Правило левой руки ампера: Правило левой руки для силы Ампера – примеры и формулировка определения кратко - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Правило буравчика, правой и левой руки

Правило буравчика, правой руки и левой руки нашли широкое применение в физике. Мнемонические правила нужны для лёгкого и интуитивного запоминания информации. Обычно это приложение сложных величин и понятий на бытовые и подручные вещи. Первым, кто сформулировал данные правила, является физик Петр Буравчик. Данное правило относится к мнемоническому и тесно соприкасается с правилом правой руки, его задачей является определением направления аксиальных векторов при известном направлении базисного. Так гласят энциклопедии, но мы расскажем об этом простыми словами, кратко и понятно.

Объяснение названия

Большинство людей помнят упоминание об этом из курса физики, а именно раздела электродинамики. Так вышло неспроста, ведь эта мнемоника зачастую и приводится ученикам для упрощения понимания материала. В действительности правило буравчика применяют как в электричестве, для определения направления магнитного поля, так и в других разделах, например, для определения угловой скорости.

Под буравчиком подразумевается инструмент для сверления отверстий малого диаметра в мягких материалах, для современного человека привычнее будет привести для примера штопор.

Важно! Предполагается, что буравчик, винт или штопор имеет правую резьбу, то есть направление его вращения, при закручивании, по часовой стрелке, т.е. вправо.

На видео ниже предоставлена полная формулировка правила буравчика, посмотрите обязательно, чтобы понять всю суть:

Как связано магнитное поле с буравчиком и руками

В задачах по физике, при изучении электрических величин, часто сталкиваются с необходимостью нахождения направления тока, по вектору магнитной индукции и наоборот. Также эти навыки потребуются и при решении сложных задач и расчетов, связанных магнитным полем систем.

Прежде чем приступить к рассмотрению правил, хочу напомнить, что ток протекает от точки с большим потенциалом к точке с меньшим. Можно сказать проще — ток протекает от плюса к минусу.

Правило буравчика имеет следующий смысл: при вкручивании острия буравчика вдоль направления тока – рукоятка будет вращаться по направлению вектора B (вектор линий магнитной индукции).

Правило правой руки работает так:

Поставьте большой палец так, словно вы показываете «класс!», затем поверните руку так, чтобы направление тока и пальца совпадали. Тогда оставшиеся четыре пальца совпадут с вектором магнитного поля.

Наглядный разбор правила правой руки:

Чтобы увидеть это более наглядно проведите эксперимент – рассыпьте металлическую стружку на бумаге, сделайте в листе отверстие и проденьте провод, после подачи на него тока вы увидите, что стружка сгруппируется в концентрические окружности.

Магнитное поле в соленоиде

Всё вышеописанное справедливо для прямолинейного проводника, но что делать, если проводник смотан в катушку?

Мы уже знаем, что при протекании тока вокруг проводника создается магнитное поле, катушка – это провод, свёрнутый в кольца вокруг сердечника или оправки много раз. Магнитное поле в таком случае усиливается. Соленоид и катушка – это, в принципе, одно и то же. Главная особенность в том, что линии магнитного поля проходят так же как и в ситуации с постоянным магнитом. Соленоид является управляемым аналогом последнего.

Правило правой руки для соленоида (катушки) нам поможет определить направление магнитного поля. Если взять катушку в руку так, чтобы четыре пальца смотрели в сторону протекания тока, тогда большой палец укажет на вектор B в середине катушки.

Если закручивать вдоль витков буравчик, опять же по направлению тока, т.е. от клеммы «+», до клеммы «-» соленоида, тогда острый конец и направление движения как лежит вектор магнитной индукции.

Простыми словами – куда вы крутите буравчик, туда и выходят линии магнитного поля. То же самое справедливо для одного витка (кругового проводника)

Определение направления тока буравчиком

Если вам известно направление вектора B – магнитной индукции, вы можете легко применить это правило. Мысленно передвигайте буравчик вдоль направления поля в катушке острой частью вперед, соответственно вращение по часовой стрелки вдоль оси движения и покажет, куда течет ток.

Если проводник прямой – вращайте вдоль указанного вектора рукоятку штопора, так чтобы это движение было по часовой стрелке. Зная, что он имеет правую резьбу – направление, в котором он вкручивается, совпадает с током.

Что связано с левой рукой

Не путайте буравчика и правило левой руки, оно нужно для определения действующей на проводник силы. Выпрямленная ладонь левой руки располагается вдоль проводника. Пальцы показывают в сторону протекания тока I. Через раскрытую ладонь проходят линии поля. Большой палец совпадает с вектором силы – в этом и заключается смысл правила левой руки. Эта сила называется силой Ампера.

Можно это правило применить к отдельной заряженной частице и определить направление 2-х сил:

Лоренца.
Ампера.

Представьте, что положительно заряженная частица двигается в магнитном поле. Линии вектора магнитной индукции перпендикулярны направлению её движения. Нужно поставить раскрытую левую ладонь пальцами в сторону движения заряда, вектор B должен пронизывать ладонь, тогда большой палец укажет направление вектора Fа. Если частица отрицательная – пальцы смотрят против хода заряда.

Если какой-то момент вам был непонятен, на видео наглядно рассматривается, как пользоваться правилом левой руки:

Важно знать! Если у вас есть тело и на него действует сила, которая стремится его повернуть, вращайте винт в эту сторону, и вы определите, куда направлен момент силы. Если вести речь об угловой скорости, то здесь дело обстоит так: при вращении штопора в одном направлении с вращением тела, завинчиваться он будет в направлении угловой скорости.

Выводы

Освоить эти способы определения направления сил и полей очень просто. Такие мнемонические правила в электричестве значительно облегчают задачи школьникам и студентам.

С буравчиком разберется даже полный чайник, если он хотя бы раз открывал вино штопором. Главное не забыть, куда течет ток. Повторюсь, что использование буравчика и правой руки чаще всего с успехом применяются в электротехнике.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, благодаря которому вы на примере сможете понять, что такое правило буравчика и как его применять на практике:

Наверняка вы не знаете:

Сила Ампера и закон Ампера

Закон Ампера

Что такое сила Ампера

Правило левой руки

Практическое применение

Видео

Трудно представить нашу современную жизнь без электричества, ведь исчезни оно, это бы мгновенно привело к глобальным катастрофическим последствиям. Так что в любом случае с электричеством мы отныне не разлучные. А вот для того, чтобы иметь с ним дело нужно знать определенные физические законы, одним из которых, безусловно, является закон Ампера. А пресловутая магнитная сила Ампера – главная составляющая этого закона.

Закон Ампера

Итак, давайте сформулируем закон Ампера: в параллельных проводниках, где электрические токи текут в одном направление, появляется сила притяжения. А в проводниках, где токи текут в противоположных направлениях, наоборот возникает сила отталкивания. Если же говорить простым житейским языком, то закон Ампера можно сформулировать предельно просто «противоположности притягиваются», и ведь в реальной жизни (а не только физике) мы наблюдаемо подобное явление, не так ли?

Но вернемся к физике, в ней также под законом Ампера понимают закон, определяющий силу действия магнитного поля на ту часть проводника, по которой протекает ток.

Что такое сила Ампера

Собственно сила ампера и является той силой действия магнитного поля на проводник, по которому идет ток. Сила Ампера вычисляется по формуле как результат умножения плотности тока, идущего по проводнику на индукцию магнитного поля, в котором находится проводник.

Как результат формула силы Ампера будет выглядеть так

са=ст*дчп*ми

Где, са – сила Ампера, ст – сила тока, дчп – длина части проводника, ми – магнитная индукция.

Правило левой руки

Правило левой руки предназначено для того, чтобы помочь запомнить, куда направлена сила Ампера. Оно звучит следующим образом: если рука занимает такое положение, что линии самой магнитной индукции внешнего поля заходят в ладонь, а пальцы с мизинца по указательный указывают направление в сторону движения тока в проводнике, то отторгнутый под углом в 90 градусов большой палец ладони и будет указывать, куда направлена сила Ампера, действующая на элемент проводника.

Примерно так выглядит правило левой руки на этой схеме.

Практическое применение

Применение силы Ампера в современном мире очень широкое, можно даже без преувеличение сказать, что мы буквально окружены силой Ампера. Например, когда вы едете в трамвае, троллейбусе, электромобиле, его в движение приводит именно она, сила Ампера. Аналогичны лифты, электрические ворота, двери, любые электроприборы, все это работает именно благодаря силе Ампера.

Видео

И в завершение небольшой видео урок о силе Ампера.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

Физика – 9

• Перепишите предложения в рабочий листок и дополните их.

Проводники с током оказывают друг на друга – …
Сила магнитного взаимодействия между параллельными проводниками с током – . ..
Единица силы тока в системе СИ 1 А – …

Возникает ли магнитное взаимодействие между параллельными проводниками, если в одном из них отсутствует ток? Почему?
Возникает ли сила электрического взаимодействия между параллельными проводами с током? Ответ обоснуйте.
В каком случае сила магнитного взаимодействия между катушками с током больше: при помещении катушек друг против друга или рядом? Почему?

2.9

Правило левой руки для силы Ампера. Левую руку надо поместить в магнитное поле так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца были вытянуты по направлению тока. При этом отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера, действующей на провод с током.

Впервые А.Ампер опытным путем определил, что при помещении проводника с током в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции или под некоторым углом к ним, магнитное поле действует на проводник с определенной силой.

Направление этой силы, называемой силой Ампера, зависит от направления линий индукции постоянного магнита и силы тока в проводнике. Направление силы Ампера определяется согласно правилу левой руки.

Чему равен модуль силы Ампера? При помещении проводника с током в однородное магнитное поле модуль действующей на проводник силы Ампера равен произведению силы тока, модуля магнитной индукции, длины проводника и синуса угла между направлением тока и вектором магнитной индукции:

F = IBlsinα

Где F – модуль силы Ампера, I – сила тока, протекающего через проводник, В – модуль магнитной индукции, I – длина части проводника, находящегося в магнитном поле, α – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.

Правило правой руки вики | TheReaderWiki

Нахождение направления векторного произведения по правилу правой руки

В математике и физике правило правой руки является общей мнемоникой для понимания ориентации осей в трехмерном пространстве.

Большинство различных правил левой и правой руки возникают из-за того, что три оси трехмерного пространства имеют две возможные ориентации. Это можно увидеть, держа руки наружу и вместе, ладонями вверх, с согнутыми пальцами и вытянутым большим пальцем.Если сгибание пальцев представляет собой движение от первой оси или оси x ко второй оси или оси y , то третья ось или ось z может указывать вдоль любого большого пальца. Правила левой и правой руки возникают при работе с осями координат. Правило можно использовать для определения направления магнитного поля, вращения, спиралей, электромагнитных полей, зеркальных изображений и энантиомеров в математике и химии.

Ориентация кривой и векторы нормалей

В векторном исчислении часто необходимо связать нормаль к поверхности с ограничивающей ее кривой.Для положительно ориентированной кривой C , ограничивающей поверхность S , нормаль к поверхности n̂ определяется таким образом, что большой палец правой руки указывает в направлении n̂ , а пальцы сгибаются вдоль ориентации ограничивающей кривая С .

Координаты

Левые координаты слева,
правые координаты справа.

Для правосторонних координат используйте правую руку.
Для левых координат используйте левую руку.
Ось или вектор	Два пальца и большой палец	Согнутые пальцы
x , 1 или А	Первый или индекс	Пальцы вытянуты
y , 2 или B	Второй палец или ладонь	Пальцы согнуты на 90°
z , 3 или C	Большой палец	Большой палец

Координаты обычно правые.

Для правшей координаты большого пальца правой руки указывают вдоль оси z в положительном направлении, а сгибание пальцев представляет собой движение от первой оси или оси x ко второй оси или оси y . Если смотреть сверху или по оси z , система будет против часовой стрелки .

Для левша координаты большой палец левой руки указывает вдоль оси z в положительном направлении, а согнутые пальцы левой руки представляют движение от первой или x оси ко второй или оси .Если смотреть сверху или по оси z , система представляет собой по часовой стрелке .

Замена меток любых двух осей меняет левосторонность. Изменение направления одной оси (или всех трех осей) также меняет леворукость. (Если оси не имеют положительного или отрицательного направления, то рукоять не имеет значения. ) Изменение направления двух осей равносильно повороту на 180° вокруг оставшейся оси. ^[1]

Вращения

Вращающееся тело

Условное направление оси вращающегося тела

В математике вращающееся тело обычно представляется псевдовектором вдоль оси вращения.Длина вектора задает скорость вращения, а направление оси задает направление вращения в соответствии с правилом правой руки: правые пальцы согнуты в направлении вращения, а большой палец правой руки указывает в положительном направлении оси. Это позволяет выполнять некоторые простые вычисления с использованием векторного перекрестного произведения. Никакая часть тела не движется в направлении стрелки оси. По стечению обстоятельств, если большой палец указывает на север, Земля вращается в прямом направлении в соответствии с правилом правой руки.Это заставляет Солнце, Луну и звезды вращаться на запад в соответствии с правилом левой руки.

Спирали и винты

Лево- и правосторонние винты

Спираль представляет собой кривую линию, образованную точкой, вращающейся вокруг центра, в то время как центр перемещается вверх или вниз по оси z . Спирали бывают правой или левой рукой, согнутые пальцы указывают направление вращения, а большой палец указывает направление продвижения вдоль оси z .

Резьба винта представляет собой спираль, поэтому винты могут быть правосторонними или левосторонними.Правило таково: если винт правый (большинство винтов), направьте большой палец правой руки в том направлении, в котором вы хотите, чтобы винт вращался, и поверните винт в направлении согнутых правых пальцев.

Электромагнетизм

Когда электричество (обычный ток) течет по прямому проводу длиной , он создает круглое или цилиндрическое магнитное поле вокруг провода в соответствии с правилом правой руки. Обычный ток, противоположный реальному потоку электронов, представляет собой поток положительных зарядов вдоль положительной оси z .Обычное направление магнитной линии задается стрелкой компаса.
Электромагнит: магнитное поле вокруг провода довольно слабое. Если проволока свернута в спираль, все силовые линии внутри спирали указывают в одном направлении, и каждая последующая спираль усиливает другие. Продвижение спирали, некруглая часть тока и силовые линии указывают в положительном направлении z . Поскольку магнитного монополя нет, силовые линии выходят из конца + z , закручиваются вне спирали и снова входят в конец – z .Конец + z , где выходят линии, определяется как северный полюс. Если пальцы правой руки согнуты в направлении круговой составляющей тока, большой палец правой руки указывает на северный полюс.
Сила Лоренца: Если положительный электрический заряд движется поперек магнитного поля, на него действует сила, соответствующая силе Лоренца, направление которой определяется правилом правой руки. Если сгибание пальцев правой руки представляет собой вращение от направления движения заряда к направлению магнитного поля, то сила действует в направлении большого пальца правой руки.Поскольку заряд движется, сила заставляет траекторию частицы искривляться. Изгибающая сила вычисляется векторным векторным произведением. Это означает, что изгибающая сила увеличивается со скоростью частицы и напряженностью магнитного поля. Сила максимальна, когда направление частицы и магнитные поля находятся под прямым углом, меньше при любом другом угле и равна нулю, когда частица движется параллельно полю.

Правило правой руки Ампера

Прогноз направления поля ( B ), учитывая, что ток I течет в направлении большого пальца Определение направления магнитного поля ( B ) для электрической катушки

Правило правой руки Ампера ^[2] (также называемое правилом правого винта , правилом кофейной кружки или правилом штопора ) используется либо когда вектор (например, вектор Эйлера) должен быть определен для представления вращения тела, магнитного поля или жидкости или наоборот, когда необходимо определить вектор вращения, чтобы понять, как происходит вращение. Он обнаруживает связь между током и силовыми линиями магнитного поля в магнитном поле, создаваемом током.

Андре-Мари Ампер, французский физик и математик, в честь которого было названо правило, был вдохновлен Гансом Христианом Эрстедом, другим физиком, который экспериментировал с магнитными иглами. Эрстед заметил, что иглы закручиваются, когда они находятся рядом с проводом, по которому течет электрический ток, и пришел к выводу, что электричество может создавать магнитные поля.

Приложение

Это правило используется в двух различных приложениях закона Ампера:

Электрический ток проходит по прямому проводу.Когда большой палец указывает в направлении обычного тока (от положительного к отрицательному), согнутые пальцы будут указывать в направлении линий магнитного потока вокруг проводника. Направление магнитного поля (против часовой стрелки, а не по часовой стрелке, если смотреть на кончик большого пальца) является результатом этого соглашения, а не лежащим в его основе физическим явлением.
Электрический ток проходит через соленоид, в результате чего возникает магнитное поле. При обхватывании соленоида правой рукой пальцами в направлении условного тока большой палец указывает в направлении северного магнитного полюса.

Перекрестные продукты

Перекрестное произведение двух векторов часто используется в физике и технике. Например, в статике и динамике крутящий момент представляет собой перекрестное произведение длины рычага и силы, а угловой момент – это перекрестное произведение линейного количества движения и расстояния. В электричестве и магнетизме сила, действующая на движущуюся заряженную частицу при движении в магнитном поле B, определяется как:

Ф знак равно д в × Б {\ Displaystyle \ mathbf {F} = q \ mathbf {v} \ раз \ mathbf {B}}

Направление векторного произведения можно найти, применяя правило правой руки следующим образом:

Указательный палец указывает направление вектора скорости v.
Средний палец указывает в направлении вектора магнитного поля B.
Большой палец указывает в направлении векторного произведения F.

Например, для положительно заряженной частицы, движущейся на север, в области, где магнитное поле направлено на запад, результирующая сила направлена вверх. ^[1]

Приложения

Правило правой руки широко используется в физике. Ниже приведен список физических величин, направления которых связаны правилом правой руки.(Некоторые из них связаны с перекрестными произведениями только косвенно и используют вторую форму.)

См. также

Ссылки

Внешние ссылки

Магнетизм – Ток смещения – Физика 299

” Каменный век закончился не потому, что в мире закончились камни ”

Нильс Бор

После обсуждения закона Гаусса для магнетизма у нас теперь есть четыре уравнения, описывающие электромагнетизм, 90 134

Закон Гаусса: Закон Ампера: Закон Фарадея:

Ничейный закон:

При внимательном рассмотрении этих уравнений два потока уравнения теперь согласуются с нашим физическим пониманием электрических и магнитных зарядов.

Линейные интегралы – другое дело. Право стороны закона Ампера есть суммирование по электрическому токи. Наивно ожидать аналогичной суммы в течение «магнитные токи» в правой части фарадеевской Закон. Но поскольку магнитных зарядов нет, «магнитных токов» не существует, и необходимость в таких дополнительный термин исчезает.

Однако на словах закон Фарадея гласит, что

«Изменяющееся магнитное поле ( ) вызывает появление электрического поле ( )”
Для более полного соответствия между E и B мы ожидаем, что термин будет добавлен справа стороны закона Ампера, который указывает,
“Изменяющееся электрическое поле ( ) порождает магнитное поле ( ) ”

Максвелл предложил это дополнение, существование которого теперь физически проверено. Кроме того, Максвелл показали, что этот дополнительный член, известный как ток смещения, имеет важное значение для описания электромагнитных волн.

Противоречие в законе Ампера

Закон Ампера можно записать

где мы воспользовались общая связь между текущим и текущим плотность,

Обратите внимание, что поверхность, над которой проходит поток J оценивается, S, может быть любой открытая поверхность, ограниченная замкнутой петлей Ампера C.
На рисунке справа показана схема Плоский конденсатор заряжается, 4 возможных поверхности показаны ограниченными одним амперианом петля. Для каждой из этих поверхностей поток Дж должен давать одинаковый ток. Как указано, поверхности 1, 2 и 4 «пронизаны» током I. Однако, как видно, ток не проходит через поверхность 3.
Что делать с этим несоответствием?
Фиксация закона Ампера

Наличие «текущего» тока смещения между обкладками конденсатора, проходя через поверхность 3, является решением.Водоизмещение ток через поверхность 3 должен быть равен «нормальный» (проводящий) ток, проходящий через поверхность 1.

Ток смещения через поверхность 1 может быть письменный,

Следовательно, если мы определим

как ток смещения, написав
мы можем убедиться в этом противоречие в законе Ампера устранено.

Таким образом, включая водоизмещение текущий, закон Ампера становится,

Параллельный пластинчатый конденсатор

Известные физики на вечеринке : Все тяготели к Ньютону, но он продолжал двигаться со скоростью с постоянной скоростью и не показал никакой реакции.

Dr. C.L. Davis
Факультет физики
Университет Луисвилля
электронная почта @ : c.l.eduvis

Какое правило определяет направление индукционного тока по физике класса 12 CBSE

Подсказка:

Используемая формула: В этом решении мы будем использовать следующую формулу;
$ \phi = BA\cos \theta $, где $\phi $ — магнитный поток, проходящий через проволочную петлю, $B $ — магнитный поток, $A $ — площадь, заключенная в петле, а $\theta $ – угол между вектором площади и магнитным полем.

Полный пошаговый ответ
Согласно закону индукции Фарадея, в проводнике, в котором проходящий через него магнитный поток изменяется, возникает ЭДС. Поток через петлю проводника определяется как $\phi = BA\cos\theta$, где $B$ — магнитный поток, $A$ — площадь, ограниченная петлей, а $\theta$ — угол между площадями вектор и магнитное поле. Следовательно, есть три способа изменения магнитного потока. Одно из-за изменения магнитного поля, другое из-за изменения площади, а третье из-за изменения угла.
Например, в генераторе угол постоянно изменяется при вращении якоря.
Правило правой руки Флеминга определяет направление тока, когда петля движется через магнитное поле. В нем говорится, что если мы расположим большой, указательный и средний пальцы перпендикулярно друг другу, так что большой палец будет указывать в направлении движения, а указательный палец — в направлении поля, то средний палец окажется в центре поля. направление тока.
Следовательно, правильный ответ D.

Примечание
Для ясности, когда мы говорим об индуцированном токе, используется обычный ток.Кроме того, направление магнитного поля для настоящих магнитов, как и в генераторе, — это линии поля, направленные с севера на юг. А движение — это мгновенное движение определенной части интересующей петли.

Электромагнетизм

Линии магнитного поля

Принцип Эрстеда (принцип электромагнетизма)

Всякий раз, когда заряд движется по прямому проводнику, вокруг проводника создается круговое магнитное поле.Движущиеся электрические заряды создают магнитное поле.

Правило правой и левой руки для определения направления силовой линии магнитного поля

Если вы держите прямой проводник в правой руке, при этом большой палец правой руки указывает направление тока (направление положительного заряда), ваши согнутые пальцы будут указывать в направлении линий магнитного поля.

Если вы держите прямой проводник в левой руке, при этом большой палец левой руки указывает направление потока электронов (направление отрицательного заряда), ваши согнутые пальцы будут указывать в направлении линий магнитного поля.

Магнитные поля, вызванные токами в длинном прямом проводе

Направление определяется RHR : возьмитесь за провод правой рукой. Если ваш большой палец указывает в направлении тока, ваши пальцы будут скручиваться вокруг провода в том же направлении, что и магнитное поле.

Прочность на расстоянии r от провода : B = μI / 2πr, где I — ток, μ — проницаемость материала вокруг провода (в ньютонах на квадратный ампер Н/Д ² ).В воздухе, близком к вакууму, μ = 4π * 10 ^-7 N/A ² , поэтому мы также имеем B = μ ₀ I / 2πr

Соленоид и правило правой руки для соленоида

Если намотать проводник на катушку, содержащую несколько витков, получится соленоид. Магнитное поле вокруг соленоида похоже на магнитное поле стержневого магнита.

Чтобы определить направление линий магнитного файла вокруг соленоида, оберните пальцы правой руки вокруг катушки в направлении условного тока, большой палец правой руки будет указывать в направлении северного магнитного полюса соленоида. катушка.

Сила магнитного поля соленоида может быть увеличена на

увеличение количества петель,
увеличение количества электрического тока,
с сердечником из мягкого железа или
любая их комбинация.

Напряженность магнитного поля внутри соленоида равна B = μ * N/L * I, где μ — магнитная проницаемость сердечника, N — количество витков, L — длина, I — ток.

Магнитная сила

Любой ДВИЖУЩИЙСЯ заряд создаст вокруг себя магнитное поле, и любой ДВИЖУЩИЙСЯ заряд, помещенный во внешнее магнитное поле (как бы оно ни было создано), будет испытывать на себе магнитную силу из-за взаимодействия двух магнитных полей.

Магнитная сила зависит от скорости заряда. Гравитационные и электрические силы не зависят от скорости заряда/массы. Магнитная сила пропорциональна заряду и скорости заряда при заданной напряженности внешнего магнитного поля.

Магнитная сила, действующая на свободно движущийся заряд в магнитном поле

Магнитная сила, действующая на свободно движущийся заряд F, перпендикулярна как скорости заряда, так и направлению силовой линии магнитного поля. Направление магнитной силы может быть задано правилом правой руки. Величина магнитной силы определяется зарядом (это скалярная величина), умноженным на векторное произведение скорости и магнитного поля (напряженность).

F = q * v * B * sinθ

Где q — заряд, v — скорость заряда, B — напряженность внешнего магнитного поля (q — скаляр, v, B — векторы), а тета θ — угол между v и B.

Также помните, что направление магнитной силы на свободно движущийся заряд перпендикулярно плоскости , образованной v и B

Правило правой руки , RHR, для определения направления магнитной силы, действующей на движущийся положительный заряд в магнитном поле:

большой палец указывает в направлении скорости движения положительного заряда, v
пальцы указывают направление магнитного поля, B
ладонь обращена в сторону магнитной силы, F

Это правило правой руки применимо только к положительным зарядам. Вам нужно будет использовать эквивалентное правило левой руки для электронов. Или просто помните, что если сила будет «вверх» для положительного заряда, то сила будет «вниз» для отрицательного заряда. То есть сила на отрицательный заряд всегда будет действовать на 180º в противоположном направлении.

Магнитная сила, действующая на проводник с током в магнитном поле

Магнитная сила, действующая на проводник с током в магнитном поле F _м является произведением напряженности магнитного поля (B, вектор), длины проводника (L, скаляр), силы тока в проводнике ( I, вектор), и синус угла, который электрический ток образует с вектором магнитного поля.

F _m = I * L * B * sinθ

Правило правой руки:

Заряды и равномерное круговое движение

Если свободный заряд движется в магнитном поле с направлением, перпендикулярным полю, он будет двигаться по круговой траектории. Магнитная сила, перпендикулярная скорости, обеспечивает центростремительную силу.

На приведенной ниже диаграмме отрицательно заряженная частица движется в плоскости страницы в области, где магнитное поле перпендикулярно странице (обозначено маленькими кружками с крестиком — как хвосты стрелок).Магнитная сила перпендикулярна скорости, поэтому скорость изменяется по направлению, но не по величине. Результат равномерного кругового движения.

В приведенном ниже уравнении r — радиус окружности, v — скорость, а m — масса заряда.

Чтобы найти массу заряда: m = qBr/v

Эксперимент Ампера

Если направление тока в двух параллельных проводах одинаковое, то создаваемые силовые линии магнитного поля будут идти в противоположных направлениях, и в результате возникнет магнитная сила притяжения.Это означает, что 2 провода будут притягиваться друг к другу.

Если направления тока в двух параллельных проводах разнятся, то создаваемые силовые линии магнитного поля будут идти в одном направлении, и в результате возникнет противоположная магнитная сила. Это означает, что 2 провода будут отталкивать друг друга.

Единица измерения напряженности магнитного поля

Единицей напряженности магнитного поля является Тесла.

Формула 1: 1 T = 1 кг/C * s, где C означает кулон, а s означает секунду.

Формула 2: 1 Тл = 1 Н/А * м, где А обозначает Ампер, м обозначает метр, а Н обозначает Ньютон.

https://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_(unit)

Объяснение формулы 1: Помните, что напряженность электрического поля равна Fe/C, поскольку Fe пропорционально C. Поскольку Fm пропорциональна как C, так и скорости C, следовательно, напряженность/напряженность магнитного поля = Fm / C*V = Ньютон / C * (м/с) = кг * (м/с ² ) / Кл * (м/с) = кг / Кл * с, где м — метр.

Объяснение формулы 2: это определение основано на том факте, что если два отрезка провода длиной 1 метр, по которому течет ток силой 1 ампер, либо притягиваются, либо отталкиваются друг от друга с силой в один ньютон, то напряженность магнитного поля, создаваемого любым сегментом с током, равна 1 тесла в месте расположения другого провода.

Двигатель постоянного тока

Закон электромагнитной индукции

Перемещение прямолинейного проводника в магнитном поле (как показано выше) вызовет разность потенциалов между двумя концами проводника, и если проводник подключен к замкнутой цепи, в цепи будет ток:

1. Когда провод находится в магнитном поле, ток отсутствует.

2. Когда провод движется через поле параллельно полю (θ=0°), ток отсутствует.

3. При движении провода через поле, «пересекающее» силовые линии под углом θ, возникнет небольшой ток

4. Когда провод пересекает линии поля под прямым углом (θ=90°), возникает максимальный ток.

5. Когда провод пересекает линии поля вверх и вниз, направление тока меняется.

Направление индуцированного тока определяется по правилу RHR: пальцы правой руки указывают в направлении магнитных линий; большой палец указывает в направлении скорости проволоки; ладонь укажет направление индуцированного тока.

Наведенная разность потенциалов называется ЭДС движения , и когда провод пересекает силовые линии магнитного поля под прямым углом, мы имеем ЭДС = B * L * V * sinθ , где B — напряженность магнитного поля (Тесла), L — длина проволоки, а V — скорость проволоки. Например: пусть у нас есть провод длиной 0,5 м, движущийся под прямым углом к магнитному полю 0,04 Тл со скоростью 5 м/с. Тогда ЭДС индукции будет равна ЭДС = (0,04Т)(0,5м)(5м/с) = 0,1В

ПРИМЕЧАНИЕ: ЭДС = B * L * V * sinθ можно объяснить законом Фарадея ЭДС = -N(ΔΦ/Δt) ниже.Здесь N=1; ΔΦ/Δt = B * A * cos(90-θ) / Δt = B * L * x * sinθ / Δt = B * L * V * sinθ. Обратите внимание, что θ, используемый в emf = B * L * V * sinθ , дополняет θ, используемый в emf = -N(ΔΦ/Δt) ; также обратите внимание на площадь A = L * x, где x — расстояние, на которое вы перемещаете линию в направлении v.

Магнитный поток, плотность магнитного потока и закон электромагнитной индукции Фарадея

Предположим, у нас есть катушка, состоящая из N витков провода, и катушка имеет площадь поперечного сечения A. Он пересекает магнитное поле с напряженностью поля B под углом θ. Тогда мы можем определить магнитный поток Φ как Φ = B * A * cosθ .

Единицей магнитного потока является вебер, 1 вебер = 1 тесла на квадратный метр.

Так что же такое плотность магнитного потока? Плотность магнитного потока — это просто напряженность магнитного поля: из Φ = B * A * cosθ имеем B = Φ / (A*cosθ), а единицей плотности магнитного потока является вебер на квадратный метр (Вб/м ²).

Закон электромагнитной индукции Фарадея утверждает, что движущая ЭДС = -N(ΔΦ/Δt) , где ΔΦ — изменение магнитного потока, а Δt — изменение во времени, а N — число витков провода в катушка.

Согласно закону Фарадея, пока есть изменения магнитного поля, даже если нет относительной скорости между катушкой и внешним магнитным полем, будет индуцированная ЭДС.

Варианты закона Фаради

Материал адаптирован с http://hyperphysics. phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/farlaw2.html

В примере 1 две катушки пронизаны изменяющимся магнитным полем. Магнитный поток Φ определяется как Φ=BA, где B — магнитное поле или среднее магнитное поле, а A — площадь, перпендикулярная магнитному полю. Обратите внимание, что при заданной скорости изменения потока через катушку генерируемое напряжение пропорционально числу витков N, через которые проходит поток.

В примере 2 напряжение генерируется, когда катушка перемещается в магнитное поле.Иногда это называют «ЭДС движения», и она пропорциональна скорости, с которой катушка перемещается в магнитном поле. Эту скорость можно выразить через скорость изменения площади, находящейся в магнитном поле.

В примере 3 мы видим стандартную геометрию генератора переменного тока, в которой катушка провода вращается в магнитном поле. Вращение изменяет перпендикулярную площадь катушки по отношению к магнитному полю и создает напряжение, пропорциональное мгновенной скорости изменения магнитного потока. При постоянной скорости вращения генерируемое напряжение является синусоидальным.

Вот еще схема например 3:

В примере 4 напряжение генерируется путем перемещения магнита к катушке провода или от нее. При постоянной площади изменяющееся магнитное поле вызывает генерируемое напряжение. Направление или «смысл» генерируемого напряжения таково, что любой результирующий ток создает магнитное поле, противодействующее изменению магнитного поля, которое его создало (закон Ленца).

Закон Ленца

Если изменяющееся магнитное поле индуцирует ток в катушке, электрический ток имеет такое направление, что его собственное магнитное поле противодействует изменению, вызвавшему его.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnet/emfchb.html

Двигатель постоянного тока и генератор

Переменный ток

Переменный ток – это электрический ток, который периодически меняет направление на противоположное. В переменном токе напряжение периодически изменяется от максимального положительного значения до максимального отрицательного значения, пересекая нулевое значение. При нулевом напряжении свет становится тусклее, но при частоте около 60 циклов в секунду (60 Гц) люди не могут его обнаружить. Закон Ома применим и к переменному току.

Гальванометр, амперметр, вольтметр

Гальванометр изготовлен по принципу двигателя. Амперметр и вольтметр используют гальванометр, закон Ома и принципы параллельных цепей.

12.5 Закон Ампера – University Physics Volume 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 [латекс]\stackrel{\to }{\textbf{B}}[/латекс] 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.

На рис. 12.14 показана произвольная плоскость, перпендикулярная 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 [latex]\oint \stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}[/latex] над замкнутыми путями M и Н . Обратите внимание, что один путь ( M ) охватывает провод, а другой ( N ) нет.Поскольку силовые линии имеют круглую форму, [латекс]\stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}[/latex] является произведением B и проекция dl на окружность, проходящую через [латекс]d\stackrel{\to }{\textbf{l}}.[/latex] Если радиус этой конкретной окружности равен r , проекция [латекс ]rd\theta,[/латекс] и

[латекс]\stackrel{\to}{\textbf{B}}·d\stackrel{\to}}{\textbf{l}}=Br\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}d\theta .[/латекс]

Рис. 12.14

С [латексом]\stackrel{\to }{\textbf{B}}[/латекс], заданным уравнением 12.9,

[латекс] \ мазь \ stackrel {\ to }{\ textbf {B}} · d \ stackrel {\ to } {\ textbf {l}} = \ мазь \ left (\ frac {{\ mu } _ {0 }I}{2\pi r}\right)\phantom{\rule{0. 2em}{0ex}}r\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}d\theta =\frac{{\mu} _{0}I}{2\pi}\oint d\theta .[/latex]

Для пути M , который циркулирует по проводу, [латекс]{\oint }_{M}d\theta =2\pi[/латекс] и

[латекс] {\ oint} _ {M} \ stackrel {\ to } {\ textbf {B}} · d \ stackrel {\ to } {\ textbf {l}} = {\ mu} _ {0} I .[/латекс]

N , с другой стороны, циркулирует как по положительному (против часовой стрелки), так и по отрицательному (по часовой стрелке) [латекс]d\тета[/латекс] (см. рис. 12.14), и поскольку он замкнут, [латекс]{\ точка }_{N}d\theta =0.[/latex] Таким образом, для пути N ,

[латекс] {\ oint} _ {N} \ stackrel {\ to } {\ textbf {B}} · d \ stackrel {\ to } {\ textbf {l}} = 0. [/latex]

Распространение этого результата на общий случай есть закон Ампера.

Закон Ампера

По произвольному замкнутому пути,

[латекс]\мазь \stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}={\mu}_{0}I[/latex]

, 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 рисунке 12.14. 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 вытянутому большому пальцу, то оно отрицательное.

Стратегия решения проблем: закон Ампера

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

Определите симметрию тока в проводе(ах). Если симметрии нет, используйте закон Био-Савара для определения магнитного поля.
Определите направление магнитного поля, создаваемого проводом(ами), по правилу правой руки 2.
Выберите петлю пути, в которой магнитное поле постоянно или равно нулю.
Рассчитать ток внутри контура.
Вычислите линейный интеграл [латекс]\oint \stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}[/latex] вокруг замкнутого контура.
Приравнять [латекс]\oint \stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}[/latex] к [латексу]{\mu }_{0 }{I}_{\text{enc}}[/latex] и найдите [латекс]\stackrel{\to }{\textbf{B}}.[/latex]

Пример

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 рисунке 12.15.

Рисунок 12.15

Стратегия

Рассмотрим произвольную плоскость, перпендикулярную проводу, с током, направленным за пределы страницы. В произвольных точках окружности радиусом r по центру проволоки.Поскольку поле цилиндрически симметрично, ни [латекс]{B}_{r}[/латекс], ни [латекс]{В}_{\тета}[/латекс] не меняются в зависимости от положения на этой окружности. 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 0.[/latex] Следовательно, мы можем применить закон Ампера к круговому пути, как показано на рисунке.

Решение

Показать ответ

По этому пути [latex]\stackrel{\to }{\textbf{B}}[/latex] является постоянным и параллельным [latex]d\stackrel{\to }{\textbf{l}} ,[/латекс] так

[латекс] \ мазь \ stackrel {\ to } {\ textbf {B}} · d \ stackrel {\ to } {\ textbf {l}} = {B} _ {\ theta} \ oint dl = {B} _{\тета}\влево(2\пи г\вправо). [/латекс]

Таким образом, закон Ампера сводится к

[латекс] {B} _ {\ theta} \ left (2 \ pi r \ right) = {\ mu } _ {0} I.[/латекс]

Наконец, поскольку [latex]{B}_{\theta}[/latex] является единственным компонентом [latex]\stackrel{\to }{\textbf{B}},[/latex] мы можем опустить индекс и напишите

[латекс] B=\frac{{\mu}_{0}I}{2\pi r}.[/latex]

Это согласуется с приведенным выше расчетом Био-Савара.

Значение

Закон Ампера хорошо работает, если у вас есть путь для интегрирования, по которому [латекс]\stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}[/latex] 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.

Пример

Расчет магнитного поля толстой проволоки по закону Ампера

Радиус длинного прямого провода на рис. 12.16 равен a , и по проводу течет ток [латекс]{I}_{0}[/латекс], который равномерно распределен по его поперечному сечению.Найдите магнитное поле как внутри, так и снаружи провода.

Рисунок 12.16

Стратегия

Эта задача имеет ту же геометрию, что и в примере 12.6, 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 12.16).

Решение

Показать ответ

Для любого кругового пути радиусом r с центром на проводе

[латекс]\масло \stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}=\oint Bdl=B\oint dl=B\left(2\ pi r\right).[/latex]

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

Сначала рассмотрим круговой путь, проходящий внутри проволоки [латекс]\слева(р\ле а\справа)[/латекс], такой как показан в части (а) на рис. 12.{2}}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\left(r\le a\right).[/latex]

Вне провода ситуация идентична ситуации с бесконечно тонким проводом из предыдущего примера; то есть

[латекс] B = \ frac {{\ mu } _ {0} {I} _ {0}} {2 \ pi r} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ left (r \ ge а\право).[/латекс]

Вариант B с r показан на рис. 12.17.

Рисунок 12.17

Значение

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 подобен тому, как закон Гаусса для электрических зарядов ведет себя внутри однородного распределения зарядов, за исключением того, что закон Гаусса для электрических зарядов имеет равномерное объемное распределение заряда, 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.

Пример

Использование закона Ампера с произвольными путями

Используйте закон Ампера для оценки [latex]\oint \stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}[/latex] для текущих конфигураций и путей в Рисунок 12.18.

Рисунок 12.18

Стратегия

Закон Ампера гласит, что [латекс]\oint \stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}={\mu}_{0}I[/ латекс], где I — полный ток, проходящий через замкнутый контур. Самый быстрый способ вычислить интеграл — вычислить [латекс]{\му}_{0}I[/латекс], найдя чистый ток через петлю. Положительные токи текут по большому пальцу правой руки, если ваши пальцы скручиваются в направлении петли. {\text{−6}}\text{T}\cdot \text{m/A}.[/латекс]

Значение

Если бы все токи закручивались так, что один и тот же ток входил бы в петлю и из петли, то суммарный ток был бы равен нулю и магнитного поля не было бы. Вот почему провода в электрическом шнуре расположены очень близко друг к другу. Токи, протекающие к устройству и от устройства по проводу, равны нулевому общему току, протекающему через петлю Ампера вокруг этих проводов. Следовательно, никакие блуждающие магнитные поля не могут присутствовать в проводах с током.

Проверьте свое понимание

Попробуйте использовать закон Ампера для расчета магнитных полей конечного прямого провода и круглой проволочной петли. Почему это не полезно для этих расчетов?

Показать решение

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 Ампер. 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?

Показать решение

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.

Проблемы

Ток I течет по прямоугольной петле, показанной на прилагаемом рисунке. Вычислить [latex]\oint \stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}[/latex] для путей A , B , C и D .

Показать решение

а. [латекс] {\ mu } _ {0} I; [/ латекс] б. 0; в. [латекс] {\ mu } _ {0} I; [/ латекс] d. 0

Оцените [латекс]\oint \stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}[/latex] для каждого из случаев, показанных на прилагаемом рисунке.

Катушка, поперечное сечение которой показано на прилагаемом рисунке, несет ток I и имеет N равномерно расположенных витков, распределенных по длине l. Оцените [latex]\oint \stackrel{\to }{\textbf{B}}·d\stackrel{\to }{\textbf{l}}[/latex] для указанных путей.

Показать решение

а. [латекс] 3 {\ mu } _ {0} I; [/ латекс] б. 0; в. [латекс] 7 {\ mu } _ {0} I; [/ латекс] d. [латекс]\текст{−2}{\му }_{0}Я[/латекс]

Сверхпроводящий провод диаметром 0.25 см несет ток силой 1000 А. Каково магнитное поле сразу за проводом?

По длинному прямому проводу радиусом R протекает ток I , равномерно распределенный по поперечному сечению провода. На каком расстоянии от оси провода величина магнитного поля максимальна?

Показать решение

На прилагаемом рисунке показано поперечное сечение длинного полого цилиндрического проводника с внутренним радиусом [латекс]{r}_{1}=\text{3. 0 см}[/latex] и внешний радиус [латекс]{r}_{2}=\text{5,0 см}.[/latex] В страницу втекает ток силой 50 А, равномерно распределенный по поперечному сечению. Рассчитайте магнитное поле в точке [латекс]r=\text{2,0 см},\phantom{\rule{0,2em}{0ex}}r=4,0\phantom{\rule{0,2em}{0ex}}\text{см },\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{and}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}r=\text{6,0 см}.[/latex]

По длинному сплошному цилиндрическому проводнику радиусом 3,0 см течет ток силой 50 А, равномерно распределенный по его поперечному сечению.Постройте магнитное поле как функцию радиального расстояния r от центра проводника.

Показать решение

Часть длинного цилиндрического коаксиального кабеля показана на прилагаемом рисунке. Ток I течет по центральному проводнику, и этот ток возвращается во внешний проводник. Определить магнитное поле в областях (а) [латекс]r\le {r}_{1},[/latex] (б) [латекс]{r}_{2}\ge r\ge {r}_ {1},[/latex] (c) [латекс]{r}_{3}\ge r\ge {r}_{2},[/latex] и (d) [латекс]r\ge {r }_{3}. [/latex] Предположим, что ток распределен равномерно по сечениям двух частей кабеля.

Глоссарий

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

Лицензии и авторские права

Закон Ампера. Автор : Колледж OpenStax. Расположен по адресу : https://openstax.org/books/university-physics-volume-2/pages/12-5-amperes-law. Лицензия : CC BY: Attribution . Условия лицензии : Скачать бесплатно по адресу https://openstax.org/books/university-physics-volume-2/pages/1-introduction

Электричество – Базовые учебные курсы военно-морского флота, NAVPERS 10622, Глава 12 – Электромагнетизм

Вот “ Электричество – Базовые учебные курсы военно-морского флота ” (NAVPERS 10622) полностью. Он должен обеспечивать один из лучшие ресурсы для тех, кто ищет базовый курс по электричеству – с примерами Разработаны.Видеть авторское право. Видеть Таблица Содержание. • Типография правительства США; 1945 – 618779

Некоторое содержание курса NAVPERS необходимо обновить по мере того, как технологии и знания эволюционировал. Например, то, что обычно называют «обычным течением тока». определяется как движение положительного заряда от более положительной точки к более более отрицательная точка в цепи. Теперь мы знаем, что электроны составляют течет ток, и они движутся от более отрицательной точки к более положительной точке в цепи.Таким образом, когда вы видите, что стрелки текущего потока выходят из положительного источника терминал и повторно входя в отрицательный терминал, это «обычный поток». И наоборот, когда вы видите стрелки текущего потока, покидающие отрицательную клемму источника и повторно входя в положительный терминал, это «поток электронов». Это важное различие, которое следует сделать при рассмотрении магнитных полей, создаваемых током поток и индуцированный ток от изменяющегося магнитного поля (см. Правая рука Страница правил на RF Cafe.

Электромагнетизм – Что это такое

В настоящее время взгляните на еще один тип магнита. Это как естественное или искусственное магнит в своем притяжении, но непохожий на его контроль. Его привлекательность огромна – это может вместить тонны железа. Но поскольку этот магнит питается электрическим током, магнетизм можно включать и выключать щелчком переключателя. Электрический магниты называются ЭЛЕКТРОМАГНИТАМИ.

Электромагниты бывают всех размеров и форм и выполняют все виды работ.См. подъемный магнит на рис. 89. Все электромагниты используют катушку из проволоки и сердечник из железа для производства их магнетизма. Катушка обеспечивает магнитный поток и железо концентрирует его. Чтобы понять, как это работает, следует начать с –

Магнитное поле вокруг проводника

Все проводники с током окружены магнитным полем. Как в В случае искусственных магнитов железные опилки сделают это поле видимым. Подключить провод к батарее и, как на рисунке 90, обмакнуть провод в железные опилки.Заявки притягиваются и удерживаются на проводе. Это доказательство существования магнитного поля. Теперь откройте схема-опилки отваливаются. Это доказательство того, что ПОЛЕ СУЩЕСТВУЕТ ТОЛЬКО КОГДА ТОК ПРОТЕКАЕТ.

Рис. 89. – Подъемный электромагнит.

Рис. 90. – Магнетизм, создаваемый током.

Рис. 91. — Магнитное поле вокруг проводника.

Рис. 92. — Направление поля вокруг проводника.

Рис. 93. – Правило катушки.

Рис. 94. – Точечный способ указания текущих направлений.

Рис. 95. – Направления потоков – сечения.

Рис. 97. — Магнитное поле катушки.

Рисунок 98. – Ручная линейка для катушек.

Рисунок 99. – Равные ампер-витки.

Теперь протяните проводник через кусок картона, как показано на рисунке 91. Подключить провода к батарее и посыпать картон железными опилками. Схема подачи точная форма поля. Выделяются две характеристики; поле круглое вокруг проводника, и никакие линии не пересекаются. Если вы переместили картон в другие части провода, вы обнаружите, что ПОЛЕ ОКРУЖАЕТ ПРОВОД ПО ВСЕЙ ДЛИНЕ.

Магнитное поле вокруг проводника подобно ученику электрика – собирается по кругу. НО – магнитные круги всегда в одном направлении.Место циркуль вокруг проводника ЖЕЛЕЗНЫЕ Опилки, как на рисунке 92. Все компасы указывают по часовой стрелке. Это показывает, что силовые линии направлены по часовой стрелке.

Оставьте компасы на месте и измените текущее направление (переключите батарею связи). Все компасы перевернуты – теперь они указывают против часовой стрелки. НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА ОПРЕДЕЛЯЕТ НАПРАВЛЕНИЕ ПОТОКА.

Рулевое правило катушки

Магнитные поля вокруг проводников часто изменяются путем реверсирования Текущий.И есть простое и надежное правило, связывающее направление поля и текущее направление.

Проволочная линейка показана на рис. 93. Там написано –

ВОЗЬМИТЕ ПРОВОД В ЛЕВУЮ РУКУ ТАК, ЧТОБЫ БОЛЬШОЙ УКАЗАЛ В НАПРАВЛЕНИИ ТЕКУЩИЙ ПОТОК. ВАШИ ПАЛЬЦЫ БУДУТ УКАЗЫВАТЬ В НАПРАВЛЕНИИ ПОЛЯ ПОТОКА.

или –

ЗАХВАТИТЕ ПРОВОД ПАЛЬЦАМИ В НАПРАВЛЕНИИ ПОЛЯ ПОТОКА. ТОГДА ВАШ Большой палец будет указывать в направлении течения.

Это правило используется для указания направления потока, если известно текущее направление. Или, он укажет текущее направление, если вы знаете направление потока.

Представьте, что вы определили направление потока с помощью компаса. С помощью по правилу проволочной руки вы можете сказать, в каком направлении течет ток, и, следовательно, вы можно сказать, подключен ли провод к положительной или отрицательной клемме источник. Точно так же, если вы знаете, к какой клемме подключен провод, вы можете использовать правило руки для определения направления магнитного поля вокруг проводника.

Маркировка текущего направления

Стрелка обычно используется для обозначения текущего направления. Это хорошо работает на длинных сечение провода. Но на схемах, где используются сечения проводов, хитрая используется вид стрелки. Сравните два рисунка А на рис. 94. Верхний на рисунке показана стрелка, выходящая из провода. Если разрезать этот провод, сделав сечение, вы бы увидели только НАЧАЛО стрелки, выходящей из рисунка с проволочным дном. Этот это метка для тока, выходящего из поперечного сечения.Текущее направление перевернутое на рис. 94-B. При таком направлении тока сечение провода показывает оперенный хвост стрелы, просто исчезающий на проводе. Это метка для тока, идущего В поперечном сечении.

Предупреждение

Много лет назад Бенджамин Франклин сделал поспешный вывод, что направление электрический ток от ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО к ОТРИЦАТЕЛЬНОМУ. Современные эксперименты показали реальное движение должно быть движением ЭЛЕКТРОНОВ – от ОТРИЦАТЕЛЬНОГО к ПОЗИТИВНОМУ.Тем не менее, Теория Франклина до сих пор используется во многих учебниках по электрике и в некоторых руководствах военно-морского флота. Если вы столкнетесь со старой теорией, НЕ позволяйте ей сбить вас с толку. В тех случаях, когда вы обнаружите, что ток прослеживается от положительного к отрицательному, просто используйте ПРОТИВОПОЛОЖНОЕ HAND из того, что используется в этой книге. Тогда ваши ответы будут ПРАВИЛЬНЫМИ. И на протяжении В этой книге все объяснения основаны на современной идее, что поток электронов от НЕГАТИВНОГО к ПОЗИТИВНОМУ.

На рис. 95 показаны сечения двух проводов.ОБА направление потока И ток направление обозначены. Используйте правило проволочной руки, чтобы проверить эти метки. Ваш большой палец должен указывать вниз на страницу для правого рисунка. И это должно указывать вверх из страницы для левого рисунка.

Поток вокруг проводника состоит из замкнутых круговых линий. Эти строки начинаются как точка в центре провода. По мере того, как ток начинает течь, круги расширяются от этой точки. Это как рябь от камня, брошенного в спокойную воду.То чем больше камень, тем больше и крупнее рябь. Чем больше ток, тем чем больше силовых линий, тем больше поле. Говорят, что Flux «расцветает». от сердца дирижера. Следовательно, наиболее сильная часть поля находится вблизи проводник и самая слабая часть находятся дальше всего. Это логично – самый дальний поток был ослаблен при перемещении по воздуху, который имеет высокое сопротивление.

Поля, создаваемые катушками

Рисунок 96.- Магнитная полярность петли.

Один проводник создает поле, но не полюса. А полюса важны, потому что машины используют эти точки концентрации потока. Для изготовления столбов согните прямой проводник фигуры 95 в петлю. Теперь это выглядит как рисунок 96. Используйте проволочное ручное правило в нескольких точках этой петли.

Вы обнаружите, что потоки смешиваются в центре петли. Это производит северный полюс с одной стороны петли и южный полюс с другой стороны.

Если несколько витков проволоки объединены, как на рисунке 97, у вас есть HELIX. КАТУШКА. Снова поток смешивается вместе в центре катушки. Вы ожидаете этого катушка для получения гораздо более прочных полюсов, чем у одиночной петли. ОНО ДЕЛАЕТ. Снова, проверьте направление потока в нескольких точках этой спиральной катушки. Обратите внимание, что скручивание провод заставляет большую часть потока КОНЦЕНТРИРОВАТЬСЯ на концах катушки. Там бы был бы такой же общий поток, если бы провод был выпрямлен, НО он не был бы сосредоточен.

Вы можете использовать уже известную линейку для определения полярности катушки. Или вы можете использовать другое правило руки ДЛЯ КАТУШЕК. Это правило второй катушки гласит –

ВОЗЬМИТЕ КАТУШКУ В ЛЕВУЮ РУКУ ТАК, ЧТОБЫ ПАЛЬЦЫ УКАЗЫВАЛИ В НАПРАВЛЕНИИ ТОКА ПОТОК. ТОГДА БОЛЬШОЙ ПАЛЕЦ УКАЗЫВАЕТ НА СЕВЕРНЫЙ ПОЛЮС КОНЦА КАТУШКИ.

На рис. 98 показана разница полярности для обоих направлений тока.

Ампер-витки

Если требуется очень мощная магнитная катушка, в ней создается больше витков провода. СЛОИ.Это производит КАТУШКУ СОЛЕНОИДА. Теперь у вас есть три типа катушек. Сингл петля, магнитно слабая. Спиральная катушка, которая умеренно прочна, и катушка соленоида, которая очень сильна. Обратите внимание, что магнитная сила катушки зависит от количества витков провода. Например, скажем, что каждый ход производит 1 000 000 силовых линий. Тогда одновитковая катушка будет производить полюса с 1 000 000 потоковые линии. Спираль с десятью витками произвела бы полюса, имеющие 10 000 000 линий потока.И 150-витковый соленоид будет производить полюса, имеющие 150 000 000 линий потока.

Идея о том, что поток увеличивается точно пропорционально числу витков провод используется для всех практических целей, но это не совсем правильно. Некоторые линии силы теряются в любой катушке из-за высокого сопротивления воздушного зазора. Следовательно, общая прочность многовитковых катушек немного меньше расчетной прочности.

Теперь предположим, что вы взяли одну из спиральных катушек — скажем, спираль из 10 витков — и удвоили ток по проводу. Поскольку витки расположены последовательно, ток удвоится. в каждом повороте. Вдвое больший ток производит в два раза больший поток. Теперь 10-й ход катушка будет иметь полюса по 20 000 000 линий на полюс.

На рис. 99 показаны две катушки с РАВНОЙ силой потока. А имеет 10 витков и 5 ампер; B имеет 20 витков и 2,5 ампера. У A вдвое больше CURRENT, но у B вдвое больше ПОВОРОТЫ.

Прочность катушек измеряется в АМПЕР-ТУРАХ (NI – N для числа витков и I для силы тока).Количество ампер-витков можно определить путем умножения тока катушки в амперах на количество витков провода.

Сильные катушки можно сделать двумя способами – либо использовать большой ток, либо поставить много включает катушку. Вот две катушки одинаковой прочности: (1) имеет 1000 витков и 0,1 ампер, (2) имеет 10 витков и 10 ампер. Обе катушки имеют 100 ампер-витков.

– Экономайзеры флюса

Рисунок 100. – Применение правила руки катушки.

Рисунок 101. – Ответы.

Рисунок 102. Полюсы возбуждения двигателя.

Рис. 103. — Сечение подъемного магнита.

Рисунок 104. – Электрический дверной звонок.

Рисунок 105. – Магнитный автоматический выключатель.

Как можно уменьшить потери в воздушном зазоре змеевика? Вы знаете, что воздух высокий материал сопротивления, поэтому просто замените воздух материалом с низким сопротивлением.Железо является лучшим материалом из-за его высокой проницаемости. Пруток железа засунул вниз по центру катушки, делает ее спиралью или соленоидом из ЖЕЛЕЗНОГО СЕРДЕЧНИКА. Часто с железным сердечником катушки изготавливаются путем намотки проволоки непосредственно на железный стержень. Железо, из-за его высокая проницаемость концентрирует поток внутри себя. Потом появляются полюса. на концах железа. Почти все коммерческие катушки представляют собой соленоиды с железным сердечником.

Рисунок 100 имеет восемь проблем с катушкой с железным сердечником.

Задачи (a), (b), (c) и (d) показывают клеммные соединения катушек, но не полярность. Как бы вы обозначили столбы? Задачи (e), (f), (g) и (h) показывают полярность но без терминальных соединений. Как бы вы соединили провода отведений – к плюсу или отрицательный? Рисунок 101 — таблица ответов. НЕ ПОДГЛЯДЫВАЙТЕ, пока не попробуете получить СВОИ СОБСТВЕННЫЕ ответы!

Вы помните, на рисунке 66, как искусственный магнит был сделан катушкой. Это была спираль с железным сердечником.Железный сердечник стал искусственным магнитом, когда его удалили. от катушки. Магнетизм, удерживаемый ядром, был остаточным магнетизмом, оставшимся от магнитное поле катушки.

Магниты возбуждения двигателя представляют собой электромагниты – соленоидные катушки с железными сердечниками. На рисунке 102 проследите путь магнитных силовых линий. Начните с N полюсов, линии, выходящие из этих полюсов, расходятся — половина идет к верхнему полюсу S, а половина — к верхнему полюсу. к нижнему S полюсу. Поток проходит через электромагниты полюса S и выходит их N полюс заканчивается.(Используйте правило руки катушки, чтобы найти N полюсов). С северного полюса концы верхнего и нижнего магнитов, поток проходит через железо каркаса и обратно к южным полюсам боковых магнитов, и снова к концам N полюса. Обратите внимание на две вещи: путь потока представляет собой полную цепь, а воздушный зазор уменьшен. к минимуму за счет использования железного каркаса как части магнитной цепи.

На рис. 103 показано поперечное сечение того же электромагнита, что и на рис. 89 в начале этой главы.Теперь вы понимаете его конструкцию? А Удвоенный полюс N устанавливается катушкой, и половина потока от этого N полюс входит в каждый из полюсов S. Когда магнит не нагружен, поток движется в воздуха. Но когда магнит нагружен, поток проходит через железный лом, удерживая железо к магниту. АРМАТУРА — это кусок железа, используемый для завершения магнитного схема. Железный лом действует как якорь в этом электромагните.

Сосущая катушка

Вы когда-нибудь задумывались, как дверь многоквартирного дома открывается нажатием кнопки? в одной из квартир? Как насчет дверных звонков? Вы знаете, как они работают? Ты понять действие автоматических выключателей? Все эти и многие другие устройства используют электромагнит и подвижный сердечник.

Когда катушка соленоида находится под напряжением, она создает сильное поле. Любое железо рядом с этим поле имеет сильный индуцируемый полюс. Этот полюс всегда противоположен ближайшему полюсу катушки – создание сильного притяжения между железом и катушкой. Если катушка просто запущена в один конец соленоида, магнетизм будет дергать все это путь в катушку. Двери отпираются, превращая часть болта в сердечник. соленоида. Когда катушка находится под напряжением, она всасывает сердечник (болт) и дверь разблокирован.

В дверном звонке молоток, который бьет по звонку, прикреплен к сердечнику дверного звонка. соленоид. Сердечник находится под соленоидом, как показано на рис. 104. Когда соленоид под напряжением сердечник дергается вверх, увлекая за собой молот.

Автоматический выключатель – автоматический выключатель, используемый для размыкания перегруженных цепей. – показано на рисунке 105. Это устройство включено последовательно с линией. Обычно, контакты замкнуты, но если ток превысит безопасное значение, это приведет к магнит достаточно сильный, чтобы притянуть его якорь к сердечнику.Это ОТКРЫВАЕТ контакты который замыкал цепь. Автоматический выключатель служит той же цели. как предохранитель – защита цепей от перегрузок. Это лучше предохранителя, потому что ничего не перегорает – автоматический выключатель можно сбрасывать и использовать снова и снова.

Викторина по главе 12

(нажмите здесь)

Опубликовано 3 марта 2020 г.

Закон Лоуренса. Сила Ампера. Правило левой руки

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.

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.

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

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

Мы 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 ампер-силы 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.