Магнитное поле катушки с током. Магнитное поле земли. Действие магнитного поля на проводник с током. Правило левой руки.

Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно зна­чительно усилить, не меняя число ее витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнит­ное действие катушки.

Катушка с железным сердечни­ком внутри называется электромагнитом.

Графически магнитное поле Земли похоже на магнитное поле постоянного магнита.

Основная причина наличия магнитного поля Земли в том, что ядро Земли состоит из раскаленного железа (хорошего проводника электрических токов, возникающих внутри Земли).
Магнитное поле Земли образует магнитосферу, простирающуюся на 70-80 тыс. км
в направление Солнца. Она экранирует поверхность Земли, защищает от вредного влияния заряженных частиц, высоких энергий и космических лучей, определяет характер погоды.

Внутри кинескопа магнитное поле оказывает действие на поток электронов, движущихся в вакууме. Если электроны будут двигаться не в вакууме, а внутри проводника, создавая внутри его ток, то действие магнитного поля сохранится. Магнитное поле будет действовать на электроны, а те - на ионы проводника, внутри которого они движутся. В результате этого появится сила, приложенная ко всему проводнику с током.
Убедимся в этом на опыте. Соберем электрическую цепь, изображенную на рисунке 66, а. Замкнув цепь, мы увидим, как проводник AВ, подвешенный между полюсами магнита, придет в движение и установится в положении, изображенном на рисунке 66, б. Причиной смещения проводника является действие, оказываемое на него магнитным полем постоянного магнита.

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера.

Французский физик А. М. Ампер был первым, кто обнаружил действие магнитного поля на проводник с током. Правда, источником магнитного поля в его опытах был не магнит, а другой проводник с током. Помещая проводники с током рядом друг с другом, он обнаружил магнитное взаимодействие токов (рис. 67) - притяжение параллельных токов и отталкивание антипараллельных (т. е. текущих в противоположных направлениях). В опытах Ампера магнитное поле первого проводника действовало на второй проводник, а магнитное поле второго проводника - на первый. В случае параллельных токов силы Ампера оказывались направленными навстречу друг другу и проводники притягивались; в случае антипараллельных токов силы Ампера изменяли свое направление и проводники отталкивались друг от друга.

Направление силы Ампера можно определить с помощью правила левой руки:
если расположить левую ладонь руки так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, а силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник с током (рис. 68).

Эта сила (сила Ампера) всегда перпендикулярна проводнику, а также силовым линиям магнитного поля, в котором этот проводник находится.
Сила Ампера действует не при любой ориентации проводника. Если проводник с током расположить вдоль силовых линий магнитного поля, то это поле никакого действия на него не окажет.

28. Цепь синусоидального тока с резистором. Закон Ома для мгновенных, максимальных и действующих значений тока и напряжения. Волновая и векторная диаграммы.

Синусоидальным током называют ток, изменяющийся во времени по синусоидальному закону:

Ток i(t) называют мгновенным. Максимальное значение тока называют амплитудой и обозначают . Период – это время, за которое совершается одно полное колебание. Частота равна числу колебаний в секунду , единица частоты - герц (Гц).

Угловая частота , единица угловой частоты рад/с или . Аргумент синуса, т.е. , называют фазой. Фаза характеризует состояние колебания в данный момент времени .

Начальная фаза тока - .

Действующим значением синусоидальной функции называется ее среднеквадратичное значение за период

Большинство измерительных приборов амперметров и вольтметров показывают действующее значение измеряемой величины.
Резистор в цепи син. Тока.

Рассмотрим элементарную цепь (рис. 2.7). Ее уравнение (2.17):

.

Найдем решение этого уравнения при условии, что

.

Будем рассматривать только частное решение уравнения с правой частью, т.к. общее решение с течением времени затухает и будет рассмотрено в разделе " Переходные процессы".

Поскольку цепь линейная, то при синусоидальном напряжении в установившемся режиме ток также будет синусоидален:

.

Найдём напряжение на участках цепи.

. (2.18)

Напряжение на резисторе по фазе совпадает с током.

. (2.19)

Напряжение на индуктивности по фазе опережает ток на угол .

. (2.20)

Напряжение на конденсаторе отстаёт от тока по фазе на угол .

Сложим напряжения с помощью векторной диаграммы (рис. 2.8) в соответствии с уравнением

.

Угол откладываем от тока против часовой стрелки, а – от тока по часовой стрелке.

Рисунок 2.8

Из прямоугольного треугольника: .

– закон Ома для амплитуд. (2.21)

Введем обозначения:

– индуктивное сопротивление;

– ёмкостное сопротивление;

– реактивное сопротивление; (2.22)

R – активное сопротивление;

– полное сопротивление цепи переменного тока. (2.23)

Тогда закон Ома для амплитудных значений запишется следующим образом:

. (2.21а)

После деления обеих частей на перейдем к действующим значениям:

; ; . (2.24)

Это закон Ома для действующих значений.

Из того же прямоугольного треугольника найдём угол сдвига фаз между током и напряжением:

; ; . (2.25)

Если , то j = 0 – ток совпадает по фазе с напряжением; цепь имеет активный характер.

Если x > 0, то j > 0 – напряжение опережает ток, или ток отстаёт от напряжения по фазе; цепь носит индуктивный характер.

Если x < 0, то j < 0 – напряжение отстаёт от тока, или ток опережает напряжение по фазе; цепь носит ёмкостный характер.

Угол сдвига фаз j в простой цепи находится в следующих пределах: .

Векторное представление синусоид. Токов и напряжений.