2.7. Взаимодействие проводников с током
И
зучая
действие магнитного поля на проводник
с током, мы помещали проводник в магнитное
поле постоянного магнита. Рассмотрим
теперь случай, когда проводник с током
помещен не в поле постоянного
магнита, а в поле
другого проводника с током. Расположим
для этого близко один от другого два
проводника и пропустим по ним ток сначала
в одном направлении (рис.2.8а),
а затем в противоположном (рис.2.8 б).
Различная картина магнитного поля,
полученная в одном и другом случае,
свидетельствует о том, что при одинаковом
направлении тока в проводниках они
будут взаимно притягиваться один к
другому, а при разном - отталкиваться.
Рис.2.8. Взаимодействие проводников с током: а) направление тока в проводниках одинаковое; б) направление тока в проводниках разное.
Такое взаимодействие проводников с токами называется электро-динамическим. На нем основано устройство приборов, предназначенных для измерения электрических величин, электродинамической системы.
Вычисление силы взаимодействия прямолинейных параллельных проводников. Вокруг прямолинейного проводника с током I создается магнитное поле, индукция В которого равна:
(2.12)
Здесь d - расстояние от оси провода до той точки поля, индукция в которой мы ищем;
k = 210-7 коэффициент пропорциональности.
Очевидно, чем больше расстояние d, тем меньше значение индукции. Измеряя ток I в амперах, а расстояние d - в метрах, получаем значение магнитной индукции в теслах.
Если в поле, созданное током I, находится другой провод с током I ', то сила действующая на него равна согласно (2.11):
F(н) = B(Тл)I(A)l(м); (2.13)
2.8. Закон электромагнитной индукции
2.8.1. Изменение магнитного поля создает электродвижущую силу. Это явление изучалось М.Фарадеем (1831 г.) на установке, схематически показанной на рис.2.9.
На трубку из плотного картона помещены две обмотки W1 и W2. Первая из них W1 соединена с источником ЭДС через выключатель К. Вторая обмотка W2 изолирована от W1 и замкнута магнитоэлектрический прибор И.
Р
ис.2.9.
Установка для проведения опытов Фарадея
по установлению влияния
магнитного поля одной обмотки на
возникновение тока во второй. 1, 2, 3, 4-й
-номера
опытов с указанием направлений перемещений
предмета, магнита, обмоток, ножей
выключателя
Вторая обмотка W2 находится в магнитном поле первой W1, когда она обтекается током (ключ К замкнут).
В первом опыте, когда при включенном ключе К обмотка W1 обтекалось током, то во второй обмотке W2 ток отсутствовал. При разрыве и замыкании цепи первой катушки (ключом К), имели место кратковременные отклонения гальванометра И во второй катушке. Из этих наблюдений был сделан вывод о том, что электрический ток может возникнуть в замкнутой цепи, если ее провода находятся в изменяющемся магнитном поле. Другими словами: в проводах электрической цепи при изменении магнитного поля возникает (наводится) ЭДС.
Магнитное поле можно изменить не только посредством изменения тока. Оно еще изменяется: введением стали (опыт 2); перемещением самой катушки (опыт 3); перемещением постоянного магнита (опыт 4).
Таким образом, ЭДС в обмотке W2 можно получить двумя путями:
в неподвижном состоянии при изменяющемся во времени магнитном поле (опыт 1,2,3);
при ее движении в постоянном магнитном поле (опыт 3).
Возникающая электродвижущая сила в катушке W2 называется ЭДС индукции или индуктированной ЭДС. Ток, протекающий под действием этой ЭДС, называется индуктированным током. Явление возникновения индуктированной ЭДС в проводнике называется электромагнитной индукцией.
В электрических генераторах и трансформаторах на основании этого физического явления получается и преобразуется до нужного уровня по напряжению почти вся электрическая энергия, применяемая в промышленности и быту. Радиосвязь и телевидение тоже широко использует это физическое явление.