Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ.doc
Скачиваний:
79
Добавлен:
16.12.2018
Размер:
1.21 Mб
Скачать

8. Взаимодействие параллельных токов.

Рассмотрим два длинных прямолинейных проводника, расположенных параллельно друг другу на расстоянии r0. Опыт показывает, что при пропускании по проводнику электрического тока они либо притягиваются (если I1 и I2 направлены в одну сторону) или отталкиваются (если I1 и I2 направлены в противоположные стороны). Взаимодействие параллельных токов легко объяснить, если учесть, что каждый из проводников создаёт магнитное поле, которое действует по закону Ампера на другой проводник с током.

Рассмотрим случай, когда токи идут в одном направлении. Найдем силу, с которой магнитное поле тока I1 действует на участок длиной l второго тока. Если расстояние между проводниками r0 много меньше длины проводника, то напряжённость H1 можно найти по формуле для бесконечно длинного проводника.

Н1 – напряжённость поля, созданная током I1 в том месте, где находится второй проводник (вектор Н1 направлен перпендикулярно за чертеж).

Если магнитная проницаемость среды , то

(1)

По закону Ампера: сила, действующая на второй проводник в поле В1 равна

(2)

1 перпендикулярен I2, угол =0)

Подставляя (2) в (1) получим:

(3)

Аналогичное выражение можно получить и для силы F1,2, действующей на проводник I1 в магнитном поле второго проводника. Направление силы определяется по правилу левой руки. В нашем случае сила F2,1 направлена в сторону проводника I1, то есть проводники притягиваются.

Мы уже пользовались единицей силы тока – ампер. Эта единица, наряду с тремя механическими единицами (кг, м, сек) является основной в системе СИ и устанавливается на основе взаимодействия параллельных проводников с током (формула 3).

В системе СИ коэффициенты k1 и k2 полагаются равными:

, k2 = 1

(СИ) (4)

Ампер – сила такого постоянного тока, при прохождении которого по двум прямолинейным параллельным проводникам бесконечной длины, находящимися в вакууме на расстоянии 1м друг от друга, сила электромагнитного взаимодействия равна Н на каждый метр длины проводника.

F = 2.10-7 H,  = 1, I1 = I2 =1A, rо =1м, l = 1м.

Используя эти значения, из формулы (4) можно определить значение 0:

,

Используя основную электрическую единицу – 1Ампер, можно на основании соответствующих формул ввести единицы измерения всех других электромагнитных величин.

Напряжённость поля прямого тока

В СИ ,

Единица напряжённости в СИ - .

- напряжённость магнитного поля создаваемая прямым током в 1А на расстоянии

I = 1А, , H = 1.

Индукция магнитного поля в вакууме:

Ввак = 0Н = 4 . 10-7 Н

При H = 1 , В = 4 . 10-7 Тл.

Единица индукции – тесла (Тл).

9. Сила, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле (Сила Лоренца).

Мы знаем, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. Но всякий ток есть перемещение заряженных частиц. Естественно сделать вывод, что силы, действующие на проводник с током в магнитном поле, обусловлены силами, действующими на отдельные движущиеся заряды. Этот вывод подтверждается рядом опытов (например, электронный пучок в магнитном поле отклоняется).

Найдём выражение для силы, действующей на заряд, движущийся в магнитном поле, исходя из закона Ампера.

(1)

(2)

Здесь I – сила тока, протекающего через проводник,

Q – величина полного заряда протекшего за время t,

q – величина заряда одной частицы,

N –общее число заряженных частиц, прошедших через проводник объемом V, длиной l и сечением S,

n – число частиц в единице объема,

v – скорость частицы.

Подставляя (2) в (1) получим:

(3)

Направление вектора dl совпадаёт с направлением скорости v, поэтому их можно поменять местами.

(4)

Эта сила действует на все движущиеся заряды в проводнике длиной dl и сечением S, число таких зарядов:

Следовательно, сила, действующая на один заряд, будет равна:

- сила Лоренца (5)

Величина силы Лоренца

(6)

где угол между векторами v и B.

Направление силы Лоренца определяется, как и обычно для векторного произведения. Для положительных зарядов – правило правого винта. Для отрицательных – обратное направление.

Сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно к скорости движения заряда и поэтому не изменяет величины скорости, и, следовательно, не совершает работы. Сила Лоренца изменяет только направление скорости движения заряда, то есть является центростремительной.