкой в направлении электрического тока. Данное правило применяется и для соленоидов. В этом случае, большой палец, оттопыренный на правой руке, указывает направление линий . При этом, соленоид обхватывается так, что пальцы указывают направление тока в его витках. Обязательным условием является превышение длиной катушки ее диаметра.

Правило правой руки противоположно правилу буравчика. При обхватывании исследуемого элемента, пальцы в сжатом кулаке указывают направление магнитных линий. При этом, учитывается поступательное движение по направлению магнитных линий. Большой палец, который отогнут на 90 градусов по отношению к ладони, указывает направление .

При движущемся проводнике, силовые линии перпендикулярно входят в ладонь. Большой палец руки вытянут перпендикулярно, и указывает направление движения проводника. Оставшиеся четыре оттопыренных пальца, расположены в направлении индукционного тока.

Правило левой руки

Среди таких способов, как правило буравчика, правой и левой руки, следует отметить правило левой руки. Для того, чтобы это правило работало, необходимо расположить левую ладонь таким образом, чтобы направление четырех пальцев было в сторону электрического тока в проводнике. Индукционные линии входят в ладонь перпендикулярно под углом 900. Большой палец отогнут, и указывает направление силы, действующей на проводник. Обычно, этот закон применяется, когда нужно определить направление отклонения проводника. В данной ситуации проводник располагается между двумя магнитами и по нему пропущен электрический ток.

Правило левой руки формулируется еще и таким образом, что четыре пальца на левой руке располагаются в направлении, куда движутся положительные или отрицательные частицы электрического тока. Индукционные линии, как и в других случаях, должны перпендикулярно располагаться относительно ладони и входить в нее.

Большой оттопыренный палец указывает на направление силы Ампера или Лоренца.

Сила Лоренца Сила Лоренца Модуль силы Лоренца. Модуль силы Лоренца. Направление силы Лоренца Направление силы Лоренца Правило левой руки Правило левой руки Плоские траектории движения заряженных частиц в однородном магнитном поле Плоские траектории движения заряженных частиц в однородном магнитном поле Вопросы по теме. Вопросы по теме. Сила Лоренца Сила Лоренца Модуль силы Лоренца. Модуль силы Лоренца. Направление силы Лоренца Направление силы Лоренца Правило левой руки Правило левой руки Плоские траектории движения заряженных частиц в однородном магнитном поле Плоские траектории движения заряженных частиц в однородном магнитном поле Вопросы по теме. Вопросы по теме.

Сила Лоренца – сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля. Х.Лоренц ()–голландский физик, основатель электронной теории строения вещества.

Если кисть левой руки расположить так, что четыре вытянутых пальца указывают направление скорости положительного заряда, а вектор магнитной индукции входит в ладонь, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы действующей на данный заряд.

Плоские траектории движения заряженных частиц в однородном магнитном поле Заряженная частица влетающая в однородное магнитное поле параллельно линиям магнитной индукции, движется равномерно вдоль этих линий. Вращение отрицательного заряда по окружности происходит в направлении противоположенном вращению положительного заряда (рис.в)

1. Каким образом, зная силу Ампера, можно найти силу Лоренца? 2. Дайте определение силе Лоренца. Чему равен её модуль? 3. Как определяется направление силы Лоренца с помощью правила левой руки? 4. Почему заряженная частица, влетающая в однородное магнитное поле в плоскости, перпендикулярно линиями магнитной индукции, движется по окружности? В каком случае частица движется в магнитном поле прямолинейно? 5. Докажите, что период обращения по окружности заряженной частицы в поперечном магнитном поле не зависит от её скорости.

Магнитное поле действует на проводник с током. Силу, которая возникает при этом, называют силой Ампера .

Сила Ампера

действует на про-водник с током в магнитном поле.

Исследуем, от чего зависит модуль и направление данной силы. С этой целью используем установку, в которой прямо-линейный проводник подвешен на тонких проволочках в магнитном поле постоянного магнита (рис. 6.16). Гибкие проволочки, присоединенные к концам проводника, по-зволяют включать его в электрическую цепь, сила тока в которой регулируется с помощью реостата и измеряется ампермет-ром.

Легкая, но жесткая тяга соединяет про-водник с чувствительным измерителем силы.

Замкнув электрическую цепь, в которую входит исследуемый проводник, увидим, что он отклонится от положения равно-весия, а измеритель покажет определенное значение силы. Увеличим силу тока в про-воднике в 2 раза и увидим, что сила, дейст-вующая на проводник, также увеличится в 2 раза. Любые другие изменения силы тока в проводнике вызовут соответствующие изме-нения силы, которая действует на провод-ник. Сопоставление полученных результатов позволяет сделать вывод, что сила

F, дейст-вующая в магнитном поле на проводник с током, пропорциональна силе тока I в нем:

Сила Ампера пропорциональна силе тока в проводнике.

Расположим еще один магнит рядом с первым. Длина той части проводника, которая находится в магнитном поле, уве-личится приблизительно в 2 раза. Значение силы, действующей на проводник, также увеличится приблизительно в два раза. Та-ким образом, сила

F, действующая на про-водник с током в магнитном поле, про-порциональна длине части проводника Δ l , которая находится в магнитном поле:

F ~ Δ l.

Сила Ампера пропорциональна длине активной части провод-ника.

Сила увеличится также тогда, когда при-меним другой, более «сильный» магнит с большей магнитной индукцией. Это позво-ляет сделать вывод о зависимости силы F от магнитной индукции поля B:

F ~ B. Материал с сайта

Максимальной сила будет тогда, когда между магнитной индукцией и проводни-ком угол α = 90°. Если же этот угол равен нулю, то есть магнитная индукция будет па-раллельной проводнику, то сила будет равна нулю. Отсюда нетрудно сделать вывод о за-висимости силы Ампера от угла между маг-нитной индукцией и проводником.

Окончательно формула для расчета силы Ампера будет иметь вид

F А = BI Δ l . sin α .

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки (рис. 6.17).

Правило левой руки. Если левую руку разместить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца показывали направление тока, то отставленный большой палец пока-жет направление силы, действующей на про-водник с током в магнитном поле.

Разработка к уроку по теме “Правило левой руки в 9 классе.” (конспект, презентация).

Урок в 9 классе по теме: «Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки. Сила Ампера».

Цели урока:

Образовательные:

• изучить как обнаруживается магнитное поле по его действию на электрический ток, изучить правило левой руки, повторить ранее пройденные определения электрического поля, магнитного поля, условия их возникновения, свойства; закрепить правила правой и левой руки с помощью упражнений;

• закрепить знания по предыдущим темам;

• научить применять знания, полученные на уроке;

• показать связь с жизнью;

• расширить межпредметные связи.

Воспитательные:

• формировать интерес к предмету, к учебе, воспитывать инициативу, творческое отношение, воспитывать добросовестное отношение к учебе, прививать навыки, как самостоятельной работы, так и работы в коллективе, воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету.

Развивающие:

• развивать физическое мышление учащихся, их творческие способности, умение самостоятельно формулировать выводы, расширять познавательный интерес путем привлечения дополнительного материала, а также потребности к углублению и расширению знаний;

• развивать речевые навыки;

• формировать умения выделять главное, делать выводы, развивать способность быстро воспринимать информацию и выполнять необходимые задания; развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы.

Этапы урока:

1. Организационный момент – 2 мин.
2. Проверка домашнего задания, знаний и умений – 6 мин.
3. Объяснение нового материала – 18 мин.
4. Закрепление. Решение задач – 15 мин.
5. Итоги. Выводы. Домашнее задание  – 4 мин.

ХОД УРОКА

I.   Проверка домашнего задания, знаний и умений – 6 мин

Слайд 2.

1. Магнитное поле порождается______________ (электрическим током).

2. Магнитное поле создается ______________заряженными частицами (движущимися).

3. За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает _________полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку (северный).
4.Магнитные линии выходят из _________ полюса магнита и входят в ________. (Северного, южный).

Поменялись листочками и проверили друг друга. На экране высвечиваются правильные ответы.

Слайд 3.

Правильных ответов: 4 ответов– 5 баллов, 3 ответа – 4 балла, 2 ответа – 3 балла, 0-1 ответа – 2 балла.

II.  Объяснение нового материала – 15 мин

Слайд 4.

Учитель:  Как можно обнаружить магнитное поле? Оно не действует на наши органы чувств – не имеет запаха, цвета, вкуса. Мы не можем, правда, с уверенностью утверждать, что в животном мире нет существ, чувствующих магнитное поле. В США и Канаде для отгона осьминог с места скопления мальков на реках, впадающих в Великие озера, установлены электромагнитные барьеры. Ученые объясняют способность рыб ориентироваться в просторах океана их реакцией на магнитные поля…

Сегодня на уроке мы изучим,  как  обнаружить магнитное поле по его действию на электрический ток и изучим правило левой руки.

На всякий проводник с током, помещенный в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой, наличие такой силы можно посмотреть с помощью такого опыта: проводник подвешен на гибких проводах, который через ключ присоединен к аккумуляторам. Проводник помещен между полюсами подковообразного магнита, т. е. находится в магнитном поле. При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и проводник приходит в движение. Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник с током двигаться не будет. (Демонстрация опыта)

Слайд 5.

Если ученики смогут сами ответить: Значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения. Эта сила получила название силы Ампера.

Выясним, от чего зависит направление силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле. Опыт показывает, что при изменении направления тока изменяется и направление движения проводника, а значит, и направление действующей на него силы.

Направление силы изменится и в том случае, если, не меняя направления тока, поменять местами полюсы магнита (т. е. изменить направление линий магнитного поля).
Следовательно, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.

Слайд 6.

Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно определить, пользуясь правилом левой руки. В наиболее простом случае, когда проводник расположен в плоскости, перпендикулярной линиям магнитного поля, это правило заключается в следующем: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Ученики: за направление тока во внешней части электрической цепи (т.е. вне источника тока) принимается направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.

Пользуясь правилом левой руки, можно определить не только направление силы, действующей в магнитном поле на проводник с током. По этому правилу мы можем определить направление тока (если знаем, как направлены линии магнитного поля и действующая на проводник сила), направление магнитных линий (если известны направления тока и силы), знак.
Сила действия магнитного поля на проводник с током равна нулю, если направление тока в проводнике совпадает с линиями магнитного поля или параллельны им.

Слайд 7.

Использование силы Ампера в технике:

• Электродвигатели;

• Электроизмерительные приборы;

• Громкоговорители, динамики.

IV. Закрепление материала. Решение задач – 15 мин.

Слайд 8.

Как будет двигаться проводник, изображенный на рисунке. Направление тока показано стрелками.

Слайд 9.

Между полюсами магнитов расположены проводники с током. Как движется каждый из них?

Слайд 10.

Учитель: Упр. 36 (1). В какую сторону покатится легкая алюминиевая трубочка при замыкании цепи?

Ученики дают ответы: по правилу левой руки линии магнитного поля входят в ладонь, электрический ток течет по трубочке, значит, трубочка покатится к источнику тока.

Итоги

Сегодня на уроке мы изучили, как обнаружить магнитное поле по его действию на электрический ток. Изучили силу Ампера и ее применение в технике. Рассмотрели правило левой руки для определения направления силы Ампера.

Слайд 11.

V. Домашнее задание: § 46, упр. 36 (2, 3, 4, 5).

Приведение правила левой и правой руки к одному виду

На главную страницу

Приведение правил левой и

  правой руки к одному виду

 

 

Современная теория электродинамики не имеет физической модели, которая может объяснить одновременное существование двух эмпирических правил – левой и правой руки. Также в электродинамике нет физической модели, которая объясняет их смену при смене направления потока энергии.

Рассмотрим эти правила.

Правило левой руки – эмпирическое правило для определения силы Ампера для участка цепи – потребителя тока.

«Правило левой руки определяет направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током. Если ладонь левой руки расположить так, чтобы вытянутые пальцы были направлены по току, а силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник». [1]

Правило правой руки – эмпирическое правило определения силы индукционного тока для участка цепи – источника тока.

«Правило правой руки определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый палец направить по движению проводника, то 4 вытянутых пальца укажут направление индукционного тока». [1]

Эти два правила являются зеркальным отражением друг друга: одно для участка цепи – потребителя тока, другое – для участка цепи – источника тока.

Несмотря на их очевидную зеркальность, они сформулированы для разных физических величин. Правило левой руки использует направление электрического тока, направление магнитного поля, направление силы Ампера. Правило правой руки использует направление электрического тока, направление магнитного поля, направление движения проводника.

Возникает вопрос – почему из правила правой руки исключили силу Ампера, сменив его направлением движения проводника, ведь в этом случае сила Ампера также наблюдается.

Ответ простой. В электродинамике нечем объяснить смену направления силы Ампера.

Сила Ампера в правиле правой и левой руки направлена противоположно. 

Направление движения проводника на участке цепи – источнике тока совпадает с силой Ампера, которая и вызывает это движение. В этом случае нужно заменить направление движения проводника на направление силы Ампера.

Правило правой руки более логично сформулировать следующим образом:

 «Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый палец будет указывать направление силы, действующей на проводник, то 4 вытянутых пальца укажут направление индукционного тока».

В классической электродинамике эти два правила обычно не рассматриваются совместно именно потому, что отсутствует даже примитивная физическая модель, позволяющая объяснить с одной стороны, одновременное существование двух этих правил, а не одного, с другой стороны, одного закона Ампера, а не двух.

В классической электродинамике при переходе от правила левой руки к правилу правой руки ничего не изменяется.

Не меняется направление вектора напряженности магнитного поля . Оно определяется эмпирическим правилом правого винта. Не меняется направление вектора напряжённости электрического поля . Оно определяется полярностью поданного извне напряжением. Направление электрического тока также не меняется, поскольку привязано к полярности напряжения.

Меняется только направление силы Ампера.

При наличии двух векторов, направление которых не меняется, в классической электродинамике нечем обосновать смену направления третьего вектора – силы Ампера при переходе проводника с током из режима двигателя в режим генератора.

Таким образом, одновременное существование двух несовместимых и теоретически необъяснимых правил – правила левой и правой руки даёт возможность изучить формирование силы Ампера, причину её реверса и вывести полный закон Ампера.

   

 

 

   Литература

 

1. Советский энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия». 1985.

2. Дрюков В.М. О чём молчат физики. Тула, 2004.

3. / http://drjukow.narod.ru/

2. Дрюков В.М. Физика. Дополнительные материалы. Тула изд. ООО Аквариус. 2021

Полный закон Ампера

Обнаружение МП по его действию на эл. ток. Правило левой руки

Поскольку магнитное поле проводника с током действует с определённой силой на магнит, то естественно предположить, что со стороны магнитного поля магнита на проводник с током также должна действовать какая-то сила. Рассмотрим более подробно действие магнитного поля на проводник с током и попытаемся подтвердить или опровергнуть высказанное предположение.

Для этого соберём цепь, состоящую из источника тока, ключа, трёхсторонней рамки, реостата и подковообразного магнита, закреплённого в штативе. Рамку подвесим на крючках так, чтобы она могла свободно вращаться, и поместим в магнитное поле, созданное подковообразным магнитом. Присоединим рамку к источнику тока, последовательно с реостатом и ключом. При разомкнутой цепи действия со стороны магнитного поля магнита на рамку не наблюдается. Если же цепь замкнуть, то проводник приходит в движение — он втягивается в пространство между полюсами дугообразного магнита.

Следовательно, магнитное поле действует на рамку с током с некоторой силой, отклоняющей её от первоначального положения.

Раз магнитное поле способно оказывать действие на проводник с током, то это действие может быть использовано для обнаружения магнитного поля в данной области пространства.

Кто-то из вас скажет, что зачем столько сложностей, если магнитное поле можно обнаружить с помощью простого компаса.

Да, с помощью компаса проще, но вспомните гипотезу Ампера: внутри каждой молекулы вещества циркулируют кольцевые электрические токи. Поэтому действие магнитного поля на стрелку компаса сводится к действию поля на элементарные электрические токи, которые циркулируют в атомах и молекулах вещества, из которого изготовлена магнитная стрелка.

Таким образом, магнитное поле создаётся электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток.

Но вернёмся к нашему опыту. Давайте поменяем направление тока в цепи. Замкнув её увидим, что проводник отклонился в противоположную сторону.

Значит, вместе с током изменилось и направление действующей на рамку силы.

Если теперь поменять местами полюсы магнита (то есть изменить направление магнитных линий), то мы увидим, как рамка с током вновь втягивается в пространство между полюсами магнита.

Значит, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник с током, связаны между собой.

Из курса физики восьмого класса вы знаете, что сила, с которой магнитное поле действует на помещённый в него проводник с током, называется силой Ампера, в честь французского учёного Андре-Мари Ампера.

Направление силы Ампера можно определить с помощью правила левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а четыре пальца были направлены по направлению тока в проводнике, то отогнутый на девяносто градусов большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

При использовании данного правила не забывайте о том, что за направление тока в цепи принято направление в котором движутся или могли бы двигаться положительно заряженные частицы.

С помощью правила левой руки также определяют и направление силы, действующую на отдельную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Для самого простого случая, то есть когда частица движется перпендикулярно линиям магнитного поля, это правило звучит так: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на девяносто градусов большой палец покажет направление действующей на частицу силы.

Обратим внимание ещё на один важный момент: магнитное поле не действует в случаях, если прямолинейный проводник с током или скорость движущейся заряженной частицы параллельны линиям магнитного поля или совпадают с ними.

Обнаружение магнитного поля по его действию на проводник с током :: Класс!ная физика

ОБНАРУЖЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ЕГО ДЕЙСТВИЮ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера.

Вспомни прошлый учебный год:

действие магнитного поля на проводник с током;

постоянные магниты.

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ
для проводника с током

служит для определения направления силы Ампера, действующей на проводник с током
в магнитном поле.

Если ЛЕВУЮ РУКУ расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ
для заряженной частицы

служит также для определения направления силы, действующей на отдельную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.

Если ЛЕВУЮ РУКУ расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной частицы) , то отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на частицу силы.

КНИЖНАЯ ПОЛКА

Тайны магнита.

ПОПРОБУЙ СДЕЛАТЬ, ВДРУГ ПРИГОДИТСЯ !

1.Определите направление силы, действующей на проводник с током со стороны магнитного поля.

2 .В какую сторону отклонится электрон под действием магнитного поля?

3. Укажите направление силы, с которой магнитное поле действует на частицу.

4.Укажите направление магнитных линий магнитного поля.

5. Укажите направление тока в проводнике.

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?

Учеными из США разработан светочувствительный пластиковый магнит, работающий при температуре – 75 К. Магнитные свойства нового магнита увеличиваются в 1,5 раза при облучении лучами синего цвета. Зеленый цвет производит обратный эффект.

Устали? – Отдыхаем!

Правило левой руки для формулировки мощности в амперах. Правило буравчика, правая и левая рука

В физике и электротехнике широко применяются различные приемы и методы для определения одной из характеристик магнитного поля – направления напряженности. Для этого используется закон буравчика, правой и левой руки. Эти методы дают достаточно точные результаты.

Правило буравчика и правой руки

Закон буравчика используется для определения направления напряженности магнитного поля. Он работает при условии прямолинейного расположения магнитного поля относительно проводника с током.

Это правило состоит в совпадении направления магнитного поля с направлением ручки буравчика при условии, что буравчик ввинчен с правильной резьбой по направлению электрического тока. Это правило относится к соленоидам. При этом большой палец, оттопыренный на правой руке, указывает направление линий. При этом соленоид обхватывают так, чтобы пальцы в его витках указывали направление тока.Обязательным условием является превышение длины катушки ее диаметра.

Правило правой руки противоположно правилу буравчика. При захвате исследуемого элемента пальцы в сжатом кулаке указывают направление магнитных линий. При этом учитывается поступательное движение в направлении магнитных линий. Большой палец, согнутый на 90 градусов по отношению к ладони, указывает направление.

При движущемся проводнике силовые линии перпендикулярны ладони.Большой палец вытянут перпендикулярно и указывает направление движения проводника. Остальные четыре выступающих пальца расположены по направлению индукционного тока.

Правило левой руки

Среди таких способов, как правило, буравчик, правая и левая рука, следует отметить правило левой руки. Чтобы это правило работало, необходимо расположить левую ладонь так, чтобы направление четырех пальцев было по направлению электрического тока в проводнике.Индукционные линии входят в ладонь перпендикулярно под углом 900. Большой палец согнут и указывает направление силы, действующей на проводник. Обычно этот закон применяется, когда нужно определить направление отклонения проводника. В этой ситуации проводник располагается между двумя магнитами и по нему пропускают электрический ток.

Правило левой руки также формулируется таким образом, что четыре пальца на левой руке располагаются в том направлении, куда движутся положительные или отрицательные частицы электрического тока.Индукционные линии, как и в других случаях, должны быть перпендикулярны ладони и входить в нее. Большой оттопыренный палец указывает направление силы Ампера или Лоренца.

Сила Лоренца Сила Лоренца Модуль силы Лоренца. Модуль силы Лоренца. Направление силы Лоренца Направление силы Лоренца Правило левой руки Правило левой руки Плоские траектории заряженных частиц в однородном магнитном поле Плоские траектории заряженных частиц в однородном магнитном поле Вопросы по теме.Вопросы по теме. Сила Лоренца Сила Лоренца Модуль силы Лоренца. Модуль силы Лоренца. Направление силы Лоренца Направление силы Лоренца Правило левой руки Правило левой руки Плоские траектории заряженных частиц в однородном магнитном поле Плоские траектории заряженных частиц в однородном магнитном поле Вопросы по теме. Вопросы по теме.

Сила Лоренца — это сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.Х. Лоренц () – голландский физик, основоположник электронной теории строения материи.

Если левую руку расположить так, что четыре вытянутых пальца указывают направление скорости положительного заряда, а вектор магнитной индукции входит в ладонь, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на данный заряд.

Плоские траектории заряженных частиц в однородном магнитном поле Заряженная частица, летящая в однородное магнитное поле параллельно линиям магнитной индукции, движется равномерно вдоль этих линий.Вращение отрицательного заряда по окружности происходит в сторону, противоположную вращению положительного заряда (рис. С)

1. Как, зная силу Ампера, найти силу Лоренца? 2. Определите силу Лоренца. Чему равен его модуль? 3. Как определяется направление силы Лоренца по правилу левой руки? 4. Почему заряженная частица, летящая в однородное магнитное поле в плоскости, перпендикулярной линиям магнитной индукции, движется по окружности? В каком случае частица движется прямолинейно в магнитном поле? 5.Докажите, что период обращения по окружности заряженной частицы в поперечном магнитном поле не зависит от ее скорости.

Магнитное поле действует на проводник с током. Сила, возникающая при этом, называется ампер-сила .

Ампер-сила   действует на проводник с током в магнитном поле.

Изучаем, от чего зависит модуль и направление данной силы.Для этой цели воспользуемся установкой, в которой прямолинейный проводник подвешен на тонких проволоках в магнитном поле постоянного магнита (рис. 6.16). Гибкие провода, прикрепленные к концам проводника, позволяют включить его в электрическую цепь, сила тока в которой регулируется реостатом и измеряется амперметром.

Легкая, но жесткая тяга соединяет проводник с чувствительным измерителем силы.

Замкнув электрическую цепь, в которую входит исследуемый проводник, мы увидим, что он отклоняется от положения равновесия, а измеритель показывает определенное значение силы.Увеличим силу тока в проводнике в 2 раза и увидим, что сила, действующая на проводник, также увеличится в 2 раза. Любые другие изменения силы тока в проводнике вызовут соответствующее изменение силы, действующей на проводник. на проводнике. Сравнение результатов позволяет сделать вывод, что сила F , действующая в магнитном поле на проводник с током, пропорциональна силе тока I в нем:

Ампер-сила   пропорционально силе тока в проводнике.

Поместите другой магнит рядом с первым. Длина той части проводника, которая находится в магнитном поле, увеличится примерно в 2 раза. Величина силы, действующей на проводник, также увеличится примерно в два раза. Таким образом, мощность F , действующая на проводник с током в магнитном поле, пропорциональна длине части проводника Δ l в магнитном поле:

F ~ Δ л.

Ампер-сила   пропорционально длине активной части проводника.

Сила также увеличится, если мы приложим другой, более «сильный» магнит с большей магнитной индукцией. Это позволяет сделать вывод, что зависимость силы Ф   от индукции магнитного поля Б:

Ф ~ Б.   Материал с сайта

Максимальная сила будет при угле α = 90° между магнитной индукцией и проводником.Если этот угол равен нулю, то есть магнитная индукция будет параллельна проводнику, то и сила будет равна нулю. Отсюда нетрудно вывести зависимость амперных сил   от угла между магнитной индукцией и проводником.

Окончательная формула для расчета ампер-сил будет иметь вид

Ф А   = БИ Δ л. грех α .

Направление ампер-сил   определяется по правилу левой руки (рис.6.17).

Правило левой руки. Если расположить левую руку так, чтобы линии магнитной индукции вошли в ладонь, а четыре пальца указывали направление тока, то отведенный большой палец покажет направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле.

экспериментов Ампера

экспериментов Ампера
Следующая: Закон Ампера Вверх: Магнетизм Предыдущий: Историческое введение

Эксперименты Ампера В 1820 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед читал лекцию. демонстрация различных электрических и магнитные эффекты. Внезапно, к своему изумлению, он заметил, что стрелка компаса, которую он держал отклонился, когда он приблизил его к току, несущему провод. Это было очень неожиданное наблюдение, так как до этого момента электричество и магнетизм считался двумя совершенно не связанными явлениями. Слухи об этом открытии быстро распространились по научным источникам. и французский физик Андре Мари Ампер. сразу же решил исследовать дальше. Аппарат Ампера состоял (по существу) из длинного прямого провода, по которому электрический ток Текущий .Ампер быстро обнаружил, что стрелка маленького компаса из ряда концентрических круговых петель в плоскости перпендикулярно проводу с током — см. рис. 20. Направление циркуляции вокруг этих магнитных петель принято считать направление, в котором северный полюс стрелки компаса точки. Используя это соглашение, циркуляция петель задается правило правой руки . Если большой палец правой руки указывает в направлении тока, то пальцы правой руки циркулируют в том же смысле, что и магнитные петли.

Рисунок 20: Магнитные петли вокруг провода с током.

Следующая серия экспериментов Ампера заключалась в том, чтобы провести короткий тестовый провод, несущий ток, близко к исходной проволоке и исследуют силу, действующую на тестовую проволоку. Этот эксперимент не столь однозначен, как эксперимент Кулона, потому что, в отличие от электрические заряды, электрические токи не могут существовать как точечные сущности.Они должны течь в полных цепях. Мы должны представьте себе, что цепь, которая соединяется с центральным проводом, достаточно далеко, что это не оказывает заметного влияния на результат эксперимента. Цепь, которая соединяется с тестовый провод более проблематичен. К счастью, если провода питания скручены друг вокруг друга, как показано на рис. 21, затем они эффективно компенсируют друг друга, а также не влияют на результат эксперимент.

Рисунок 21: Эксперимент Ампера.

Ампер обнаружил, что сила, действующая на тестовую проволоку, прямо пропорциональна к его длине. Он также сделал следующие наблюдения. Если ток в испытательном проводе ( т.е. , тестовый ток) течет параллельно току в центральном проводе тогда два провода притягиваются друг к другу. Если ток в тесте провод перепутан, то два провода отталкиваются друг от друга. Если испытательный ток направлен радиально к центральному проводу (и ток в центральном проводе течет вверх) то тестовый провод подвергается действию направленной вниз силы.Если испытательный ток реверсирован, то сила равна вверх. Если испытательный ток вращается в одной плоскости, так что он начинает параллельна центральному току и в конечном итоге направлена ​​​​радиально к нему, то сила на тестовая проволока имеет постоянную величину и всегда находится под прямым углом к испытательный ток. Если испытательный ток параллелен магнитной петле, то на тестовую проволоку не действует никакое усилие. Если испытательный ток вращается в одной плоскости, так что она начинается параллельно центральному току и заканчивается направленной вдоль магнитной петли, то величина силы, действующей на тестовый провод затухает как (где угол тока перевернута и соответствует случай, когда испытательный ток параллелен центральному току), и его направление снова всегда под прямым углом к испытательный ток.Наконец, Ампер смог установить, что привлекательная сила между двумя параллельными проводами с током пропорциональна произведению два течения и падает как один над перпендикуляром расстояние между проводами.

Этот довольно сложный закон силы может быть кратко изложен в векторной записи. при условии, что мы определяем векторное поле, называемое магнитным полем , который заполняет пространство и направление которого всюду касается магнитные петли, обозначенные севером полюс небольшого компас. Зависимость силы на единицу длины, , действующей на тестовый провод с разными возможная ориентация испытательного тока описывается выражением

(152)

где – вектор, направление и величина которого такие же, как у испытательного тока.

Изменение силы на единицу длины, действующей на тестовая проволока на прочность центральный ток и расстояние по перпендикуляру к центральному проводу равны объясняется тем, что напряженность магнитного поля пропорциональна , и обратно пропорциональна .Таким образом, мы можем написать

(153)

Константа пропорциональности называется проницаемость свободного пространства и принимает значение

(154)

Кстати, единицей напряженности магнитного поля в СИ является тесла (Тл), т. е. то же, что ньютон на ампер на метр:

(155)

Понятие о магнитном поле, которое заполняет пространство вокруг провода с током позволяет рассчитать силу на испытании провод удобно разделить на две части.В первой части мы вычисляем магнитное поле, создаваемое током, протекающим по центральному проводу. Это поле циркулирует в плоскости, нормальной к проволоке. Его величина пропорциональна центральному току и обратно пропорциональна перпендикуляру расстояние от провода. Во второй части мы используем уравнение (152) для расчета силы на единицу длина, действующая на проводник с коротким током, помещенный в магнитное поле создается центральным током. Эта сила перпендикулярна как направлению магнитного поля, так и направлению испытательный ток.Заметим, что на данном этапе у нас нет оснований предполагать, что магнитное поле имеет какое-либо реальное существование. Он введен только для облегчения расчета силы, действующей на испытательную проволоку со стороны центральной проволоки. Оказывается, однако, что магнитное поле действительно существует, поскольку, как мы увидим, существует энергия, связанная с магнитным полем, которое заполняет пространство.

---

Следующая: Закон Ампера Вверх: Магнетизм Предыдущий: Историческое введение

Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Правосторонняя рукоятка/правило большого пальца, правило штопора и правило конца/часа

Правило захвата большого пальца правой руки, правило штопора, правило часов или конечное правило для определения направления тока и магнитного поля

Датский физик Ганс Христиан Орстед в 1820 году открыл связь между электричеством и магнетизмом, которая гласит, что «когда ток течет по прямому проводнику, в нем создается магнитное поле.Полярность и плотность магнитного поля зависят от направления и величины тока, протекающего через проводник».

Проще говоря, проводник с током создает вокруг себя магнитное поле. Линии магнитного потока имеют форму концентрических окружностей и перпендикулярны проводнику (под прямым углом 90 ^o ), как показано на рис. Направление тока и магнитного поля можно найти по следующим правилам: правилу захвата правой рукой, правилу конца, правилу штопора, правилам левой и правой руки Флеминга и т. д.

Похожие сообщения:

Правило захвата правой рукой или правило большого пальца правой руки

Также известен как Правило большого пальца правой руки Максвелла ( Джеймс Клерк Максвелл – шотландский ученый и математик), Правило захвата правой руки Ампера ( Андре Мари Ампер – французский физик и математик, единица силы тока названа в его честь) , Правило кофейной кружки, Правило штопора, Правило правого винта или простое правило, Правило большого пальца правой руки или Правило хвата правой руки).

Правило правой руки используется для определения направления линий магнитного поля и тока вокруг прямого проводника с током, соленоида или катушки индуктивности.

Правило большого пальца правой руки или правило захвата показывает, что если мы держим проводник с током в правой руке так, что большой палец тянется к проводнику, а остальные обхватывают его, тогда большой палец показывает направление тока, а изогнутые пальцы показывают направление. силовых линий магнитного поля.

Правило правой руки также можно использовать для определения ориентации и направления магнитного поля

Если держать катушку или соленоид в правой руке так, чтобы четыре пальца обвились вокруг катушки или соленоида, то фигурные фигуры показывают направление тока, а большой палец представляет северный полюс катушки.

Похожие сообщения:

Правило штопора Правило штопора

также известно как шуруп для дерева или правило штопора Максвелла .Он основан на штопоре, который является инструментом, используемым для открытия/удаления пробки из бутылок).

Направление магнитного поля также можно определить с помощью правила штопора, которое гласит: «Если правый винт вращается в пробке, то движение кончика винта (сверление) показывает направление тока, а вращение винта показывает направление тока». силовые линии магнитного поля.

Поскольку резьба винта имеет круглую форму, то же самое и с силовыми линиями магнитного поля (которые имеют круглую форму).Связь между током и магнитным полем показана на следующем рисунке с использованием правила штопора.

Правило конца или правило циферблата

Полярность соленоида также можно определить с помощью правила часов (также известного как правило конца магнетизма).

Когда наблюдатель смотрит на обращенный конец соленоида, если ток течет по часовой стрелке, обращенный конец катушки соленоида ведет себя как южный полюс «S», а второй конец ведет себя как северный полюс «N».

Точно так же, когда наблюдатель смотрит на обращенный конец катушки, если ток течет в направлении против часовой стрелки, то обращенный конец катушки ведет себя как северный полюс «N», а второй конец ведет себя как южный полюс «S». .

 

Правила левой и правой руки Флеминга

Направление силовых линий магнитного поля, движения проводника и ЭДС индукции и тока можно найти по правилам левой и правой руки Флеминга, которые мы обсуждали в предыдущем посте.

Похожие сообщения:

Правило правой руки для токоведущего провода

Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже. Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

 

Как вы относитесь к правилу левой руки – Канадская учебная группа

Как вы относитесь к правилу левой руки

Примечание редактора: Дэйв преподает курсы электробезопасности с 1980 года и положительно повлиял на десятки тысяч жизней. Он более чем счастлив, что вы используете его статьи в своих рекламных акциях по безопасности, но, пожалуйста, будьте любезны и отдайте ему должное за его работу. Спасибо! Таня

Позаботьтесь о своей безопасности — это ежемесячная колонка, которую ведет Дейв Смит из Канадской учебной группы для журнала Electrical Business. Перепечатка этой статьи разрешена в целях повышения осведомленности о безопасности при условии, что статьи используются полностью, а авторство должным образом указано Дейву Смиту, Canada Training Group и журналу Electrical Business.

Июнь/июль 2010 г.
Дэйв Смит

Когда вы переключаете электрическую часть; оборудование с ручкой управления с правой стороны, где вы должны стоять, чтобы управлять этим оборудованием? «Этот вопрос был задан на недавней конференции — кажется, что он никогда не исчезнет.

Я работаю электриком с 1975 года. Правило левой руки было внушено мне и каждому другому ученику еще в 1879 году, когда Томас Эдисон включил питание. Нас заставляли стоять справа от оборудования, браться за ручку левой рукой, смотреть в сторону и очень сильно включать или выключать ее Быстрым, решительным движением, без колебаний.

С появлением осведомленности о вспышках дуги это правило оспаривается некоторыми, кто считает, что безопаснее протягивать руку через переднюю часть этого оборудования — помещая свое тело прямо перед ним — и управлять этой ручкой с твоя правая рука. Обоснование таково: если бы была вспышка дуги, то металлическая дверь защитила бы вас.

У меня есть несколько вещей, чтобы сказать об этом направлении мысли. Что касается правила левой руки, у нас есть 131 год эмпирических данных, показывающих, что оно работает; у нас нет почти такого же количества доказательств с этим новым мышлением. Я провел более 12 000 часов в классах — большинство из них преподают электробезопасность — и встречал множество студентов, у которых двери вылетали мимо или через них. Когда они следовали правилу левой руки, их тела не пострадали. Однако те, кто попадал в дверь, всегда получали серьезные повреждения.

Во-вторых, предположим, что дверь защищает вас от взрыва. Какие исследования были проведены, чтобы оценить силу того, что та же самая дверь лопнет защелки и отбросит вашу руку назад со всей своей нерастраченной силой? Просто разрушит вращательную манжету плеча и связки плеча или вырвет руку прямо из сустава?

Шесть лет назад оператор нажал кнопку «Пуск» на 480 В на 30-амперном подрядчике, у которого на расстоянии 40 футов в двигателе произошло короткое замыкание. Когда он нажал кнопку «Старт» правой рукой, дверь взорвалась, его рука влетела в трубу и навсегда повредила руку.Он больше никогда не будет бросать мяч.

В-третьих, это мышление игнорирует тот факт, что дверь может сорваться с петель. Мой самый первый опыт с этим был с электриком больницы в Калгари в 1981 году. Он правой рукой включил стартер звезда-треугольник на 600 вольт, и когда он перешел на первую ступень, он услышал шипение. Он сразу же начал уходить с дороги, но при попадании во вторую ступень он взорвался, сорвав дверь с петель. Его левая рука попала в летящую дверь, сломав предплечье и кисть.Дверь погнула железные перила примерно в 10 футах, и взрыв был слышен на 5-м этаже! В этом взрыве было достаточно силы, чтобы, если бы он стоял прямо перед ним, он бы проломил всю его грудь и полностью раздробил кости лица.

Недавно я стоял в 20 футах от вторичной обмотки сетевого трансформатора… перед 30-летним разъединителем на 1600 ампер, который не эксплуатировался
восемь лет. Этот переключатель был старым и некрасивым. Если вам захочется положить руку на это разъединение, я уважаю ваше мужество: у вас его определенно больше, чем у меня.

Если бы я был мастером-электриком, я бы пришел в ярость, если бы увидел, как один из членов моей бригады управляет этим оборудованием таким образом. Мой сын — подмастерье, и я надеюсь, что он никогда не наткнется на такое оборудование. Взрывная сила составила бы тысячи лошадиных сил!

Реальность такова: на сложные вопросы нет простых ответов. Когда вы включаете любой тип переключателя, знайте, что между вами и всем количеством энергии, которое может обеспечить система, находится не более чем тонкая металлическая дверь. Так что имеет смысл сделать это максимально безопасным способом, иначе вы навсегда станете инвалидом… может быть, и хуже.

Мы никогда не собираемся и не ожидаем, что что-то взорвется, но электрические системы подвержены проникновению воды, загрязнению окружающей среды, зарождающемуся отказу,
и вещам, которые ползают, ползают и скользят. Кроме того, вы понятия не имеете, какое повреждение могло произойти много лет назад в критической части изолирующей системы
. Мы всегда слепо верим в то, что наше оборудование находится в хорошем состоянии до того дня, когда оно взорвется.

Безусловно, бывают случаи, когда вы вынуждены подвергать свое тело риску, но если этого вообще можно избежать, то не делайте этого. Когда рабочий механизм находится в центре или на шарнирной стороне, пожалуйста, оставайтесь на шарнирной стороне.

Если она находится напротив шарнирной стороны, следуйте правилу левой руки и защитите себя от вспышки дуги с помощью правильных средств индивидуальной защиты (средства индивидуальной защиты
). Наденьте резиновые перчатки и кожаную одежду (они обеспечивают отличную защиту от дугового разряда), защитите себя несколькими слоями огнестойкой одежды
, наденьте защитную маску и встаньте лицом к выключателю.Сделайте глубокий вдох, закройте глаза и двигайте этой ручкой
всеми мышцами, которые вы можете собрать, и ни одной частью своего тела перед этой дверью.

Если произойдет небольшой взрыв, ничего не произойдет; больший выпячивает дверь; более крупный еще взорвет дверь, а иногда и сорвет ее с петель. Как только вы станете свидетелем последствий такого события, вы никому не посоветуете положить свое тело перед выключателем. Если вы решите это сделать, то больше силы для вас.Со своей стороны, я буду продолжать следовать правилу левой руки, которое снова и снова доказывало свою эффективность на протяжении последних 131 года. До следующего раза будьте готовы, будьте осторожны и будьте в безопасности.

Закон Ампера – Университетская физика Том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, как закон Ампера связывает магнитное поле, создаваемое током, со значением тока
• Рассчитать магнитное поле длинного прямого провода, тонкого или толстого, по закону Ампера

Фундаментальное свойство статического магнитного поля заключается в том, что, в отличие от электростатического поля, оно не является консервативным. Консервативное поле — это такое поле, которое совершает одинаковую работу над частицей, перемещающейся между двумя разными точками, независимо от выбранного пути. Магнитные поля таким свойством не обладают. Вместо этого существует связь между магнитным полем и его источником, электрическим током. Он выражается через линейный интеграл от и известен как закон Ампера. Этот закон также может быть выведен непосредственно из закона Био-Савара. Теперь рассмотрим этот вывод для частного случая бесконечного прямого провода.

(рисунок) показывает произвольную плоскость, перпендикулярную бесконечному прямому проводу, ток которого I направлен за пределы страницы. Линии магнитного поля представляют собой окружности, направленные против часовой стрелки и центрированные на проводе. Для начала рассмотрим замкнутые пути M и N . Обратите внимание, что один путь ( M ) охватывает провод, а другой ( N ) нет. Поскольку силовые линии круглые, это произведение B и проекции dl на окружность, проходящую через Если радиус этой конкретной окружности равен r , проекция равна и

Ток I длинного прямого провода направлен за пределы страницы.Интеграл равен и 0 соответственно для путей M и N .

С учетом (Рисунок),

Для пути M , который циркулирует по проводу, и

Путь N , с другой стороны, циркулирует как через положительный (против часовой стрелки), так и через отрицательный (по часовой стрелке) (см. (Рисунок)), и поскольку он замкнут, Таким образом, для пути N ,

Распространение этого результата на общий случай есть закон Ампера.

Закон Ампера

По произвольному замкнутому пути,

, где I — полный ток, проходящий через любую открытую поверхность S , периметр которой — путь интегрирования. Необходимо учитывать только токи внутри пути интегрирования.

Чтобы определить, является ли конкретный ток I положительным или отрицательным, согните пальцы правой руки в направлении пути интегрирования, как показано на (рис.). Если I проходит через S в том же направлении, что и ваш вытянутый большой палец, I положительный; если I проходит через S в направлении, противоположном вашему вытянутому большому пальцу, это отрицательно.

Стратегия решения проблем: закон Ампера

Чтобы рассчитать магнитное поле, создаваемое током в проводах, выполните следующие действия:

1. Определите симметрию тока в проводе(ах). Если симметрии нет, используйте закон Био-Савара для определения магнитного поля.
2. Определить направление магнитного поля, создаваемого проводом(ами), по правилу правой руки 2.
3. Выберите петлю пути, в которой магнитное поле либо постоянно, либо равно нулю.
4. Рассчитать ток внутри контура.
5. Вычислите линейный интеграл вокруг замкнутого контура.
6. Приравнять и решить для

Использование закона Ампера для расчета магнитного поля, создаваемого проводом Используйте закон Ампера для расчета магнитного поля, создаваемого постоянным током I в бесконечно длинном тонком прямом проводе, как показано на (рис.).

Возможные компоненты магнитного поля B обусловлены током I , который направлен за пределы страницы.Радиальная составляющая равна нулю, потому что угол между магнитным полем и траекторией прямой.

Стратегия Рассмотрим произвольную плоскость, перпендикулярную проводу, с током, направленным за пределы страницы. Возможные компоненты магнитного поля в этой плоскости и показаны в произвольных точках на окружности радиусом r с центром на проводе. Поскольку поле цилиндрически симметрично, оно не зависит от положения на этой окружности и не меняется. Также из симметрии радиальные линии, если они есть, должны быть направлены либо все внутрь, либо все наружу от провода.Это означает, однако, что должен существовать чистый магнитный поток через произвольный цилиндр, концентричный проводнику. Радиальная составляющая магнитного поля должна быть равна нулю, потому что мы можем применить закон Ампера к круговому пути, как показано.

Решение По этому пути постоянно и параллельно так

Таким образом, закон Ампера сводится к

Наконец, поскольку это единственный компонент, мы можем отбросить индекс и написать

Это согласуется с приведенным выше расчетом Био-Савара.

Значимость Закон Ампера работает хорошо, если у вас есть путь интегрирования, по которому можно получить результаты, которые легко упростить. Для бесконечного провода это легко работает с круговым путем вокруг провода, так что магнитное поле не учитывается при интегрировании. Если зависимость от пути кажется сложной, вы всегда можете вернуться к закону Био-Савара и использовать его для нахождения магнитного поля.

Расчет магнитного поля толстого провода с помощью закона Ампера Радиус длинного прямого провода (рисунок) равен a , и по проводу течет ток, равномерно распределенный по его поперечному сечению.Найдите магнитное поле как внутри, так и снаружи провода.

(a) Модель провода с током радиусом a и током (b) Поперечное сечение того же провода радиусом a и петлей Ампера радиусом r .

Стратегия

Эта задача имеет ту же геометрию, что и (рисунок), но замкнутый ток изменяется по мере того, как мы перемещаем путь интегрирования снаружи провода внутрь провода, где он не фиксирует весь заключенный ток (см. (рисунок)).

Решение Для любого кругового пути радиусом r с центром на проводе

По закону Ампера это равно полному току, проходящему через любую поверхность, ограниченную путем интегрирования.

Рассмотрим сначала круговой путь внутри провода, например, показанный в части (a) на (Рисунок). Нам нужен ток I , проходящий через область, ограниченную путем. Она равна плотности тока Дж, умноженной на замкнутой площади.Поскольку ток однороден, плотность тока внутри пути равна плотности тока во всем проводе, т.е. Следовательно, ток I , проходящий через область, ограниченную путем, равен

Мы можем учитывать это отношение, потому что плотность тока Дж постоянна по площади провода. Следовательно, плотность тока на участке провода равна плотности тока на всей площади. Используя закон Ампера, получаем

, а магнитное поле внутри провода равно

.

Вне провода ситуация идентична ситуации бесконечного тонкого провода из предыдущего примера; то есть

Вариант B с r показан на (Рисунок).

Изменение магнитного поля, создаваемого током в длинном прямом проводе радиусом a .

Значимость Результаты показывают, что по мере увеличения радиального расстояния внутри толстой проволоки магнитное поле увеличивается от нуля до известного значения магнитного поля тонкой проволоки. Вне провода поле падает независимо от того, толстый провод или тонкий.

Этот результат аналогичен тому, как закон Гаусса для электрических зарядов ведет себя внутри равномерного распределения зарядов, за исключением того, что закон Гаусса для электрических зарядов имеет равномерное распределение заряда по объему, тогда как закон Ампера здесь имеет однородную область распределения тока.Кроме того, спад вне толстого провода подобен тому, как спадает электрическое поле вне линейного распределения заряда, поскольку оба случая имеют одинаковую геометрию, и ни один случай не зависит от конфигурации зарядов или токов, когда петля находится снаружи. распространение.

Проверьте свои знания Рассмотрите возможность использования закона Ампера для расчета магнитных полей конечного прямого провода и круглой проволочной петли. Почему это не полезно для этих расчетов?

В этих случаях интегралы вокруг петли Ампера очень сложны из-за отсутствия симметрии, поэтому этот метод бесполезен.

Резюме

• Магнитное поле, создаваемое током, следующим по любому пути, представляет собой сумму (или интеграл) полей, обусловленных сегментами вдоль пути (величина и направление, как для прямого провода), что приводит к общему соотношению между током и полем, известному как зависимость Ампера. закон.
• Закон Ампера можно использовать для определения магнитного поля от тонкой проволоки или толстой проволоки с помощью геометрически удобного пути интегрирования. Результаты согласуются с законом Био-Савара.

Концептуальные вопросы

Справедлив ли закон Ампера для всех замкнутых путей? Почему это обычно не полезно для расчета магнитного поля?

Закон Ампера действителен для всех замкнутых путей, но он бесполезен для расчета полей, когда создаваемое магнитное поле не имеет симметрии, которую можно использовать при соответствующем выборе пути.

Глоссарий

Закон Ампера

физический закон, утверждающий, что линейный интеграл магнитного поля вокруг электрического тока пропорционален току

5.8 Магнитные поля, создаваемые токами: закон Ампера

Магнитное поле, создаваемое токопроводящим соленоидом

Соленоид представляет собой длинную катушку провода (с множеством витков или петель, в отличие от плоской петли). Из-за своей формы поле внутри соленоида может быть очень однородным, а также очень сильным. Поле сразу за катушками почти равно нулю. На рис. 5.33 показано, как выглядит поле и как его направление задается RHR-2.

Рис. 5.33 (a) Из-за своей формы поле внутри соленоида длиной ll размера 12{l} {} удивительно однородно по величине и направлению, на что указывают прямые и равномерно расположенные силовые линии.Поле вне катушек почти равно нулю. (b) На этом разрезе показано магнитное поле, создаваемое током в соленоиде.

Магнитное поле внутри соленоида с током очень однородно по направлению и величине. Лишь ближе к концам он начинает ослабевать и менять направление. Поле снаружи имеет ту же сложность, что и плоские петли и стержневые магниты, но напряженность магнитного поля внутри соленоида просто

. 5.27 B=µ0nI(внутри соленоида),B=µ0nI(внутри соленоида), размер 12{B=µ rSub { размер 8{0} } ital “nI”` \(“внутри соленоида” \) ,} { }

где nn размер 12{n} {} – количество петель на единицу длины соленоида (n=N/l,(n=N/l,размер 12{ \( n=N/l} {} с NN размер 12{N} {} – количество петель, а размер ll 12{l} {} – длина).Обратите внимание, что размер BB 12{B} {} представляет собой напряженность поля в любом месте однородной внутренней области, а не только в центре. Большие однородные поля, распределенные по большому объему, возможны с соленоидами, как следует из примера 5.7.

Пример 5.7 Расчет напряженности поля внутри соленоида

Каково поле внутри соленоида длиной 2,00 м, имеющего 2000 витков и пропускающего ток силой 1600 А?

Стратегия

Чтобы найти напряженность поля внутри соленоида, мы используем B=μ0nI. B=µ0nI.size 12{B=µ rSub { size 8{0} } ital “nI”} {} Во-первых, отметим, что количество петель на единицу длины равно

. 5.28 n=Nl=20002,00 м=1000 м-1=10 см-1.n=Nl=20002,00 м=1000 м-1=10 см-1. размер 12{n rSup { размер 8{ – 1} } = {{N} более {l} } = {{“2000”} более {2 “.” “00” м} } =”1000″” м” rSup { размер 8{ – 1} } =”10″” см” rSup { размер 8{ – 1} } “.” } {}

Раствор

Замена известных значений дает

5.29 B=μ0nI=4π×10−7T⋅м/A1000m−11600 A=2,01 T.B=μ0nI=4π×10−7T⋅m/A1000m−11600 A=2.01 Т.

Обсуждение

Это большая напряженность поля, которая может быть установлена ​​на соленоиде большого диаметра, например, при медицинском использовании магнитно-резонансной томографии (МРТ). Однако очень большой ток указывает на то, что поля такой силы получить нелегко. Такой большой ток через 1000 петель, втиснутых в длину метра, произвел бы значительный нагрев. Более высокие токи могут быть достигнуты с помощью сверхпроводящих проводов, хотя это дорого. Существует верхний предел тока, потому что сверхпроводящее состояние нарушается очень большими магнитными полями.

Применение научных практик: заряженная частица в магнитном поле

Зайдите сюда и запустите аплет моделирования «Частица в магнитном поле (2D)», чтобы исследовать магнитную силу, действующую на заряженную частицу в магнитном поле. Поэкспериментируйте с симуляцией, чтобы увидеть, как она работает и какие параметры вы можете изменить; затем составьте план методического исследования того, как магнитные поля влияют на заряженные частицы.Вот некоторые вопросы, на которые вы, возможно, захотите ответить в рамках своего эксперимента:

• Всегда ли пути заряженных частиц в магнитных полях одинаковы в двух измерениях? Почему или почему нет?
• Как можно сравнить путь нейтральной частицы в магнитном поле с путем заряженной частицы?
• Чем путь положительной частицы будет отличаться от пути отрицательной частицы в магнитном поле?
• Какие величины определяют свойства пути частицы?
• Если бы вы пытались измерить массу заряженной частицы, движущейся через магнитное поле, что бы вам нужно было измерить на ее пути? Вам нужно будет увидеть, как он движется с разными скоростями или через разные силы поля, или будет достаточно одной попытки, если ваши измерения верны?
• Изменится ли путь через поле при удвоении заряда? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.
• Изменится ли путь через поле при удвоении скорости? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.
• Удвоение напряженности магнитного поля изменит путь через поле? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.
• Изменит ли путь увеличение массы? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.

Есть интересные варианты плоской катушки и соленоида.Например, тороидальная катушка, используемая для удержания реактивных частиц в токамаках, очень похожа на соленоид, согнутый в окружность. Поле внутри тороида очень сильное, но круглое. Заряженные частицы движутся по кругу, следуя линиям поля, и сталкиваются друг с другом, возможно, вызывая синтез. Но заряженные частицы не пересекают силовые линии и не покидают тороид. Целый ряд форм катушек используется для создания всевозможных форм магнитного поля. Добавление ферромагнитных материалов увеличивает напряженность поля и может существенно повлиять на форму поля.