Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент контура с током.

Магнитное поле и его свойства. Магнитные силовые линии прямолинейного и кругового токов, соленоида и тороида. Сила Ампера. Индукция магнитного поля.

Вокруг всякого движущегося заряда(Электрон, ион, заряженное тело) помимо электрического поля существует также и магнитное поле. Магнитное поле – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся электрические заряды. Важнейшей особенностью магнитного поля является то, что оно действует только на движущиеся заряды. Свойства: создается только движущимися зарядами, действует только на движущиеся заряды.

Силовые линии магнитного поля прямолинейного проводника с током лежат в плоскости, перпендикулярной току и представляют собой окружности с центром на оси тока. Силовые линии соленоида, тороида, прямолинейного и круговых проводников с током:

 

 

- Магнитная индукция кругового проводника с током.

На проводники с электрическим током, находящиеся в магнитном поле, действуют силы Ампера. dF=I[dl*B]. Если магнитное поле однородно(векторы магн. Индукции во всех точках одинаковы по модулю и направлению) и проводник с током прямолинейный, то F=BIL*sinα, где α – угол между токов и вектором В, который определяется по правилу Буравчика. Вектор B - силовая характеристика магнитного поля, называемая магнитной индукцией. В= F/q*v. Магнитная индукция численно равна отношению силы, действующей на заряженную частицу со стороны магн. Поля к произведению заряда на скорость частицы.

 

 

Принцип суперпозиции магнитных полей. Закон Био-Савара-Лапласа.

Поле В, порождаемое несколькими движущимися зарядами равно векторной сумме полей, порождающимися каждым током в отдельности.

 

В 1820 году французские ученые Ж. Био и Ф. Савар исследовали магнитные поля. Они пытались получить общий закон, который позволял бы вычислять магнитную индукцию в каждой точке поля, создаваемого током, текущим по проводнику любой формы. Позже к ним присоединился П.Лаплас, который высказал важную гипотезу о принципе суперпозиции. Именно это помогло вывести общий закон Био-Савара-Лапласа: dB=kI[dl*r]/r^3, который позволил вычислить магн. индукцию в каждой точке поля. K= µ/4П.

Можно сказать, что магнитное поле произвольно проводника с током является результатом наложения магнитных полей всех движущихся в проводнике заряженных частиц.

 

 

Теорема о циркуляции.

Циркуляция магнитного поля постоянных токов по всякому замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур циркуляции.

 

 

 

60) Действие магнитного поля на проводники с током. Закон Ампера. Направление силы Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

 

Закон Ампера: сила, действующая на элемент проводника с током в магнитном поле, равна произведению силы тока на векторное произведение элемента длины проводника на магнитную индукцию поля. dF=I[dl*B].

 

На проводники с электрическим током, находящиеся в магнитном поле, действуют силы Ампера. Их направление определяется по правилу Буравчика: 4 пальца левой руки совпадают с направлением тока, вектор В входит в ладонь, а большой палец показывает направление силы. (силовые линии магнита направлены от севера к югу.)

 

Проводники с параллельными токами притягиваются посредством сил Ампера, если токи в них направлены в одном направлении и отталкиваются, если в противоположном.

 

 

 

Элементарная работа dA, совершаемая силой Ампера dF при малом перемещении dr в по магнитном поле некого элемента dl проводника с током l равна: dA=dF*dr=I*dr[dl*B]=I*B*dS=I*dФ.

Где Ф – магнитный поток сквозь поверхность.

 

 

Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент контура с током.

Если контур с током расположен перпендикулярно силовым линиям, то действие поля выражается в сжимании и разжимании контура.
На рис. Представлен случай когда контур расположен параллельно силовым линиям. В этом случае на каждый участок контура действует сила Ампера.

I.Sin=1, F_A≠0, сила направлена от нас.

II, IV. Sin=0, F_A=0, То есть на элемент контура с током лежащим вдоль силовых линий F_A не действует.

III Sin=1, F_A≠0, сила направлена к нам. Тогда если контур с током закрепить в точках A и B,то при таком расположении его в магнитном поле он будет вращаться, то есть на него действует момент силы.

Таким образом, контур с током в магн. Поле если он направлен параллельно силовым линиям стремится повернуться так, чтобы его собственная магнитная индукция совпала с силовыми линиями поля. На данном рисунке вектор В самого контура направлен от нас(правило Буравчика). Но участки 1 и 3 будут поворачивать контур так, чтобы вектор В стал направлен вправо, как и силовые линии поля, в котором находится контур.

 

Поскольку в каждой из противоположных сторон контура действует самостоятельная сила Ампера, то за площадь для суммарного момента сил принимается вся площадь контура. Тогда вводится понятие магнитного момента контура с током как собственной характеристики контура, которая численно равна произведению P=IS, где S это вся площадь контура. Направление магнитного момента задается нормалью контура с током

Тогда полный момент силы, действующий на контур с током в магнитном поле, численно равен: .

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: