Закон Ампера. Силы, действующие на рамку с током в магнитном поле. Работа силы Ампера. Практическое использование магнитных взаимодействий.

Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:

F = B I l sinα,

где α — угол между векторами магнитной индукции и тока,

B — индукция магнитного поля,

I — сила тока в проводнике,

l — длина проводника.

Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля. Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, то Закон Ампера принимает вид:

dF = I B dl sinα,

где dF — сила, с которой магнитное поле действует на бесконечно малый проводник с током I,

d l — элемент длины проводника.

На рамку с током I, помещенную во внешнее однородное магнитное поле с индукцией

действует момент сил. Момент сил выражается соотношением:

M = ISB sin α = pmB sin α ,

г де S – площадь рамки, α – угол между нормалью к плоскости рамки и вектором Векторная величина где – единичный вектор нормали, называется магнитным моментом рамки. Направление вектора связано с направлением тока в рамке правилом правого винта.

Работа силы Ампера.

При малом перемещении dx перемычки под действием силы Ампера совершается элементарная работа, равная:

Для конечного перемещения из положения перемычки 1 в положение 2 работа, соответственно, равна:

В нашем случае знак работы положительный: произошло увеличение потока магнитного поля за счет энергии поддерживающего ток источника (во внешнем поле изменений не произошло).

Работа силы Ампера, как было подсчитано ранее, равна Ii Ф, работа силы Лоренца, с учетом закона Фарадея, равна , так что полная работа электромагнитного поля равна нулю, - ведь рассмотренные силы действуют перпендикулярно скорости зарядов! ЭДС поддерживается только за счет работы силы тяги:

Магнитное взаимодействие. Явления взаимного притяжения разноименных и отталкивания одноименных электрических зарядов во многом сходны с явлениями притяжения разноименных и отталкивания одноименных полюсов магнита.

№36.

Электромагнитная индукция. Эдс индукции и индукционный ток. Закон Фарадея. Применения явления электромагнитной индукции.

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур. Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину

Φ = B · S · cos α,

где B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором и нормалью к плоскости контура

Ток, возникающий в контуре при изменении магнитного потока, называют индукционным током.

Условием существования электрического тока в замкнутом контуре является наличие электродвижущей силы, поддерживающей разность потенциалов. Следовательно, при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем возникает ЭДС, которую называют ЭДС индукции (e_i).

Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией.

Если контур замкнут, то ЭДС индукции проявляется в возникновении электрического индукционного тока

I = e_i/R , где R- сопротивление контура.

Если контур разомкнут, то на концах проводника возникает разность потенциалов, равная e_i.

Направление индукционного тока в контуре определяется правилом Ленца:

Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в СИ):

где

 — электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура,

 — магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур.

Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца, названное так по имени русского физика Э. Х. Ленца:

Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Для катушки, находящейся в переменном магнитном поле, закон Фарадея можно записать следующим образом:

где

 — электродвижущая сила,

 — число витков,

 — магнитный поток через один виток,

 — потокосцепление катушки

Практическое применение явления электромагнитной индукции:

1 Радиовещание

2 Магнитотерапия

3 Синхрофазотроны

4 Расходомеры - счётчики

5 Электрические генераторы

№37.