Закон Био - Савара - Лапласа. Магнитное поле прямого, кругового и соленоидального токов.

Значение магнитной индукции для любого проводника определяется законом Био - Савара - Лапласа.

Рис. 124.

– в векторной форме, (82)

– в скалярной форме. (83)

Вектор всегда перпендикулярен плоскости, построенной на векторах и . С помощью закона Био - Савара - Лапласа рассчитаем магнитную индукцию поля прямого, кругового и соленоидального токов.

Формула напряжённости магнитного поля прямого тока (Рис. 125.; Рис. 126.).

Рис. 125.

Магнитная индукция поля прямого тока определяется формулой:

. (84)

Напряженность магнитного поля:

. (85)

Рис. 126.

Формула напряжённости магнитного поля кругового тока (Рис. 127.).

Рис. 127.

Напряженность магнитного поля в центре кругового тока равна:

(86)

Формула для расчета напряженности магнитного поля кругового тока на его оси принимает вид:

(87)

Формула напряжённости магнитного поля соленоидального тока.

Рис. 128.

Напряженность магнитного поля соленоидального тока равна:

(88)

Произведение ni называется числом ампер - витков на метр.

Контрольные вопросы к §13

1) Перечислите оборудование в опыте 13.1 «Опыт Эрстеда».

2) Что наблюдается при взаимодействии двух проводников с током?

3) Какие явления называются релятивистскими?

4) От каких параметров зависит величина вращательного момента, действующего на контур с током?

5) Дайте определение магнитной индукции.

6) Дайте определение пробному контуру с током.

7) Запишите формулу для расчета вращательного момента, действующего на контур с током в магнитном поле.

8) Запишите формулу закона Био-Савара и Лапласа.

9) Перечислите оборудование в опыте 13.3 «Демонстрация спектров магнитного поля».

10) Какой вывод следует из опыта 13.3 «Демонстрация спектров магнитного поля»?

11) Запишите формулу для расчета напряженности магнитного поля прямого тока?

12) Запишите формулу для расчета напряженности магнитного поля кругового тока?

13) Запишите формулу для расчета напряженности магнитного поля соленоидального тока?

14) Чему равна работа, которая совершается при повороте контура с током в магнитном поле на угол α?

15) С помощью чего можно изобразить магнитное поле?

16) Дайте определение соленоиду?

17) Какая физическая величина характеризует магнитное поле электрического тока в вакууме?

18) Какие частные случаи можно выделить в зависимости от значения угла α в формуле для расчета энергии взаимодействия контура с током с магнитным полем?

19) Перечислите оборудование в опыте 13.4. «Явление электромагнитной индукции».

20) Какой вывод следует из опыта 13.4. «Явление электромагнитной индукции»?

Вихревой характер магнитного поля. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Магнитный поток. Сила Ампера. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Сила Лоренца. Определение удельного заряда электрона

14.1. Вихревой характер магнитного поля. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Магнитный поток

14.2. Сила Ампера

14.3. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле

14.4. Сила Лоренца

14.5. Определение удельного заряда электрона

Вихревой характер магнитного поля. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Магнитный поток

Силовые линии магнитного поля являются замкнутыми, они не имеют ни начала, ни конца, в отличие от силовых линий потенциального электрического поля. Поле с таким характером силовых линий называют вихревым. В частности, вихревым является магнитное поле.

Как известно, одной из важнейших характеристик векторного поля является его циркуляция. Для потенциального электростатического поля она равна:

(89)

Циркуляция вектора магнитной индукции вихревого магнитного поля (Рис. 129. а, б):

Рис. 129., а. Рис. 129., б.

(90)

Магнитный поток

По определению, магнитный поток вычисляется по формуле

(91)

В СИ магнитный поток измеряется в Веберах (Вб)

Если рассмотреть замкнутую поверхность S, то поток линий магнитной индукции через нее равен нулю:

Рис. 130.

(91)

Сила Ампера

Сила, действующая на элемент тока в магнитном поле , называется силой Ампера (Рис. 131) и определяется по формуле

(92)

где i- сила тока.

Тогда для проводника длины l имеем

, (93)

. (94)

Рис. 131.

Опыт 14.1. Сила Ампера

Цель работы: Изучить силу Ампера

Оборудование:

1. Дюралевая проводящая трубка
2. Торец катушки
3. Параллельные направляющие
4. Два ключа
5. Соединительные провода

Рис. 132.

Ход работы.

1. По параллельным направляющим, расположенном на торце катушки, может свободно кататься дюралевая проводящая трубка. Через катушку пропускают электрический ток, который подается путем замыкания ключа (на рисунке справа). Направление тока в контуре, содержащем проводящую трубку, коммутируется левым ключом.

2. При переводе коммутирующего ключа из одного положения в другое, трубка перекатывается из стороны в сторону

Вывод: направление силы Ампера зависит от направления тока в рамке.

Направление силы Ампера мы узнаем по правилу левой руки:

1. Линии магнитной индукции входят в левую ладонь.

2. Пальцы вытянуты по направлению тока.

3. Отогнутый большой палец указывает направление силы Ампера.

Рис. 133.

Применим правило левой руки для объяснения опыта Ампера (взаимодействие двух параллельных проводников с током):

Рис. 134.

На рисунке показано направление силы Ампера в случаях, когда токи I₁ и I₂ параллельны и антипараллельны.

В системе СИ основной единицей силы тока является ампер ([I]=A). Под силой тока в один Ампер понимают силу такого неизменяющегося тока, который, протекая по двум бесконечно длинным и тонким проводникам, расположенным в вакууме на расстояние 1м друг от друга, вызывает силу взаимодействия 2× 10^-7 Н на каждый метр длины проводника.

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться: