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.

Правило левой руки презентация. Правило левой руки

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Физический диктант. Причиной возникновения магнитного поля в проводнике является… Однородное магнитное поле-это… В какой точке действие магнитного поля наибольшее? Причиной возникновения магнитного поля в постоянной магните является… Неоднородное магнитное поле-это… В какой точке действие магнитного поля наименьшее? А В С I А В С

Физический диктант 4. Сформулировать правило буравчика. 5. Определить направление магнитных линий в т. О. 4. Сформулировать правило правой руки. 5. Определить направление магнитных линий в т. О. О I О I

03.05.17 Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки.

Силу, действующую на проводник с током со стороны магнитного поля, называют силой Ампера. Ампер Андре Мари (1775-1836 г.г.)

Правило левой руки для тока:

Силу, действующую на движущиеся заряженные частицы со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца Хе́ндрик А́нтон Ло́ренц (1853-1928 г.г.)

Правило левой руки для частиц:

Домашнее задание: § 45, Упр. 36 (3,4,5).

Задание 1: определить направление действия силы Ампера. N S I

Задание 2: определить направление тока в проводнике. N S I

Задание 3: определить направление действия силы Лоренца. +

Задание 4: определить направление движения частицы. —

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Урок физики 9 класс. «Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки»

Урок физики 9 класс.«Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки»Учитель физики Даузе М.Г. МБОУ «Краснохолмская сош №2 им.С.Забавина»Цели урока:Образоват…

Данная разработка полностью охватывает повторение темы магнитное поле и его графическое изображение, а также знакомит ребят с новыми понятиями, как силы Ампера и Лоренца. В данном уроке отрабаты…

«Магнитное поле физика» — Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей. Фотографирование невозможных объектов. Можно ли увидеть магнитное поле. Можно также рассматривать магнитное поле, как составляющую электрического поля. Происходить отклонение электронного пучка магнитным полем.

«Магнитное поле урок физики» — Проверьте и сделайте вывод. Цель урока. Ганс христиан эрстед (1777 – 1851). Урок физики по теме «магнитное поле тока». О б о р у д о в а н и е. Сделать вывод о причинах вращения стрелки. Систематизировать понятие «магнитное поле» с точки зрения идей мировоззренческого характера. S. Поменять полярность.

«Физика Сила Лоренца» — Классическая масса тела: © Репченко Олег Николаевич, 2005, www.fieldphysics.ru. В Полевой физике доказывается, что использование полевой добавки к массе математически эквивалентно релятивистской зависимости массы от скорости: В согласии с указанной логикой Полевая физика приводит к следующему выражению для силы Лоренца:

«Магнитное поле» — 23. Контур ориентируется в данной точке поля только одним способом. Т о к направлен к нам. qV=const. 12. 22. 4. 1.2. 3акон Био–Савара–Лапласа. Гальванический элемент.

«Направление линий магнитного поля» — Сформулируйте правило буравчика. Индукция магнитного поля. Правило буравчика. Сформулируйте правило правой руки для соленоида. Такое поле называют неоднородным. Неоднородное и однородное магнитное поле. Вопросы и задания. Майкл Фарадей (1791-1867). Действие магнитного поля на электрический ток. Если левую руку расположить так.

«Урок Магнитное поле» — Электромагниты. Цели и задачи урока. План урока. Опыт Эрстеда. Тема урока: Магнитное поле катушки с током. Магнитные спектры. Повторение Новый материал Закрепление Проверка усвоения Домашнее задание Итоги. Задачи урока: Конкретизировать знания учащихся по изучаемой теме.

Всего в теме 20 презентаций

Учитель физики Коваль В.С. 2010 г. сайт

Слайд 2

Тестовая работа

1. Когда электрические заряды находятся в покое, то вокруг них обнаруживается… А. Электрическое поле. Б. Магнитное поле. В. электрическое и магнитное поля. 2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока? А. Беспорядочно. Б. По прямым линиям вдоль проводника. В. По замкнутым кривым, охватывающим проводник. 3. Когда к магнитной стрелке поднесли один из полюсов постоянного магнита, то южный полюс стрелки оттолкнулся. Какой полюс поднесли? А.Северный. Б. Южный.

Слайд 3

Тестовая работа

4. Каким способом можно усилить магнитное поле катушки? А. Сделать катушку большего диаметра. Б. Внутрь катушки вставить железный сердечник. В. Увеличить силу тока в катушке. 5. Какие вещества из указанных ниже совсем не притягиваются магнитом? А. Стекло. В. Никель. Б. Сталь. Г. Чугун 6. Середина магнита не притягивает к себе железных опилок Магнит ломают на две части.. Будут ли концы на месте излома магнита притягивать железные опилки? А. Будут, но очень слабо. Б. Не будут.

Слайд 4

Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки.

Слайд 5

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила со стороны магнитного поля.

Слайд 6

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ для проводника с током служит для определения направления силы, 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.

Слайд 7

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ для заряженной частицы с целью 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.

Слайд 8

Закрепление

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

Слайд 9

В какую сторону отклонится электрон под действием магнитного поля?

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Электромагнитное поле

Повторим Как на опыте можно показать связь между направлением тока в проводнике и направлением линий его магнитного поля? Сформулируйте правило буравчика. Что можно определить, используя правило буравчика? Сформулируйте правило правой руки для соленоида. Что можно определить с помощью правила правой руки?

Самостоятельная работа На рисунке указано положение участка проводника, соединённого с источником тока, и положение магнитной линии. Определите её направление. + А. По часовой стрелке Б. Против часовой стрелки В. От нас Г. К нам —

Самостоятельная работа 2. На каком рисунке правильно изображена картина линий магнитного поля длинного проводника с постоянным током, направленным перпендикулярно плоскости чертежа от нас? 1 2 3 4 А. 1 Б. 2 В. 3 Г. 4

Самостоятельная работа 3. По проводнику течёт ток от нас. Определите направление магнитной линии этого тока. А. По часовой стрелке Б. Против часовой стрелки В. К нам Г. От нас

Самостоятельная работа 4 . По проводнику течёт ток на нас. Определите направление магнитной линии этого тока. А. По часовой стрелке Б. Против часовой стрелки В. К нам Г. От нас

Самостоятельная работа 5. На рисунке показана картина магнитных линий прямого проводника с током. Магнитное поле слабее всего А. В точке А Б. В точке Б В. В точке В Г. В точке Г Г Б В А

Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки.

На проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила со стороны магнитного поля.

Магнитное поле создаётся электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток.

Правило левой руки N N S S

Правило левой руки Если левую руку расположить так, чтобы: 4 пальца были направлены по току; Магнитные линии перпендикулярно входили в ладонь; то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Правило левой руки для частицы

Правило левой руки для положительно заряженной частицы 4 пальца направлены по движению + заряженной частицы; Магнитные линии перпендикулярно входят в ладонь; = отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Закрепляем Упражнение №36 с. 155

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

Слайд 4

Описание слайда:

Слайд 5

Описание слайда:

Слайд 6

Описание слайда:

Слайд 7

Описание слайда:

Теперь перейдем к определению полюсов катушки с током. Мы должны опять аналогичным способом определить направление тока. После этого делаем почти то же самое, только пальцы оставляем более прямыми, но подогнутыми. Подходим к нашей катушке и пальцы (все, кроме оттопыренного большого) направляем по направлению тока в ней т.е наши пальцы стали как бы не целыми витками катушки). При этом большой палец показывает направление на северный полюс катушки. Теперь перейдем к определению полюсов катушки с током. Мы должны опять аналогичным способом определить направление тока. После этого делаем почти то же самое, только пальцы оставляем более прямыми, но подогнутыми. Подходим к нашей катушке и пальцы (все, кроме оттопыренного большого) направляем по направлению тока в ней т.е наши пальцы стали как бы не целыми витками катушки). При этом большой палец показывает направление на северный полюс катушки. P.S. Небольшое отступление) палец так же показывает направление магнитных линий ПРОХОДЯЩИХ СКВОЗЬ катушку, И наоборот – показывает направление ПРОТИВОПОЛОЖНОЕ линиям проходящим вне катушки и «входящих в ее южный полюс.

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

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).

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

Из курса физики известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. Для определения направления этой силы используется специальное правило, называемое правилом левой руки. Поговорим кратко об этом правиле.

Сила и закон Ампера

На заряд, движущийся в магнитном поле, действует со стороны этого поля сила, называемая силой Лоренца.

Рис. 1. Сила Лоренца.

Если в магнитное поле помещен проводник с током, то силы Лоренца, действующие на движущиеся носители заряда в этом проводнике, складываются в силу, называемую силой Ампера.

Модуль силы Ампера рассчитывается по закону Ампера:

$$F= I |overrightarrow B| Δl sin alpha,$$

где:

• $F$ — модуль силы Ампера;
• $I$ — величина тока в проводнике;
• $B$ — индукция магнитного поля;
• $Δl$ — длина проводника;
• $alpha$ — угол между линиями магнитного поля и направлением тока в проводнике.

Рис. 2. Сила Ампера.

Направление силы Ампера

Обычно действие сил совпадает с направлением движения тел или с направлением на источник силы. В случае с силой Ампера ситуация иная.

Направление действия силы Ампера не совпадает ни с направлением движения тока, ни с направлением вектора магнитной индукции. Сила Ампера направлена перпендикулярно обоим этим направлениям. То есть, если линии магнитного поля направлены по вертикали, а проводник расположен горизонтально слева направо, то сила Ампера будет направлена вдоль линии «вперед-назад». Причем ее направление также будет зависеть от направлений магнитной индукции и электрического тока в проводнике. «Просто запомнить» все направления невозможно. Поэтому для силы Ампера установили специальное мнемоническое правило левой руки.

Правило левой руки

Формулировка правила левой руки для силы ампера звучит так:

Если расположить левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены по направлению движения тока в проводнике, а перпендикулярная составляющая индукции $B_{perp}$ входила в ладонь, то отставленный большой палец покажет направление силы Ампера.

Как пользоваться этим правилом? Разберем примеры.

• Допустим, проводник расположен горизонтально, и ток по нему идет вперед. Следовательно, четыре пальца левой руки надо вытянуть вперед по этому направлению.
• Теперь допустим, что линии магнитного поля направлены сверху вниз (сверху «север» подковообразного магнита, снизу — «юг»). Следовательно, левую руку надо повернуть ладонью вверх, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь и «прокалывали» ее (четыре пальца по-прежнему должны быть вытянуты вперед).
• Отставленный большой палец левой руки будет направлен влево. Это и есть направление силы Ампера для данной ситуации.

Другой пример.

• Пусть проводник расположен вертикально. А магнитное поле направлено справа налево (справа «север» магнита, слева — «юг»).
• Располагаем левую руку четырьмя пальцами вверх. Ладонь открытой стороной должна «смотреть вправо», чтобы магнитные линии входили и «прокалывали» ее.
• Отставленный большой палец покажет назад. Именно так и будет направлена сила Ампера в данном случае.

Обратите внимание, что силу Ампера порождает только перпендикулярная составляющая магнитного поля. А значит, руку надо располагать так, чтобы линии магнитного поля всегда входили в нее под углом, максимально близким к прямому.

Особым случаем является ситуация, когда направление тока и магнитной индукции совпадает. В этом случае руку невозможно расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в нее. Следовательно, силы Ампера здесь не возникнет. В самом деле, если линии магнитной индукции параллельны направлению тока, то перпендикулярная составляющая этих линий равна нулю, и значение силы Ампера в вышеприведенной формуле также равно нулю.

Рис. 3. Различные случаи применения правила левой руки.

Что мы узнали?

Для определения направления силы Ампера используется специальное мнемоническое правило левой руки. С помощью этого правила можно не только определить направление силы Ампера, но и обнаружить случай, когда сила Ампера равна нулю.

Предыдущая

ФизикаНаправление силы Ампера – кратко правило для определения направления действия

Следующая

ФизикаВидимые движения небесных тел кратко – законы Кеплера и движения планет (11 класс)

Физика — 9

• Перепишите предложения в рабочий листок и дополните их.

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

1. Возникает ли магнитное взаимодействие между параллельными проводниками, если в одном из них отсутствует ток? Почему?
2. Возникает ли сила электрического взаимодействия между параллельными проводами с током? Ответ обоснуйте.
3. 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.

Описание синхронных генераторов переменного тока

— saVRee

Введение

Генераторы синхронного переменного тока (переменного тока) являются преобладающим типом генераторов, используемых для выработки электроэнергии в энергетике промышленности. Свыше 95% всей электроэнергии, потребляемой сегодня, вырабатывается трехфазными (3 ~) электрогенераторами переменного тока. Принцип работы всех генераторов переменного тока основан на законе электромагнитной индукции Фарадея.

Дизельный двигатель, подключенный к генератору переменного тока

Закон Фарадея

Два физических законов определяют, как работает почти вся электротехническая промышленность.

1. Закон Фарадея — изменяющееся магнитное поле вызовет напряжение в любом проводнике в пределах этого поля.
2. Закон Ампера — Электрический ток , протекающий по проводнику , создает магнитное поле вокруг этого проводника .

Закон Ампера — магнитные поля, создаваемые вокруг проводников из-за протекания тока

Обычный и истинный ток (поток в отверстии)

Когда ток (измеряется в Ампер ) протекает через провод , вокруг этого проводника создается магнитное поле . Направление магнитного поля зависит от направления тока .

Правило правой руки

Правило показывает направление магнитного поля на основе условного протекания тока ( от положительного до отрицательного ). Правило правой руки называется так, потому что, если рука сжимает проводник, большой палец укажет направление потока тока , в то время как пальца , обернутые вокруг проводника, укажут направление магнитного поля .

Правило правой руки

Правило левой руки

Правило левой руки показывает направление магнитного поля на основе истинного потока тока ( отрицательного на положительный ). Большинство электрических машиностроительных отраслей используют условных потоков тока , в то время как электронных отраслей предпочитают истинных потоков тока (также известных как « потоков »). Для большинства приложений направление тока не имеет значения, поэтому историческая ошибка, сделанная при предположении, что ток течет от положительного к отрицательному, никогда не исправлялась.

Важно — в большинстве публикаций используется ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ. Если не указано иное, предполагайте обычный ток.

Правило левой руки

Правило левой руки Флеминга

Полезно знать другое правило левой руки, которое используется гораздо чаще, чем правило левой руки, упомянутое ранее; это правило левой руки называется « правило левой руки Флеминга ».

Правило левой руки Флеминга используется для определения силы , приложенной к живому (электрически заряженному) проводнику, находящемуся в магнитном поле.Правило левой руки Флеминга часто используется для определения направления вращения электродвигателей .

Правило левой руки Флеминга

Закон Фарадея

Закон Фарадея теперь будет рассмотрен более подробно, поскольку он напрямую связан с тем, как вырабатывается электроэнергии (закон Ампера будет обсуждаться позже).

Закон Фарадея гласит, что если проводник движется через магнитное поле, напряжение ( разность электрических потенциалов ) будет индуцированным в этом проводнике.Точно так же напряжение будет индуцироваться в неподвижном проводнике, если он находится в изменяющемся магнитном поле. Никакое напряжение не будет индуцироваться, если магнитное поле статическое. (не меняется).

Магнит с линиями магнитного поля

Обратите внимание, что закон Фарадея также называется « закон электромагнитной индукции ». Термины « магнитная индукция » и « электромагнитная индукция » имеют одинаковое значение и используются взаимозаменяемо.

Магнитные поля

Магнитные поля представлены серией линий, идущих от одного конца магнита к другому.

• Более сильные магнитные поля представлены плотно упакованными линиями магнитного поля.
• Более слабые магнитные поля удалены друг от друга на .

Напряженность поля магнита пропорциональна расстоянию от магнита i.е. Напряженность поля сильнее ближе к магниту и становится слабее по мере увеличения расстояния от магнита.

Проводники

Проводник — любое вещество, пропускающее ток (позволяющее течь электронам). Некоторые проводники имеют лучшие свойства проводимости и (способность проводить ток), чем другие. В электротехнике медь и алюминий являются популярными проводниками, потому что они имеют высокую проводимость .

Медная проводка (медные жилы)

Как работают генераторы переменного тока

Закон Фарадея гласит, что напряжение индуцируется в любом проводнике , помещенном в изменяющееся магнитное поле; этот процесс индукции известен как « электромагнитная индукция ». Следовательно, чтобы генерировать переменный ток (AC), мы должны либо:

1. Постоянно перемещайте проводник в постоянном магнитном поле.
2. Постоянно перемещайте магнитное поле по неподвижному проводнику.

Крупные электростанции вырабатывают электроэнергию, используя вариант «постоянно перемещать магнитное поле по стационарному проводнику». Электростанции — это не простые конструкции, но основные принципы выработки электроэнергии более чем 95% электростанций показаны ниже.

Проводник, движущийся в стационарном магнитном поле

Обратите внимание, что на изображении выше показан вращающийся проводник, но на электростанциях есть стационарные проводники и вращающиеся магниты (установка, противоположная показанной на изображении).

Для выработки энергии необходим магнит и средство непрерывного перемещения этого магнита, чтобы магнитное поле постоянно изменялось. Можно перемещать магнит вперед и назад линейно (по прямой линии), но это было бы немного непрактично и неэффективно. Самый экономичный способ поддерживать постоянное движение силовых линий магнитного поля — вращать / вращать магнита. Этого можно легко достичь, прикрепив магнит к машине, мощность которой составляет вращательного движения .Например, прикрепив выходной вал к указанным ниже машинам, а затем подключив магнит к выходному валу, мы можем передать вращательное движение машины ( механическая мощность ) на магнит:

В реальном мире вышеупомянутые машины называют «первичными двигателями », потому что они передают механическую энергию, необходимую генератору для выработки электроэнергии. Важно понимать, что «генераторы» не «генерируют» электрическую энергию. Можно только передавать энергию из одной формы в другую.

Энергия не может быть уничтожена или создана / сгенерирована ( Первый закон термодинамики )

Первичные двигатели передают механической энергии генераторам через вал и / или редуктор . Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую энергию .

Пример базовой выработки электроэнергии

Видео ниже представляет собой отрывок из нашего онлайн-видеокурса с объяснениями в области машиностроения и электротехники.

Чтобы смоделировать первичный двигатель , мы можем физически прикрепить магнит к выходному валу водяного колеса ( гидротурбина ). Вода проходит по водяному колесу, заставляя его вращаться, и, следовательно, вращается магнит. Если подача воды непрерывна, водяное колесо вращается непрерывно, как и магнит. Теперь, когда найдено средство непрерывного изменения магнитного поля, проводник должен быть помещен в изменяющееся магнитное поле, чтобы можно было индуцировать напряжение.

Базовая установка для выработки электроэнергии переменного тока

Размещение одного проводника в магнитном поле не вызовет большого напряжения внутри этого проводника, но если проводник намотан в форме катушки , можно навести гораздо большее напряжение. Чтобы сделать индукцию напряжения еще более эффективной, провод можно установить как можно ближе к к магниту. Кроме того, добавление дополнительных контуров к катушке вызовет на большее напряжение , в то время как удаление контуров из катушки вызовет на меньшее напряжение .

Когда магнит вращается и проводник помещен в магнитное поле, в проводнике будет индуцироваться напряжение. Если проводник подключен к замкнутой электрической цепи , будет течь переменного тока . Электроэнергия теперь может быть доставлена ​​/ отправлена ​​потребителям в пользование!

Базовый пример выработки электроэнергии переменного тока

Ротор генератора

Промышленные генераторы основаны на более сложных компонентах, чем простые магниты и катушки, но принципы работы генерации энергии остаются теми же.Вращающийся магнит генератора упоминается как «ротор », в то время как катушка упоминается как «статор ». Статор может выступать в роли магнита, а ротор — в качестве катушки, но эта установка в настоящее время обсуждаться не будет.

Ротор обычно состоит из серии магнитов , установленных на многослойном сердечнике из тонких стальных пластин ; тонкие стальные многослойные пластины обозначаются как « ламинаты ».Слои влияют на форму магнитного поля , потому что сталь содержит железа , которое является магнитным (способным действовать как магнит или притягиваться магнитом ). Кроме того, пластинки фокусируют магнитное поле так, чтобы как можно больше магнитных линий пересекались с проводником. Фокусировка магнитного поля повышает эффективность генератора, поскольку напряжение, индуцированное в проводнике, увеличивается по мере увеличения количества силовых линий магнитного поля, пересекающих проводник.

Для реальных приложений базовый пример «магнит, вращающийся рядом с катушкой», описанный ранее, не позволит нам удовлетворить потребности нашей цивилизации в электроэнергии. Постоянные магниты непрактичны для работы с (трудно транспортировать, представляют угрозу безопасности и т. Д.) И на дороги . Требуется альтернативная форма магнита, этому требованию удовлетворяют электромагнитов .

Совет: постоянный магнит — это магнит, у которого Северный и Южный полюса фиксированы и не меняются.Постоянные магниты также известны как «ферромагнетики ».

Постоянные магниты

Что такое закон Ампера?

Прежде чем обсуждать электромагниты, необходимо понять закон Ампера .

Закон Ампера гласит , что электрический ток , протекающий в проводнике, создает магнитное поле вокруг этого проводника. Сила создаваемого магнитного поля пропорциональна величине протекающего тока.Постоянный ток протекает в в одном направлении , и результирующее магнитное поле размером и полярности является постоянным. Переменный ток течет в двух направлениях и результаты:

1. Размер магнитного поля увеличивается и уменьшается .
2. Напряженность магнитного поля увеличивается и уменьшается .
3. Полярность магнитного поля меняется на противоположную (с севера на юг, затем с юга на север) .

Приведенные выше результаты возникают в sync с изменением направления электрического тока. Синусоидальная волна используется для обозначения силы магнитного поля с течением времени и его полярности (север положительный, юг отрицательный).

Синусоида, изменяющаяся во времени

Какая полярность? Постоянные магниты

имеют полюс Северный и Южный .Если Южный и Северный полюса магнита меняют свое положение (так, что Север становится Южным, а Юг становится Северным), полярность считается «обратной».

Электромагниты

Как упоминалось ранее, закон Ампера гласит, что «электрический ток, протекающий в проводнике, создает магнитное поле вокруг этого проводника».

Если в проводнике течет постоянный ток (DC), магнитное поле будет постоянным.

Если в проводнике течет переменный ток (AC), магнитное поле будет изменяться (расширяться и сжиматься).

Сила магнитного поля, окружающего проводник, пропорциональна величине тока, протекающего по проводнику .

Можно создать сфокусированное магнитное поле, намотав проводник в форме катушки . Если через катушку протекает ток, будут эффективно созданы северный и южный полюса на каждом конце катушки.

Магнитное поле, создаваемое током, протекающим через катушку

Электромагнит создается, когда ток течет через катушку и в результате формируются северный и южный магнитные полюса. Обратите внимание, что положение Севера и Юга можно поменять местами, если изменит направление тока на противоположное. Постоянный ток создаст фиксированных Северный и Южный полюс, потому что ток имеет только одно направление .Переменный ток создаст различных северных и южных полюсов, потому что токи протекают в двух направлениях (назад и вперед).

Если катушки установлены на роторе генератора, можно подавать электрический ток на эти катушки для создания электромагнита. Установка нескольких катушек на ротор позволяет создать несколько северных и южных магнитных полюсов. Создание магнитного поля генератора с помощью электромагнитов имеет несколько значительных преимуществ по сравнению с использованием постоянных магнитов:

• Управление током , подаваемым на электромагнит (ы), дает возможность контролировать силу магнитного поля, , таким образом, можно контролировать, сколько напряжения индуцируется в обмотках статора (проводящих катушках).
• Изменение количества катушек , используемых электромагнитом, определяет напряженность потенциального магнитного поля , которую может создать электромагнит; это важная и полезная характеристика в процессе проектирования.
• Катушки , как правило, намного легче получить , , поддерживать , и / или заменить , чем большие постоянные магниты.
• Электромагниты на дешевле по сравнению с большими постоянными магнитами.
• С электромагнитами легче обращаться с , чем с большими постоянными магнитами.

Что такое «полюса ротора генератора»?

Роторы генератора иногда упоминаются как имеющие « 2-полюсные » или « 4-полюсные » и т. Д. « полюса » относятся к северному или южному полюсу магнита. Двухполюсный ротор имеет один южный и один северный полюсы. 4-полюсный ротор имеет два северных и два южных полюса и т. Д.

Статор генератора

Проводящие катушки , окружающие ротор, вместе называются «статором ». Окружение ротора катушкой или серией катушек гарантирует, что силовые линии магнитного поля, создаваемые ротором, пересекаются с большой площадью катушки (катушек), что дает большее наведенное напряжение.

Статор с одиночной катушкой будет индуцировать однофазное (1 ~) напряжение . Установка большего количества катушек дает дополнительные фазы.« фаза » — это потенциал напряжения, измеренный на одном проводе. Наведение напряжения в 3 отдельных катушках в одно и то же время было бы непрактично, потому что электрическая система будет сильно переключаться между положительным и отрицательным напряжением, и было бы невозможно установить катушки в одном и том же физическом пространстве. Установка трех катушек на 120 градусов друг от друга позволяет индуцировать напряжение в трех отдельных катушках более сбалансированным образом. Электростанции вырабатывают трехфазное переменное напряжение.

Трехфазное переменное напряжение

Электроэнергия (P = VI)

Электрическая мощность представляется уравнением:

P = V I

Мощность = Напряжение x Ток

Из приведенного выше уравнения можно вывести, что мощность всегда будет равна 0, если значение напряжения равно 0, или если значение тока равно 0. В разомкнутой цепи нет тока , но если цепь замкнута, ток будет течь (при наличии тока).Хотя возможно наличие напряжения без тока, невозможно получить ток без напряжения. Следовательно, для выработки электроэнергии мы должны иметь как напряжение, так и замкнутую цепь для протекания тока.

Как электростанции вырабатывают электроэнергию

Независимо от того, какой тип электростанции ( электростанция ) рассматривается, более 95% из них используют фундаментальный принцип «постоянно перемещать магнитное поле по неподвижному проводнику» для выработки электроэнергии.Например:

• Угольная электростанция (и любая электростанция, работающая на ископаемом топливе ) — сжигает топлива для выделения своей химической энергии в виде тепла , которое затем используется для превращения воды в пар . Пар подается на паровую турбину , которая заставляет турбину вращаться. Результирующая механическая мощность от турбины передается на генератор через вал (и обычно редуктор ).
• Ветряная турбина — ветер проходит над лопастями ротора ветряной турбины , что приводит к вращению лопастей. Вращательное движение ( кинетическая энергия ) от лопастей передается на генератор.
• Атомная электростанция — вырабатывает тепла ( тепловой энергии ) для повышения температуры воды; затем вода подается в теплообменник. Вода на кожухе кожухотрубного теплообменника превращается в пар при нагревании; затем этот пар подается на паровую турбину , которая соединена с генератором .
• Гидроэлектростанция (плотина, гидроаккумулятор, приливный поток, приливная плотина, русло реки) — вода подается на рабочий ход турбины , который приводит во вращение рабочий литник. Бегунок соединен на валу с генератором .

Рабочее колесо и генератор гидроэлектрической турбины

• Солнечная печь — Электромагнитные волны от солнца фокусируются в определенной точке (солнечная печь ), чтобы в этой точке генерировать большое количество тепла.Теплоноситель (часто расплав соли ) поглощает тепло и передает его воде через теплообменник . Вода меняет фазу на пар , и пар подается на паровую турбину , которая соединена с генератором .

Дополнительные ресурсы

https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/physical-processes/magnetism-mcat/a/using-the-right-hand-rule

https: // en.wikipedia.org/wiki/Electricity_generation

https://www.eia.gov/energyexplained/electricity/how-electricity-is-generated.php

ампер

ампер

Закон Ампера

Проблема:

Найдите выражение для величины магнитного поля. B как функция расстояния r от центра длинной прямой цилиндрической провод радиуса R, по которому проходит ток I однородной плотности.Рассмотрим как r R.

Решение:

• Концепции:
  Закон Ампера
• Рассуждение:
  Задача обладает достаточной симметрией, чтобы найти B, используя только закон Ампера.
• Детали расчета:
  r 0 πr ² j / (2πr) = μ ₀ rj / 2.
  j = I / (πR ² ), B (r) = μ ₀ rI / (2πR ² ).
  r> R: B (r) = μ ₀ I / (2πr).
  Если ток течет в направлении z, то направление B — φ-направление.

Проблема:

По четырем длинным параллельным проводам проходят равные токи I = 5 А. Цифра вид с торца на проводники. Текущее направление на страницу в точках А и Б
и за пределы страницы в точках C и D. Рассчитайте величину и направление магнитного поля в точке P, расположенной в центре квадрата длины ребра 0.2 мес.

Решение:

• Концепции:
  Закон Ампера, принцип суперпозиции
• Рассуждение:
  Находим величину магнитного поля за счет тока в каждом проводе используя закон Ампера. Направление находится с помощью правила правой руки. Полное поле — это векторная сумма полей, создаваемых токами в отдельные провода
• Детали расчета:
  Пусть ось Y указывает вверх, а ось X — вправо.В точка P (начало выбранной системы координат) соединяет провода A и D каждый создают магнитное поле величиной μ ₀ I / (2πd), направленное в сторону провод Б. Здесь d ² = (0,1 ² + 0,1 ² ) м ² .
  Провода C и B создают магнитное поле величиной μ ₀ I / (2πd) указывает на провод D. Y-компоненты всех полей складываются, в то время как x-компоненты сокращаются. Таким образом, полное поле в точке P имеет величина
  4μ ₀ Isin (45 ^o ) / (2πd) = 80π10 ^-7 sin (45 ^o ) / (2π (0.02) ^½ ) T = 20 мкТл
  в отрицательном направлении оси y.

Проблема:

Четыре длинных токоведущих провода в одной плоскости пересекаются, образуя квадрат 40,0 см с каждой стороны, как показано на рисунке.

Величина и направление токов в трех провода (направления стрелок — направления токов) показаны на рисунке.
Найдите величину и направление четвертого тока I так что магнитное поле в центре квадрата равно нулю.

Решение:

• Концепции:
  Закон Ампера, принцип суперпозиции
• Рассуждение:
  Центр квадрата находится на одинаковом расстоянии d от каждого перпендикуляра. провод.
• Детали расчета:
  Закон Ампера дает величину магнитного поля, создаваемого током в каждый провод в центре квадрата и правило правой руки дает направление. Векторная сумма полей из-за 4 проводов равна нулю.
  Пусть ось Z направлена ​​за пределы страницы, ось X — вправо, а Ось Y вверху страницы. Тогда магнитное поле от каждого провода имеет только z-компонент в центре квадрата, B = B _z k .
  0 = -μ ₀ (10 A) / (2πd) + μ ₀ (20 A) / (2πd) — μ ₀ (8 A) / (2πd) + μ ₀ (I) / (2πd).
  I = (10-20 + 8) A = -2A
  Ток 2 А течет в отрицательном направлении оси y.

Проблема:

Эксцентриковое отверстие радиуса а просверлено параллельно оси правой круговой цилиндр радиуса b (b> a). Две оси находятся на расстояние d друг от друга. В цилиндре течет ток I ампер. Что такое магнитное поле в центре отверстия? Предположим равномерную плотность тока.

Решение:

• Концепции:
  Закон Ампера, принцип суперпозиции
• Рассуждение:
  Цилиндр радиуса а, несущий однородную плотность тока -j k наложенный на цилиндр радиуса b, несущий однородную плотность тока j k с центром меньшего цилиндра на d представляет собой эквивалент проблема.
• Детали расчета:
  Используйте закон Ампера: B ( d ) = μ ₀ πd ² j / (2πd) = Μ ₀ dj / 2.
  j = I / (π (b ² — a ² )), B ( d ) = Μ ₀ Id / (2π (b ² — a ² )).
  Направление B — это φ-направление (правило правой руки).

Проблема:

Коаксиальный кабель состоит из внутреннего проводника радиуса R = 0.5 м, разделенных внешним проводником на расстояние ΔR = 0,002 м. Внутренний проводник переносит ток I = 5 А вправо, а внешний проводник несет ток слева. Рассмотрим заштрихованную область длиной d между проводники.

(а) Найдите магнитное поле в точке заштрихованной область.
(б) Найдите поток магнитного поля через заштрихованную область.
(c) Какова собственная индуктивность коаксиального кабеля длины d и индуктивность на единицу длины кабеля?

Решение:

• Концепции:
  Самостоятельная индуктивность, Ампера закон, U = ½LI ² = (1 / (2μ ₀ )) ∫ _{B ² dV.}
• Рассуждение:
  Находим магнитное поле произвести по току из закона Ампера и решить
  ½LI ² = (1 / (2μ ₀ )) ∫ _{B ² dV для собственной индуктивности L.}
• Детали расчета:
  (а) Закон Ампера: B = μ ₀ I / (2πr) между проводниками. B охватывает внутренний провод в соответствии с Правило правой руки. Здесь r приблизительно постоянно, r = 0.5 мес.
  Следовательно, B = 2 * 10 ^-6 т.
  (б) Поток F = BdΔR = (4 * 10 ^-9 Tm) * d
  (c) L = F / I = 8 * 10 ^-10 (Tm / A) * d — собственная индуктивность длины d,
  L = 8 * 10 ^-10 (Tm ² / (Am)) = 8 * 10 ^-10 Генри / м.
  Проверить: U = ½LI ² = B ² d * 2πrΔR / (2μ ₀ ), L = B ² d * 2πrΔR / (I ² μ ₀ ) = 8 * 10 ^-10 (Генри / м) * d.

Задача:

Найдите вектор магнитного потенциала для случая длинного прямого провода. проводящий постоянный ток I. Пусть R будет радиусом провода.

Решение:

• Концепции:
  Закон Ампера, B = ∇ x A
• Рассуждение:
  На основе закона Ампера и симметрии найдено поле B длинной прямой провод. Затем мы можем найти векторный потенциал A так, чтобы B = ∇ x A .
• Детали расчета:
  Предположим, что ток течет в направлении z. потом B находится в φ-направление.
  Из закона Ампера (единицы СИ):
  ρ> R: B = μ ₀ I / (2πρ), ρ 0 jπρ ² / (2πρ) = μ ₀ Iπρ ² / (πR ² 2πρ) = μ ₀ Iρ / (2πR ² ).
  B _φ = ( ∇ x A ) _φ = ∂A _ρ / ∂z — ∂A _z / ∂ρ = — ∂A _z / ∂ρ. (Никакой зависимости от z быть не может.)
  ρ> R: ∂A _z / ∂ρ = -μ ₀ I / (2πρ), A _z = -μ ₀ I / (2π) ln (ρ / ρ ₀ )
  ρ z / ∂ρ = -μ ₀ Iρ / (2πR ² ), A _z = -μ ₀ I / (2πR ² ) (ρ ² /2) + С.
  Выберем C = 0. Тогда при ρ = R имеем
  μ ₀ I / (4π) = μ ₀ I / (2π) ln (R / ρ ₀ ), ln (R / ρ ₀ ) = ½, ρ ₀ = R * e ^-½ .

Проблема:

(a) Тонкий, бесконечный плоский проводник проводит равномерный ток на единицу длина Дж . Найдите магнитную индукцию B везде за пределами самолет.
(б) Найдите давление, необходимое для предотвращения разделения двух таких бесконечных плоские проводники, ориентированные параллельно друг другу и несущие одинаковые, но противоположно направленные токи.

Решение:

• Концепции:
  Закон Ампера
• Рассуждение:
  Используйте закон Ампера и симметрию, чтобы найти B .∮ _Γ B ∙ d r = μ ₀ I _{через Γ} .
• Детали расчета:
  а) Пусть проводник лежит в плоскости xy, а ток течет в плоскости Y-направление ..
  
  j = j л / л. B = B x / x, z> 0, B = -B x / x, z <0, 2Bl = μ ₀ jl, B = μ ₀ j / 2.

  (б) Предположим, что второй плоский проводник находится в точке z = d, с j = -j л / л.
  F = jdx d l x B является силы на сечении плоскости dxdy = dxdl.
  F / A = jB z / z = μ ₀ j ² /2 z / z.
  P = F / A = jB = μ ₀ j ² /2. Чтобы самолеты не расходились, сила на единицу площади верхнего листа должна иметь величину μ ₀ j ² /2 и направьте вниз.

5.8 Магнитные поля, создаваемые током: закон Ампера

Магнитное поле, создаваемое токопроводящим соленоидом

Соленоид — это длинная катушка с проводом (с большим количеством витков или петель, в отличие от плоской петли). Из-за своей формы поле внутри соленоида может быть как очень однородным, так и очень сильным. Поле сразу за катушками почти равно нулю. На рис. 5.33 показано, как поле выглядит и как его направление задает RHR-2.

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

Магнитное поле внутри соленоида с током очень однородно по направлению и величине. Только ближе к концам он начинает ослабевать и менять направление. Поле снаружи имеет те же сложности, 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 {size 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 12 {l} {} — длина).Обратите внимание, что BB размер 12 {B} {} — это напряженность поля в любом месте однородной области интерьера, а не только в центре. Как следует из примера 5.7, с соленоидами возможны большие однородные поля, распределенные по большому объему.

Пример 5.7 Расчет напряженности поля внутри соленоида

Что такое поле внутри соленоида длиной 2,00 м, имеющего 2000 петель и пропускающего ток 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»} {} Сначала отметим, что количество петель на единицу длины составляет

5,28 n = Nl = 2,0002,00 м = 1000 м-1 = 10 см-1, n = Nl = 2,0002,00 м = 1,000 м-1 = 10 см-1. размер 12 {n rSup {размер 8 {- 1}} = {{N} больше {l}} = {{«2000»} больше {2 «.» «00» m}} = «1000» «m» rSup {size 8 {- 1}} = «10» «cm» rSup {size 8 {- 1}} «.» } {}

Решение

Подстановка известных значений дает

5.29 B = μ0nI = 4π × 10−7T⋅m / A1,000m − 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 ​​над соленоидом большого диаметра, например, при использовании в медицине магнитно-резонансной томографии (МРТ). Однако очень большой ток указывает на то, что поля такой силы нелегко получить. Такой большой ток через 1000 петель, сжатых до метра, приведет к значительному нагреву. Более высокие токи могут быть достигнуты с помощью сверхпроводящих проводов, хотя это дорого.Существует верхний предел тока, потому что сверхпроводящее состояние нарушается очень сильными магнитными полями.

Применение научных практик: заряженная частица в магнитном поле

Зайдите сюда и запустите апплет моделирования «Частица в магнитном поле (2D)», чтобы исследовать магнитную силу, которая действует 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 ходе 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 отличался бы от пути отрицательной частицы в магнитном поле?
• Какие величины определяют свойства пути частицы?
• Если бы вы пытались измерить массу заряженной частицы, движущейся в магнитном поле, что бы вам нужно было измерить относительно ее пути? Вам нужно было бы увидеть, как он движется с разными скоростями или через разную напряженность поля, или было бы достаточно одной попытки, если бы ваши измерения были правильными?
• Может ли удвоение заряда изменить путь через поле? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.
• Изменит ли удвоение скорости путь через поле? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.
• Изменит ли удвоение напряженности магнитного поля путь через поле? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.
• Может ли увеличение массы изменить путь? 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, изогнутый в круг. Поле внутри тороида очень сильное, но круглое. Заряженные частицы движутся по кругу, следуя силовым линиям, 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 создает большую напряженность поля и может существенно повлиять на форму поля.Ферромагнитные материалы имеют тенденцию улавливать магнитные поля (силовые линии изгибаются в ферромагнитный материал, оставляя более слабые поля за его пределами) и используются в качестве экранов для устройств, на которые неблагоприятно влияют магнитные поля, в том числе магнитное поле Земли.

Причина магнетизма — вопросы и ответы в МРТ

Магнитные свойства вещества Что вызывает магнетизм?

Магнетизм — фундаментальное свойство природы.Поскольку не существует «Единой теории физики», наши знания о магнетизме, как и обо всем остальном, являются неполными. Угловые моменты электронов (и, в меньшей степени, ядер) придают некоторые магнитные характеристики всем материалам. Однако магнетизм простирается как поле далеко за пределы атомного уровня и тесно связан с электрическими явлениями. Любой ток, движущийся заряд или изменяющийся электрический потенциал также создают магнитное поле.

Магнитные силовые линии, исходящие от стержневого магнита.

Кусок магнитного камня, притягивающий куски железа.

Для древних магнетизм был признанной, но загадочной силой. Греки, живущие в Магнезии, время от времени находили редкие и чудесные буровато-черные камни, которые притягивали предметы из железа. Известные как магнитов, , , , это были куски оксида железа (магнетита), в которые, вероятно, ударила молния.Подобные камни были обнаружены в Азии, и к XII веку китайцы использовали их для изготовления компасов для навигации. Сегодня даже маленькие дети знакомы с притяжением и отталкиванием ручных постоянных магнитов, современных преемников магнитов.

Сегодня мы понимаем, что статические магнитные поля, связанные с магнитами и постоянными магнитами, в основном возникают из общего углового момента электронов в этих материалах.Одинокие электроны обладают спином , квантованным фундаментальным свойством природы, обозначаемым буквой S . В дополнение к S , электроны, вращающиеся вокруг ядра, также обладают орбитальным угловым моментом (L) . Вместе S + L = J , или полный угловой момент , является свойством, в первую очередь отвечающим за объемный магнетизм. Ядра и другие субатомные частицы также обладают спиновым угловым моментом, но этот эффект слишком слаб, чтобы влиять на общие магнитные свойства материала.

Связь между электричеством и магнетизмом не была оценена до 1819 года, когда датский физик Ганс Кристиан Эрстед случайно заметил отклонение компаса на соседнем столе во время экспериментов с электрическими токами в своей лаборатории. В 1826 году Андре-Мари Ампер формально продемонстрировал взаимосвязь между током и силой результирующего магнитного поля ( B ), направление которого определяется правилом правой руки .

Закон Ампера и правило правой руки Флеминга. Когда большой палец указывает в направлении тока, пальцы сгибаются в направлении B.

Принцип магнитной индукции Фарадея-Ленца. В катушке создается напряжение (В), пропорциональное скорости изменения магнитного поля (дБ / дт). Индуцированный ток противостоит приложенному полю. Уравнения Максвелла. Все результаты в классическом электромагнетизме могут быть получены из этих четырех уравнений вместе с законом силы Лоренца!

Не только электрические токи создают магнитные поля, но изменяющиеся магнитные поля индуцируют электрические токи . В 1831 году Майкл Фарадей продемонстрировал принцип магнитной индукции , измерив напряжение ( В, ), создаваемое в катушке движущимся магнитом.Три года спустя Генрих Ленц показал, что индуцированный ток был направлен против изменения магнитного потока. Полученный Закон Фарадея-Ленца можно записать В ∝ — ( дБ / dt ) , где дБ / дт представляет собой скорость изменения магнитного поля. Отрицательный знак отражает принцип Ленца, согласно которому индуцированный ток создает «встречное поле» в направлении, противоположном B . Во второй половине XIX века ряд европейских физиков разработали дополнительные детали электромагнитных явлений. Их имена легендарны — Карл Фридрих Гаусс, Хендрик Антун Лоренц, Йозеф Генри, Генрих Герц и другие. Джеймс Клерк Максвелл внес, пожалуй, самый важный вклад в объединение магнетизма, электричества и света в рамках общей теории электромагнитного поля, основанной на волнах.

В ХХ веке Альберт Эйнштейн успешно преобразовал уравнения Максвелла в релятивистскую структуру.Пол Дирак, Энрико Ферми, Ричард Фейнман и другие впоследствии интегрировали магнетизм в квантовую механику, создав новое поле Квантовая электродинамика (QED) . В 21 веке границы теории расширяются, чтобы объяснить магнитное поведение как на очень больших (размер галактики), так и на очень малых (суб-субатомных) уровнях. Тем не менее, не существует единой модели, объясняющей все электромагнитные явления.

Расширенное обсуждение (показать / скрыть) »

В переводе на слова четыре уравнения Максвелла по порядку означают: 1) везде, где существует заряд, электрическое поле E расходится от него или внутрь него; 2) силовые линии магнитного поля ( B ) могут существовать только в замкнутых контурах; 3) электрическое поле ( E ) создается изменяющимся магнитным полем ( дБ / dt ) и 4) либо постоянный ток, либо изменяющееся электрическое поле создает циркулирующее магнитное поле.

Направление магнитного поля вокруг токонесущего класса 12, физика JEE_Main

Подсказка: Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны сначала знать различные правила, которые потребуются для объяснения направления магнитного поля. Итак, чтобы начать ответ на этот вопрос, мы должны определить правила. На основе объяснения каждого из правил мы должны выбрать ответ.

Полный пошаговый ответ:
Мы должны знать, что направление магнитного поля, которое создается в определенной точке проводником с током, объясняется одним из следующих правил, упомянутых ниже:
Правило плавания Ампера — Мы знаем, что это правило гласит, что если человек плывет по проводнику с током, который находится в направлении тока, то северный полюс магнитной стрелки, которая находится под проводом, всегда будет отклоняться в сторону левой руки. тот человек.
Правило правой руки Флеминга. Это правило гласит, что если мы держим токопроводящий проводник в правой руке, а большой палец должен указывать в направлении тока, то направление силовых линий всегда будет в направлении пальцев.
Правило пробкового винта Максвелла — это правило гласит, что если правосторонний штопор, ось которого совпадает с токопроводящим проводом, то винт, если его повернуть, продвигается в направлении тока, то есть направление, в котором будет вращаться винт. большой палец даст направление силовых линий магнитного поля.
Итак, из приведенного выше объяснения ясно, что направление магнитного поля вокруг проводника с током определяется правилом правой руки Флеминга, правилом пробкового винта Максвелла и правилом плавания Ампера.

Следовательно, варианты A, C и D верны.

Примечание: Магнитное поле определяется как любое векторное поле, которое будет описывать магнитное влияние на электрический заряд любых других движущихся зарядов или, мы также можем сказать, для любых намагниченных материалов.
Мы всегда должны помнить, что заряд, который будет двигаться в магнитном поле, будет испытывать силу, перпендикулярную индивидуальной скорости, а также магнитному полю.

Правило для правой ручки | IamTechnical.com

Рисунок, иллюстрирующий правило правого захвата. Показаны токоведущий провод с его магнитным полем и стрелка, указывающая на правило правого захвата.

Правое правило руки – Флеминга (для генераторов) показывает направление индуцированного тока, когда проводник движется в магнитном поле.Его можно использовать для определения направления тока в обмотках генератора.

Это правило позволяет вам предсказать направление кругового магнитного поля, которое создается вокруг проводника, когда по нему течет ток.

Направьте большой палец правой руки в направлении (обычного) потока тока, а затем обхватите пальцами провод. Теперь ваши пальцы указывают в том же направлении, что и круговое магнитное поле вокруг проводника.

Правило

Ампера для правого винта (также называемое правилом правостороннего захвата , правилом для кружки или правилом штопора ) используется либо тогда, когда необходимо определить вектор (например, вектор Эйлера) для представления вращение тела, магнитного поля или жидкости, или наоборот, когда необходимо определить вектор вращения, чтобы понять, как происходит вращение.Он показывает связь между током и линиями магнитного поля в магнитном поле, созданном током.

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

Эта версия правила используется в двух дополнительных приложениях кругового закона Ампера:

1. Электрический ток проходит через соленоид, создавая магнитное поле.Когда правая рука обхватывает соленоид пальцами в направлении обычного тока, большой палец указывает в направлении северного магнитного полюса.
2. Электрический ток проходит по прямому проводу. Захват провода указывает большим пальцем в направлении обычного тока (от положительного к отрицательному), в то время как пальцы указывают в направлении линий магнитного потока. Направление магнитного поля (против часовой стрелки, а не по часовой стрелке, если смотреть с кончика большого пальца) является результатом этого соглашения, а не лежащим в основе физическим явлением.Большой палец указывает направление тока, а пальцы — направление магнитных силовых линий.

Правило также используется для определения направления вектора крутящего момента. При захвате воображаемой оси вращения вращающей силы так, чтобы ваши пальцы указывали в направлении силы, вытянутый большой палец указывал в направлении вектора крутящего момента.

Приложения:

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

• Для вращающегося объекта, если пальцы правой руки следуют кривой точки на объекте, то большой палец указывает вдоль оси вращения в направлении вектора угловой скорости.
• Крутящий момент, сила, которая его вызывает, и положение точки приложения силы.
• Магнитное поле, положение точки, в которой оно определяется, и вызывающий его электрический ток (или изменение электрического потока).
• Магнитное поле в катушке с проволокой и электрический ток в проволоке.
• Сила магнитного поля на заряженной частице, само магнитное поле и скорость объекта.
• Завихренность в любой точке поля течения жидкости.
• Индуцированный ток от движения в магнитном поле (известный как правило правой руки Флеминга).
• Единичные векторы x, y и z в декартовой системе координат могут быть выбраны в соответствии с правилом правой руки. Правые системы координат часто используются в твердотельном теле и кинематике.

Лоуренс Ло. Ампер Сила. 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 левая рука расположена так, что четыре вытянутых пальца указывают направление скорости положительного заряда, а вектор магнитной индукции входит в ладонь вашей руки, то большой палец, согнутый на 90 градусов, 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, равномерно движется вдоль этих линий.Вращение отрицательного заряда по кругу происходит в направлении, противоположном вращению положительного заряда (рис. С).

1. Как, зная силу Ампера, можно 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 линейно в магнитном поле? 5.Докажите, что период обращения заряженной частицы по окружности в поперечном магнитном поле не зависит от ее скорости.

В физике и электротехнике широко используются различные приемы и методы для определения одной из характеристик магнитного поля — направления напряжения. Для этого используется закон буравчика, правой и левой руки. Эти методы дают довольно 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 заключается в совпадении направления магнитного поля с направлением ручки буравчика при условии, что буравчик вкручен правой резьбой по направлению электрического тока. Это правило касается соленоидов. В этом случае большой палец правой руки указывает направление линий. При этом соленоид застегивается так, что пальцы указывают направление тока в его витках.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.

С подвижным проводником силовые линии перпендикулярны ладони.Большой палец вытянут перпендикулярно и указывает направление движения проводника. Остальные четыре выступающих пальца расположены по направлению индукционного тока.

Линейка левой

Среди таких приемов, как правило, буравчика, правой и левой руки следует отметить правило левой руки. Чтобы это правило сработало, необходимо расположить левую ладонь так, чтобы направление четырех пальцев было в направлении 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 находится между двумя магнитами, и через него пропускается электрический ток.

Правило левой руки также сформулировано таким образом, что четыре пальца левой руки расположены в направлении движения положительных или отрицательных частиц электрического тока.Линии индукции, как и в других случаях, должны быть перпендикулярны ладони и входить в нее. Большой выступающий палец указывает направление силы Ампера или Лоренца.

Магнитное поле действует на проводник с током. Возникающая при этом сила называется силой ампер ампер.

Амперная сила действует на проводник с током в магнитном поле.

Мы изучаем, от чего зависит модуль и направление данной силы.Для этого 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 включать его в электрическую цепь, ток 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.Давайте увеличим силу тока в проводнике в 2 раза и увидим, что сила, действующая на проводник, также увеличивается в 2 раза. Любые другие изменения тока в проводнике вызовут соответствующее изменение силы, которая действует. на проводнике. Сопоставление результатов позволяет сделать вывод, что сила F , действующая в магнитном поле на проводник с током, пропорциональна силе тока I в нем:

Амперная сила пропорционально силе тока в проводнике.

Поместите еще один магнит рядом с первым. Длина части проводника, находящейся в магнитном поле, увеличится примерно в 2 раза. Величина силы, действующей на проводник, также увеличится примерно вдвое. Таким образом, мощность F , действующая на проводник с током в магнитном поле, пропорциональна длине проводящей части Δ. л в магнитном поле:

F ~ Δ л.

Амперная сила пропорционально длине активной части проводника.

Сила также увеличится, когда мы применим другой, более «сильный» магнит с большей магнитной индукцией. Это позволяет сделать вывод, что зависимость силы F от индукции магнитного поля B:

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 сила будет равна нулю. Отсюда нетрудно сделать вывод о зависимости амперной силы от угла между магнитной индукцией и проводником.

Окончательная формула для расчета амперной силы будет иметь вид

Ф А = БИ Δ л. грех α .

Направление ампер силы определяется правилом левой руки (рис.6.17).

Правило левой руки. Если вы поместите левую руку так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца указывали направление тока, то большой палец, расположенный в стороны, покажет направление силы, действующей на проводник с током.