Магнитное поле проводника с током
Р |
Если по проводнику течет ток, то связанное с этим проводом магнитное поле будет изображаться магнитными линиями в виде концентрических окружностей, направление которых определяется правилом буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то вращение рукоятки покажет направление магнитной линии (рис.9). Каждый провод, по которому течет ток, окружен своим собственным магнитным нолем. Если в соседстве с проводом, по которому течет ток, окажется другой провод с током, то эти провода будут взаимодействовать с определенной силой, так как основным признаком магнитного поля является действие его с определенной механической силой на токи, оказавшиеся в пространстве, где распространено это магнитное поле. |
ис.9Пусть имеются два провода с одинаковыми по величине токами и расположены они в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа (рис. 10 и 11).
Рис.10. |
На рис.10 взаимодействуют два проводника с токами противоположных направлений. Между проводами магнитные линии идут в одном направлении, а в таком случае они отталкиваются друг от друга, и силы отталкиваний F1 F2, равные друг другу, приложены к проводам. |
На рис. 11 показаны два провода с токами одного направления. В пространстве между проводами линии магнитного поля направлены встречно (рис.11,а). Результирующее магнитное поле в этой части пространства отсутствует, а во всем остальном пространстве магнитное поле имеется (рис.11,б). Так как магнитные линии стремятся сократиться по длине, то естественно, что провода с токами одного направления притягиваются.
Рис.11а. |
Рис.11,б |
Магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в магнитном поле с силой F = BIl.
Рис.12 |
Два параллельных проводника с токами I1 и I2 находятся на расстоянии а (рис.12). Магнитное поле проводника 1 действует на проводник 2 с силой F1=B1I2l.
Так
как
С такой же силой магнитное поле провода 2 будет действовать на провод 1. |
,
то
.Проводник в магнитном поле
Рис.13. |
Определим направление этой силы. На рис. 13,а изображено магнитное поле между полюсами постоянного магнита и магнитное поле проводника с током, находящегося в этом магнитном поле (магнитные линии его — пунктирные линии). В верхней части рисунка магнитные линии обоих полей направлены навстречу друг другу, и результирующий магнитный поток будет равен разности магнитных полей. В нижней части рисунка магнитные линии обоих полей идут в одном направлении, и результирующий магнитный поток равен сумме магнитных линий. С учетом этого на рис. 13,б и изображено результирующее магнитное поле. |
Так как силовые линии магнитного поля стремятся сократиться по длине, то в данном случае сила F, с которой магнитное поле действует на проводник с током, направлена вверх. Правило левой руки:
Рис.14 |
если ладонь левой руки расположить так, чтобы магнитные линии входили в нее, а четыре вытянутых пальца направить по направлению тока в проводе, то отогнутый большой палец левой руки укажет направление электромагнитной силы F (рис.14). |
Если между направлениями вектора магнитной индукции B и тока в проводнике угол α ≠ 90º, то электромагнитная сила
F=BIl·sinα.
Магнитное поле тороида (кольцевой катушки)
|
На рис. 14 изображен тороид, имеющий W витков, распределенных равномерно по тороиду. Средняя магнитная линия тороида имеет радиус R. Пользуясь законом полного тока, можем написать ΣI =Iw = H·2πR=Hl |
Рис.14где Iw — сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную магнитной линией, которая имеет длину l = 2πR;
H — напряженность магнитного поля в любой точке магнитной линии.
Тогда: напряженность магнитного поля H= Iw/l;
магнитная индукция В = μаH= μа·Iw/l;
магнитный поток, который заключен внутри сечения тороида S
Ф = ВS = μаHS= μа·I·w·S/l
За пределами сечения тороида нет магнитного поля.
Цилиндрическую катушку (соленоид) можно рассматривать как часть тороида, имеющего бесконечно большой радиус (рис. 14).
|
Напряженность магнитного поля в центре соленоида можно подсчитать по формуле H= Iw/l. Эту формулу следует применять для соленоида, длина которого l значительно больше его диаметра d. Рис.15. |
Произведение тока на число витков (Iw) называется ампер-витками. Тогда напряженность магнитного поля равна числу ампер-витков, приходящихся на единицу длины (один метр) соленоида. Эту величину называют еще удельными ампервитками.
Полярность соленоида можно определить по правилу буравчика (рис.16,а) или т. н. правилом правой руки: если ладонь правой руки наложить на соленоид так, чтобы направление пальцев совпадало с направлением тока в витках соленоида, то отогнутый большой палец укажет северный полюс соленоида (рис.16,б).
Правило буравчика
|
|
а)
б)Рис.16