 |
Сила Ампера. Сила Лоренца.. Электромагнитная индукция.
|
|
|
|
Сила Ампера.
Существенным отличием от электрического поля, где сила взаимодействия зависит только от величины заряда и расстоянием между ними, в магнитном поле существует ряд факторов, а также несколько сих, которые действуют на проводник с током и частицы в магнитном поле. Одной из таких сил является сила Ампера. Данная сила действует на любой проводник, по которому бежит ток. Вокруг всех частиц, которые имеют направленное движение, действуют силы, в результате чего на весь проводник действует некоторая сила. Для определения направления данной силы используют следующее правило левой руки: положите проводник мысленно на левую руку так, чтобы направление тока, который по нему бежит, совпадал с направлением четырех пальцем; линии магнитного поля должны мысленно входить вовнутрь ладони; в таком случае направление силы Ампера совпадет с большим пальцем.
Для определения величины силы Ампера следует воспользоваться следующей формулой:
, где
FA – модуль силы Ампера,
В – магнитная индукция поля,
I – сила тока в проводнике,
- длина прямолинейного отрезка проводника,
α – угол между вектором магнитной индукции и направлением тока в проводнике.
Можно сделать вывод, что сила зависит не только от величины магнитной индукции и тока, но и от размеров и расположения проводника относительно линий магнитного поля.
Следует отметить, что проводники, по которым бежит ток, выполняют роль магнитов. Поэтому логично будет предположить, что два таких проводника будут некоторым образом взаимодействовать. Если ток по проводникам бежит в одном направлении, то проводники притягиваются, если в разных, то отталкиваются. Стоит отметить, что если взять проводник в форме рамки, то силы, которые будут направлены противоположно друг к другу, заставят рамку вращаться.
|
|
|
Сила Лоренца.
На любую частицу, которая имеет заряд, в магнитном поле действует некоторая сила, которая называется силой Лоренца. Данная величина зависит от того, насколько быстро передвигается частица в поле, от величины поля, от заряда частицы, а также от угла между скоростью и полем:
, где
FL – модуль силы Лоренца,
|q| - модуль заряда частицы,
v – скорость частицы,
В – магнитная индукция поля,
α – угол между вектором магнитной индукции и вектором скорости заряженной частицы.
Если рассматривать индукцию и скорость, то можно отметить, что величины лежат в одной плоскости. Сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно к плоскости магнитного поля.
Определить направление силы Лоренца можно с помощью следующего правила, аналогичного правилу для нахождения силы Ампера: четыре пальца левой руки должны быть направлены в ту же сторону, куда двигается частица; линии магнитного поля проникают в ладонь; отогнутый на 900 большой палец укажет на направление силы Лоренца, действующую на положительно заряженную частицу. Скорость отрицательной частицы направлена в противоположную сторону.
Электромагнитная индукция.
М. Фарадей доказал, что магнитное поле способное породить электрическое поле. Ученый провел достаточно интересный эксперимент. Он взял деревянную основу, на которую намотал одну катушку, а между её витками - вторую. При этом обе катушки не соприкасались друг с другом. Первая была подключена к источнику тока, а вторая к гальванометру. Когда первая замыкалась, на второй наблюдались небольшие изменения, то есть по ней начинал двигаться ток. Однако стоит отметить, что данное наблюдение имело место только в случае с переменным током в первой катушке, если по ней бежал постоянный ток, никаких изменений во второй катушке не наблюдалось. Так же стоит обратить внимание на то, что кратковременные импульсы во второй катушке также наблюдались в момент подключения и отключения первой катушки к источнику тока. Причем направление тока второй катушки менялось. После проведенного эксперимента ученый сделал вывод, что в случае изменения магнитного поля на проводнике, который подключен к источнику тока, возникает индукционный ток. В случае, если ток на первой катушке возрастал, то индукционный ток второго проводника бежал в одном направлении, а в случае уменьшения первого, второй начинал бежать в противоположном направлении. Это явление называется электромагнитной индукцией.
|
|
|
Описываемое явление так же можно наблюдать и при использовании магнита. Если изменять положение магнита относительно катушки, подключенной к гальванометру, то его показания будут меняться. И чем быстрее происходит перемещение, тем больше они изменяются.
Магнитный поток характеризует плотность линий магнитного поля. Данная величина определяется магнитной индукцией, а также площадью, ограниченной контуром. Обозначается и измеряется магнитный поток следующим образом:
, где
S= площадь контура,
α – угол между плоскостью контура и линиями магнитной индукции.
Единицей измерения магнитного потока является Вебер (ВБ).
Самопроизвольно заряды не могут получить направленного движения, поэтому существуют некоторые сторонние силы, влияющие на изменение потенциал проводник. Поэтому во время возникновения тока в проводнике в случае изменения магнитного поля можно говорить, что в проводнике возникает ЭДС. С данном случае эта сила называется ЭДС индукции. Данная величина характеризует необходимую работу, которая была выполнена измененным магнитным полем, для перемещения заряда: 
.
Опыты Фарадея доказали, что величина индукционного тока выше в том случае, когда происходит большее изменение магнитного потока в контуре. То есть чем большее изменение магнитного потока за минимальный интервал времени, тем больше становится ток. При этом мы знаем, что ток вызван ЭДС индукции, поэтому по данному утверждению можно сделать вывод: ЭДС вызывает скорость изменения потока. ЭДС индукции есть производная функции изменения магнитного потока по времени.
|
|
|
Данная формула и есть закон электромагнитной индукции Фарадея. Если происходит изменение магнитного потока, то это вызывает ЭДС индукции, равной скорости изменения этого потока.
|
|
|
