Количественный расчет силы, действующей на ток в магнитном поле.
В 1.3 было показано, как выглядит картина линий поля, когда провод с током находится во внешнем магнитном поле. Круговые линии создаваемого током магнитного поля усиливают линии внешнего поля по одну сторону тока и ослабляют по другую. В соответствии с нашей моделью, приписывающей линиям поля упругие свойства, провод будет выталкиваться в область более слабого поля. В случае показанных на рисунке 5 направлений напряженности магнитного поля и электрического тока провод будет выталкиваться с силой F влево. Когда в 1.2 рассматривалась сила магнитного взаимодействия двух параллельных токов, было высказано утверждение, что выводимое из эксперимента уравнение имеет вид
В этом пункте будет рассмотрена модель магнитного поля, создаваемого одним из токов, с которым другой ток мог бы взаимодействовать. Теперь по формуле для напряженности В магнитного поля, создаваемого длинным прямолинейным проводом, по которому идет ток I1 Эта формула представляет собой часть формулы для силы взаимодействия двух проводов. Теперь ее можно записать в
следующем виде: Сила, действующая на направленный перпендикулярно к напряженности магнитного поля ток, равна Если ток не перпендикулярен к линиям магнитного поля, эта сила становится меньше. В самом деле, сила обращается в нуль, когда ток параллелен полю. Качественно к этому заключению можно прийти с помощью правила правой руки и нашей модели взаимодействующих полей. На рисунке 6 показаны линии поля, создаваемого током, который направлен параллельно внешнему полю.
Результирующее поле по какую-нибудь одну сторону от провода не сильнее, чем по другую, и поэтому мы не можем ожидать, что к проводу будет приложена какая-то сила. Количественный способ описания такой геометрической зависимости состоит использовании векторного произведения. Действующая на ток сила представляет собой вектор, и он пропорционален произведению двух других векторов, I и В. Окончательная формула для силы, действующей на ток в магнитном поле, имеет вид:
Взаимное расположение этих векторов показано на рисунке 7. Сила F должна
быть перпендикулярна как напряженности магнитного поля В, так и проводу I. Направление силы может быть найдено или с помощью правила правого винта для векторного произведения, или обращением к модели линий магнитного поля. Модуль силы равен F=ILBsinj где j — угол между линиями поля и проводом. Когда угол j = 90°, сила максимальна и имеет направление, которое считается положительным в соответствии с правилом правой руки. Когда j=0, действующая на провод сила равна нулю. Когда j =270°, ток в проводе имеет противоположное по сравнению с первым случаем направление; сила максимальна, но теперь имеет направление, принимаемое за отрицательное. Рассчитаем теперь, какие значения полей и сил создавались в опыте с двумя параллельными полосками алюминиевой фольги. Примем, что замкнутая батарейка, (в начальный момент времени по показаниям мультиметра обеспечивала ток 5 А) и что алюминиевые полоски имели длину 40 см при расстоянии между ними всего 2 мм. Напряженность магнитного поля, создаваемого одной полоской на таком расстоянии от другой, равна Сила, действующая на второй провод в таком. магнитном поле, равна: F=ILBsin j = 5A*0,4м*5*10-4 Тл*sin90°=10*10-4 H. Эта сила очень мала (масса 1г имеет вес только 1*10-2Н. Чтобы обнаружить столь малую силу, были выбраны легкие и гибкие полоски из алюминиевой фольги.
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (216)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |