Сила Ампера и сила Лоренца – формулы и определение правила правой руки кратко (9 класс)
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 391.
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 391.
Из курса физики 9 класса известно, что электрический ток — это движение заряженных частиц. Опыты показывают, что при движении заряженные частицы взаимодействуют с магнитным полем. Рассмотрим особенности этого взаимодействия.
Сила Ампера и сила Лоренца
Если рассмотреть устройство любого электрического двигателя, то в нём всегда можно найти два элемента:
- статор, создающий магнитное поле;
- ротор, двигающийся под действием статора и состоящий из рамок, проводящих электрический ток.
Магнитное поле, создаваемое статором, порождает силу, которая действует на рамку с электрическим током и поворачивает ее. Сила, которая при этом возникает, называется силой Ампера — именем физика, открывшего ее.
Если ток в рамке исчезнет, то и сила Ампера также уменьшится до нуля. А поскольку ток — это движение заряженных частиц, то можно предположить, что сила Ампера возникает при действии магнитного поля на заряженные частицы, и проводник здесь не обязателен.
Опыт полностью подтверждает это предположение. Если в вакууме создать поток заряженных частиц (как правило, электронов) и направить их через магнитное поле, то траектории движения перестанут быть прямыми. А при определенных соотношениях скоростей и силы магнитного поля траектории могут даже стать окружностями или спиралями.
Рис. 2. Движение зарядов в магнитном поле.Сила Ампера, действующая на проводник с током, возникает потому, что магнитное поле действует на заряды, движущиеся в проводнике. Этот механизм возникновения силы Ампера был открыт физиком Х. Лоренцем, и поэтому сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле, была названа его именем.
Можно спросить: определяет ли сила Лоренца закон Ампера? Ответ утвердителен: да, определяет.
Формулы силы Ампера и силы Лоренца
Поскольку сила Ампера — это результат действия силы Лоренца, то и формулы, описывающие эти силы, близки, единицы измерения одинаковы. Сила Ампера и сила Лоренца пропорциональны величине перпендикулярной составляющей индукции $B_\perp=Bsin\alpha$, следовательно, эта часть в обеих формулах будет общей. Кроме того, обе этих силы пропорциональны величине заряда и его скорости движения. То есть формула силы Лоренца примет вид:
$$F_L = qBv sin \alpha$$
Формула силы Ампера будет аналогичной, место заряда займет величина тока $I$ (поскольку ток равен отношению заряда, проходящего по проводнику, ко времени прохождения), место скорости займет длина проводника $Δl$ (поскольку скорость равна отношению длины, которую прошел заряд, ко времени этого прохождения). В результате формула силы Ампера примет вид:
$$F_A = I B Δl sin \alpha$$
Направление силы Ампера и силы Лоренца
В отличие от многих других сил, направление силы Лоренца (а значит, и силы Ампера) не совпадает с направлением движения носителя и не совпадает с направлением на источник магнитного поля.
Если расположить левую руку так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали на направление движения положительных зарядов (направление тока), а магнитные линии входили в ладонь, «прокалывая» ее, то отставленный большой палец укажет направление действия силы Лоренца (или Ампера).
Например, если линии магнитного поля направлены сверху вниз, то руку надо располагать ладонью вверх. Теперь, если проводник с током направлен вперед и мы расположим четыре вытянутых пальца вперед, то отставленный большой палец укажет направление справа налево. Это и будет направление силы Ампера, действующей на данный проводник, или силы Лоренца, если двигаются заряды.
Что мы узнали?
На заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца. Поскольку электрический ток — это упорядоченное движение зарядов, то на проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера, которая представляет собой сумму сил Лоренца, действующих на движущиеся в проводнике заряды.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 391.
А какая ваша оценка?
1.3 Силы Ампера и лоренца
Сила Ампера
На всякий проводник с током, помещённый в магнитное поле и не совпадающий с линиями магнитной индукции этого поля, действует некоторая сила, называющаяся сила Ампера.
Сила действия однородного магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником
Для определения направления действия силы, можно использовать правило левой руки:
Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник с током.
Сила Лоренца
Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. Магнитное поле создаётся движущимися электрическими зарядами, а значит и на заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле будет действовать некоторая сила, называемая — сила Лоренца.
Так как за направление тока взято направление движения положительных зарядов, то и сила будет похожа, на силу Ампера.
Для определения направления действия силы, можно использовать правило левой руки:
Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению движения заряженной частицы, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на положительно заряженную частицу.
Если заряд отрицательный, сила направлена в противоположную сторону.
Электромагнитная индукция
Замкнутый контур в магнитном поле пронизывает магнитный поток.
Магнитный поток, или поток вектора магнитной индукции − скалярная величина, которая количественно описывает прохождение магнитного поля через некоторую поверхность. Обозначается буквой Ф. Единица измерения в СИ — вебер (Вб).
Магнитный поток однородного магнитного поля через плоский замкнутый контур определятся как:
Φ = BScosα
где:
В — магнитная индукция поля,
S — площадь контура
α — угол между В и n (нормалью площади поверхности контура)
ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ
При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.
Направление индукционного тока в контуре определяется правилом Ленца:
Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван.
электромагнетизм — закон силы Лоренца и закон силы Ампера
Задавать вопрос
спросил
Изменено 5 лет, 3 месяца назад
Просмотрено 1к раз
$\begingroup$
Закон силы Лоренца определяет силу магнитного поля, действующую на движущуюся заряженную частицу, а закон силы Ампера определяет силу магнитного поля, действующую на провод с током. Я пытаюсь понять связь между этими законами. Предположим, у нас есть горизонтальная проволока с током и либо движущаяся заряженная частица, либо проволока с током над ней:
Токи показаны оранжевым цветом, движущиеся частицы — черным, а силы — синим.
Правильно ли я думаю, что сила, действующая на движущуюся частицу, должна быть такой же, как сила, действующая на провод, потому что в проводе есть движущиеся заряженные частицы? Если это так, то я столкнулся с трудностью: согласно странице википедии, посвященной закону силы Апера, сила между двумя элементами тока направлена вдоль линии между двумя элементами тока, см. это уравнение. Это означает, что сила равна нулю, если провода перпендикулярны. Однако сила Лоренца частицы, движущейся к проволоке, кажется направленной параллельно проволоке и отличной от нуля.
Где я ошибаюсь?
- электромагнетизм
- магнитостатика
$\endgroup$
$\begingroup$
Не уверен, что уместно отвечать на свой вопрос, но я нашел ответ. Уравнение в Википедии применимо только к двум замкнутым контурам. Для силы одной замкнутой цепи на элемент тока отсутствует термин. Этот член исчезает при интегрировании по замкнутой цепи.
$\endgroup$
1
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
О связи между силой Ампера и силой Лоренца
Заголовки статей
Оценка пригодности земли для выращивания хлопка на основе ГИС-технологий
стр.1309
Исследование конструкции Доказательство принципа «содержит и отталкивает»
Три положительных периодических решения нелинейных функционально-дифференциальных уравнений с импульсными эффектами
стр.1319
Необходимое условие оптимальности многоцелевого программирования при ограничениях включения
стр.
1322
О связи между силой Ампера и силой Лоренца
Исследование безопасности мобильного агента прикладного программного обеспечения на открытой платформе
стр.1332
Прогноз владения транспортным средством в провинции Хунань на основе основного компонента и нейронной сети BP
стр.1337
Факторы, ведущие к финансовому кризису бизнес-моделей предприятий, ориентированных на инновации (BMIE)
стр.1342
Размышление о сетевой краже выполнено
стр.
