Дія магнітного поля на рухомі заряди та закон повного струму і його використання
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
? розмістити так, щоб лінії індукції магнітного поля входили в долоню, а чотири випрямлені пальці збігались з напрямком струму в провіднику, то поставлений під прямим кутом великий палець вказує напрям сили Ампера. Закон Ампера широко використовується на практиці - в електровимірних приладах, електродвигунах та ін.
Магнітна індукція і напруженість магнітного поля. Магнітна проникність.
Оскільки магнітне поле вивчається за допомогою рамки із струмом- по орієнтуючій дії магнітного поля на рамку, то домовились визначати положення рамки в просторі з допомогою вектора , перпендикулярного до площини рамки (нормаль до рамки).
За додатній напрямок нормалі до рамки приймають нормаль, звязану зі струмом правилом свердлика (рис.2).
Рис. 2
Для визначення напрямку магнітного поля рамки розміщують в полі і дають їй можливість вільно повертатись і зайняти в просторі таке положення, при якому обертальний момент дорівнює нулю і рамка знаходитиметься в положенні стійкої рівноваги. Тоді напрям нормалі до рамки співпадає з напрямком магнітного поля ().
Обертальний момент пари сил, що діє на рамку з струмом в магнітному полі дозволяє використати її для кількісної характеристики поля. Розглянемо, які властивості рамки впливають на обертальний момент.
Досліди показують, що обертальний момент М має максимальне значення, якщо нормаль рамки перпендикулярна до магнітного поля. Крім цього обертальний момент М пропорційний силі струму в рамці І , та площі рамки S, тобто
Величину Pm=IS називають магнітним моментом рамки із струмом. Отже
М~Pm
Магнітний момент рамки із струмом - величина векторна. Напрям вектора співпадає з напрямком нормалі (рис.2).
Основною характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції . За напрямок вектора магнітної індукції приймають напрям додатньої нормалі до рамки, яка знаходиться в положенні стійкої рівноваги в магнітному полі.
Досліди показують, що якщо в одну і ту ж точку поля розміщати одинаково орієнтовані рамки з магнітними моментами - то на них будуть діяти різні обертальні моменти М1; М2; М3 , але відношення буде сталим, тобто
Це відношення і визначає величину вектора індукції магнітного поля.
Векттором індукції магнітного потля називають вектор, чисельно рівний максимаьному обертальному моменту, який діє на одиничну рамки із струмом (Pm=1) в магнітному полі і направлений вздовж нормалі до рамки, коли вона знаходиться в стійкій рівновазі.
( 3 )
І якщо , то .
Відзначимо, що напрям вектора магнітної індукції можна визначити також за допомогою магнітної стрілки. Якщо безмежно мала стрілка зайняла положення стійкої рівноваги, то вектор паралельний вісі стрілки і направлений від південного полюса до північного.
Розмірність індукції в системі СІ можна визначити на основі формули (3).
.
Індукція магнітного поля залежить від властивостей речовини. Магнітні властивості речовини характеризуються відносною магнітною проникністю, яка показує, в скільки раз індукція магнітного поля в речовині більша або менша індукції поля в вакуумі. Тобто, відносна магнітна проникність речовини m дорівнює відношенню індукції магнітного поля в речовині до індукції магнітного поля в вакуумі:
( 4 )
Крім індукції магнітного поля, яка залежить від властивостей речовини, магнітне поле характеризується напруженістю магнітного поля - це також силова характеристика поля, але вона не залежить від властивостей речовини, причому для вакууму
( 5 )
де - магнітна стала.
Напруженість магнітного поля визначається тільки струмом і не залежить від властивостей речовини. Вона являється аналогом вектора електричної індукції .
Враховуючи (4) і (5) , або ( 6 )
де - абсолютна магнітна проникність. В системі СІ індукція магнітного поля вимірюється в теслах (Тл), а напруженість магнітного поля - А/м.
1. ОБЕРТАЛЬНИЙ МОМЕНТ, ЩО ДІЄ НА КОНТУР ІЗ СТРУМОМ В МАГНІТНОМУ ПОЛІ
Велике значення має дія магнітного поля на замкнений провідник (рамку) зі струмом, так як ця дія широко використовується в сучасних електродвигунах і багатьох електровимірювальних приладах. Розглянемо рамку з струмом в однорідному магнітному полі (рис.3)
Рис.3
Нехай площа рамки паралельна індукції магнітного поля (положення рамки зображено пунктиром). Знайдемо сили, що діють на сторони рамки. Оскільки сторони АВ і СD паралельні силовим лініям магнітного поля, то на них сила Ампера не діє. Сила Ампера діє на сторони АД і ВС - F1 I F2 і ці сили створюють пару сил, і якщо рамка може повертатись, то вона повертається і становиться так, що вектор індукції буде перпендикулярний до площини рамки. Момент пари сил буде рівний:
, а так як то
,
де a - кут між нормаллю до рамки і індукцією магнітного поля, S - площа рамки.
Величина - магнітний момент рамки, величина векторна. Вектор співпадає з напрямком додатньої нормалі до рамки.
Отже: , або в векторній формі: .
Таким чином: обертальний момент, що діє на рамку із струмом в магнітному полі дорівнює добутку магнітного моменту рамки, індуція поля і Sina. Якщо , то М = 0 - положення стійкої рівноваги, якщо ж a = p/2, то
2. ПРИНЦИП СУПЕРПО?/p>