Решение задач. сила ампера — магнитное поле — основы электродинамики

Усиление и движущая ЭДС

Когда провод, несущий электрический ток, помещается в магнитное поле, каждый из движущихся зарядов, которые составляют ток, испытывает силу Лоренца. Вместе они могут создавать макроскопическую силу Лапласа. Исходя из этого, получается формула F = Iℓ x B, где ℓ — вектор, величина которого и есть длина проволоки. Его направление выровнено с движением обычного тока.

Если проволока не прямая, а изогнутая, расчёт происходит путём применения этого уравнения к каждому бесконечно малому сегменту проводника d ℓ. Затем нужно сложить всё посредством интегрирования. Формально чистая сила равна F = I ∫ dℓ x B. Кроме того, обычно возникает крутящий момент и другие эффекты, если провод не является абсолютно жёстким.

Компонент (qv x B) отвечает за движущую электродвижущей силы (ЭДС). Это явление, лежащее в основе многих электрических генераторов, исключая те, в которых движутся только магниты, а не проводники. В таких случаях ЭДС обусловлена (q E). Такое явление описано уравнением Максвелла — Фарадея.

Обе ЭДС, несмотря на их различное происхождение, описаны законом индукции Фарадея. Теория относительности Эйнштейна была частично мотивирована желанием лучше понять эту связь между двумя эффектами. На самом деле, электрические и магнитные поля являются разными гранями одного и того же электромагнитного поля. Поэтому при переходе от одной инерциальной системы отсчёта в другую (соленоидальное векторное поле) часть E может измениться в целом или частично стать B или наоборот.

Вопросы на тему «Магнитное поле»

Вопрос 1. Что такое магнитное поле?

Ответ. Магнитное поле — это особый вид материи, проявляющий себя действием на движущиеся электрические заряды (токи) и тела, обладающие магнитным моментом.

Вопрос 2. Как возникает магнитное поле?

Ответ. Магнитное поле порождается движущимися зарядами и постоянными магнитами.

Почитайте в нашем блоге отдельную статью про магнитное поле Земли.

Вопрос 3. Как магнитное поле проявляет себя?

Ответ. Магнитное поле действует на движущиеся заряды с определенной силой, называемой силой Лоренца.

Вопрос 4. По какой траектории будет двигаться заряд, влетая в магнитное поле?

Ответ. Когда движущийся заряд попадает в магнитное поле, на него начинает действовать сила Лоренца, выполняющая роль центростремительной силы. Таким образом, заряд будет двигаться по окружности.

Вопрос 5. Как магнитное поле изображают графически?

Ответ. Магнитное поле изображают с помощью силовых линий.

Проблемы с решением задач? Обращайтесь в профессиональный студенческий сервис в любое время!

Как связано магнитное поле с Буравчиком и руками

Рассматривая движение полей токовой и магнитной природы, можно легко проследить взаимную связь правила Буравчика с канонами правой и левой руки. Для более качественного сравнения этих понятий, следует рассмотреть, что они представляют собой по отдельности.

Закон Буравчика точно устанавливает направленность напряженности, вызываемой магнитными полями. При этом само поле должно размещаться в прямом направлении по отношению к проводящему материалу с электротоком.

Для более полного представления берется штопор с правой резьбой и ввинчивается по часовой стрелочке в сторону протекания тока. Направленность магнетических полей соответствует правостороннему движению штопорной рукоятки.

Правило правой руки может рассматриваться в двух вариантах. В одном из них пальцы, согнутые в кулак, охватывают неподвижный токопроводник. Они обозначают, в какую сторону смотрит вектор магнитных линий, который, как и у рукоятки Буравчика, будет по ходу часовой стрелки. Самый крупный палец отступает на 90º и показывает, в какую сторону движется ток.

Если же токопровод движется, то правая рука размещается иным способом. Ладонь устанавливается между северным и южным полюсами так, чтобы она была в перпендикулярности с силовыми линиями, проходящими через нее. Крупный палец фиксируется в вертикальном положении и показывает в сторону направленного движения проводника. Оставшиеся пальцы, протянутые вперед, смотрят в ту же сторону, что и индукционный ток. Эта установка нашла свое применение в расчетах катушечных соленоидов, оказывающих воздействие на физические свойства тока.

Отделяя друг от друга правило правой и левой руки, их физика показывает, что второй вариант, используемый в расчетах, действует по-другому. Левая ладошка размещается в таком положении, чтобы четыре пальца были направлены в сторону тока, продвигающегося по проводнику. Магнитные линии, перемещаясь от одного полюса к другому, заходят в ладошку под 90 градусов. Оттопыренный крупный палец смотрит в ту же сторону, что и сила, воздействующая на токопроводник.

Следствия свойств силы Лоренца

Тело влетает в магнитном поле под каким-то определённым углом. Интуитивно понятно, что его величина имеет какое-то значение на характер воздействия на него поля, здесь нужно математическое выражение, чтобы стало понятнее. Следует знать, что как сила, так и скорость являются векторными величинами, то есть имеют направление. То же самое относится и к линиям магнитной напряженности. Тогда формулу можно записать следующим образом:

FЛ=qvBsinα,

sin α здесь – это угол между двумя векторными величинами: скоростью и потоком магнитного поля.

Как известно, синус нулевого угла также равен нулю. Получается, что если траектория движения частицы проходит вдоль силовых линий магнитного поля, то она никуда не отклоняется.

В однородном магнитном поле силовые линии имеют одинаковое и постоянное расстояние друг от друга. Теперь представим, что в таком поле перпендикулярно этим линиям движется частица. В этом случае сила Лоуренса заставит двигаться ее по окружности в плоскости, перпендикулярной силовым линиям. Чтобы найти радиус этой окружности, нужно знать массу частицы:

R=mvqB

Значение заряда не случайно взято как модуль

Это означает, что неважно, отрицательная или положительная частица входит в магнитное поле: радиус кривизны будет одинаков. Изменится только направление, в котором она полетит. Во всех остальных случаях, когда заряд имеет определенный угол α с магнитным полем, он будет двигаться по траектории, напоминающей спираль с постоянным радиусом R и шагом h

Его можно найти по формуле:

Во всех остальных случаях, когда заряд имеет определенный угол α с магнитным полем, он будет двигаться по траектории, напоминающей спираль с постоянным радиусом R и шагом h. Его можно найти по формуле:

R=mvsinαqB

h=2mvcosαqB

Еще одним следствием свойств этого явления является тот факт, что она не совершает никакой работы. То есть она не отдает и не забирает энергию у частицы, а лишь меняет направление ее движения.

Самая яркая иллюстрация этого эффекта взаимодействия магнитного поля и заряженных частиц – это северное сияние. Магнитное поле, окружающее нашу планету, отклоняет заряженные частицы, прилетающие от Солнца. Но так как оно слабее всего на магнитных полюсах Земли, то туда проникают электрически заряженные частицы, вызывая свечение атмосферы.

Центростремительное ускорение, которое придается частицам, используется в электрических машинах – электродвигателях. Хотя уместнее здесь говорить о силе Ампера – частном проявлении силы Лоуренса, которая воздействует на проводник.

Принцип действия ускорителей элементарных частиц также основан на этом свойстве электромагнитного поля. Сверхпроводящие электромагниты отклоняют частицы от прямолинейного движения, заставляя их двигаться по кругу.

Самое любопытное заключается в том, что сила Лоренца не подчиняется третьему закону Ньютона, который гласит, что всякому действию есть свое противодействие. Связано это с тем, что Исаак Ньютон верил, что всякое взаимодействие на любом расстоянии происходит мгновенно, однако это не так. На самом деле оно происходит с помощью полей. К счастью, конфуза удалось избежать, так как физикам удалось переработать третий закон в закон сохранения импульса, который выполняется в том числе и для эффекта Лоуренса.

Мітки

10 класс

10 класс тесты

11 класс

11 класс тесты

7 класс

7 класс тесты

8 класс

8 класс тесты

9 класс

9 класс тесты

агрегатные состояния

амперметр

Архимедова сила

атмосферное давление

атомная энергетика

атомно-молекулярное строение вещества

вес тела

взаимодействие зарядов

видео

виды теплопередачи

внутренняя энергия

волна

вольтметр

второй закон Ньютона

генераторы тока

глаз

гравитация

графики движения

громкоговоритель

громкость звука

давление жидкостей

движение по окружности

действие магнитного поля на проводник

действия с векторами

деформация

диэлектрическая проницаемость вещества

длина волны

дозиметр

задачи

закон всемирного тяготения

Закон Гука

Закон Джоуля-Ленца

Закон Кулона

закон Ньютона

Закон Ома

Закон отражения света

Закон преломления света

Закон сохранения электрических зарядов

звук

идеальный газ

измерение физических величин

измерения

изотопы

импульс тела

индукция магнитного поля

инертность

инерциальная система отсчета

инерция

интерференция света

ионизирующее действие излучения

испарение

источники света

источники тока

кипение

коеффициент трения

количество вещества

количество теплоты

конденсаторы

конденсация

контрольная работа

КПД двигателя

КПД машин

круговое движение

лабораторная работа

линзы

магнитное поле

магниты

масса

механические колебания

механическое движение

молекулы

невесомость

неравномерное движение

оптика

оптическая сила

оптические приборы

Опыт Резерфорда

опыт Эрстеда

основное уравнение МКТ

основные положения СТО

относительность движения

отражение света

параллельное соединение проводников

парообразование

Первый закон Ньютона

перемещение

период и чатота вращения

период полураспада

плавление и кристаллизация

плоское зеркало

показатель преломления света

Положения МКТ

последовательное и параллельное соединение

преломление света

проводники и деэлектрики в электрическом поле

прямолинейное равноускоренное движение

путь

работа и мощность тока

равномерное прямолинейное движение

равноускоренное движение

радиоактивное излучение

радиоактивность

радиоактивные превращения ядер

радионуклиды

разность потенциалов

распространение света

расчет количества теплоты

свет

своболное падение

сила

сила Ампера

сила Лоренца

сила тока

сила трения

сила тяжести

сила упругости

скорость

скорость волны

скорость звука

скорость и перемещение при равноускоренном движении

скорость равномерного движения

скорость света

сложение сил

сообщающиеся сосуды

способы изменения внутренней энергии

строение атома

строение ядра атома

тембр

температура

теория относительности

тепловое действие тока

тепловой баланс

тепловые двигатели

тепловые явления

теплопередача

теплоэнергетика

термоядерная реакция

ток в газах

ток в металлах

ток в полупроводниках

траектория

удельная теплоемкость

удельная теплота парообразования

удельная теплота плавления

удельное сопротивление

ускорение

ускорение свободного падения

Физика и физические явления

физические величины

фокусное расстояние

центростремительное ускорение

цепная ядерная реакция

электрическая цепь

электрические заряды

электрический ток

электрический ток в газах

электрический ток в полупроводниках

электрическое напряжение

электрическое поле

электрическое сопротивление

электродвигатели

электроемкость

электролиз

электромагнит

электромагнитная индукция

электроскоп

энергия топлива

ядерная модель атома

ядерная реакция

Урок физики в 9 классе по теме : » Решение задач по теме : «Сила Ампера. Сила Лоренца»»

Тема урока:

«Решение задач по теме «Сила Ампера. Сила Лоренца».

Место урока в системе уроков по теме:

На предыдущем уроке обучающиеся получили знания о векторе магнитной индукции, силе Ампера, силе Лоренца. Данный урок позволяет отработать навыки решения задач по формуле силы Ампера и силы Лоренца .

Цель урока:

показать теоретическую значимость закона Ампера при решении задач, научить применять полученные знания при решении задач.

Задачи урока:

  • Дидактическая

    – создавать условия для усвоения нового учебного материала через проблемно-деятельностный подход.

  • Образовательная

    – рассмотреть применение закона Ампера в ходе решения различных задач.

  • Развивающая

    – развивать логическое мышление обучающихся при решении задач на расчёт силы Амперы и силы Лоренца.

  • Воспитательная

    – прививать культуру умственной деятельности.

Планируемые результаты.

Обучающиеся должны:

  • овладеть алгоритмом решения задач по данной теме.
  • уметь решать задачи с применением закона Ампера, формулы для нахождения силы Лоренца .

Техническое обеспечение урока:

  1. Компьютер, проектор, экран.

Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока:

  1. Презентация к уроку.
  2. Карточки с задачами.

Мобилизующее начало урока («исходная мотивация»). Позитивный настрой на урок.

Умение решать задачи — это практическое

искусство, подобное плаванию или катанию

на лыжах, или игре на фортепиано: научиться

этому можно, лишь подражая избранным

образцам и постоянно тренируясь”

Д. Пойа

В данной теме рассмотрим основные типы задач, а также попытаемся выделить общую методику их решений. В представленной теме можно выделить три типа задач:

1) на расчет полей (вычисление магнитной индукции, в какой либо точке магнитного поля);

2) о силовом действии магнитного поля на проводники или контур с током;

3) о силовом действии магнитного поля на движущиеся в нем заряженные частицы.

1.Фронтальный опрос:

1.Как называют физ. Величину характеризующую магнитное поле?

2. Какой буквой обозначают?

3. В каких единицах измеряют?

4. Что означает 1 Тл?

5.Какую силу называют силой Ампера? Запишите на доске формулу для расчёта Силы Ампера.

6. Как определяется направление силы Ампера? Сформулируйте правило левой руки.

7.Чему равен модуль вектора магнитной индукции?

8. Какую силу называют силой Лоренца? Запишите на доске формулу для расчёта Силы Лоренца

9. Как определяется направление силы Лоренца? Сформулируйте правило левой руки.

2. Решение задач :

Задача 1 Определить силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 мА, расположенный под углом 45 градусов к вектору магнитной индукции. Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

Задача 2 Проводник с током 5 А находится в магнитном поле с индукцией 10 Тл. Определить длину проводника, если магнитное поле действует на него с силой 20Н и перпендикулярно проводнику.

Задача 3 Определить силу тока в проводнике длиной 20 см, расположенному перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией 0,06 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила 0,48 Н.

Задача 4 Проводник длиной 20см с силой тока 50 А находится в однородном магнитном поле с индукцией 40 мТл. Какую работу совершит источник тока, если проводник переместится на 10 см перпендикулярно вектору магнитной индукции (вектор магнитной индукции перпендикулярен направлению тока в проводнике).

Задача 5 Определить силу, действующую на заряд 0,005 Кл, движущийся в магнитном поле с индукцией 0,3 Тл со скоростью 200 м/с под углом 45o к вектору магнитной индукции.

Задача 6 Какова скорость заряженного тела, перемещающегося в магнитном поле с индукцией 2 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила 32 Н. Скорость и магнитное поле взаимно перпендикулярны. Заряд тела равен 0,5 мКл.

3.Самостоятельная работа по карточкам

4. Рефлексия

5. Д.з.

ФИЗИКА

§ 4.8. Применения закона ампера. Электроизмерительные приборы

С помощью закона Ампера можно вычислить силу и момент сил, действующий на замкнутый проводник с током произвольной формы в любом магнитном поле. Конечно, эти вычисления тем проще, чем проще форма контура и конфигурация магнитного поля.

Момент сил, действующий на прямоугольную рамку с током

Определим момент сил, действующий на прямоугольную рамку с током в однородном магнитном поле с индукцией . Стороны рамки имеют размеры а и b; сила тока в ней I. Индукция магнитного поля составляет с нормалью к рамке угол α (рис. 4.40). Расчет проведем в единицах СИ.

Рис. 4.40

На рисунке 4.41 показан вид сверху на сечение рамки горизонтальной плоскостью. В соответствии с правилом определения направления векторного произведения двух векторов (см. § 4.6) на стороны рамки длиной b действует пара сил 1 и 2, перпендикулярных вектору В, которая создает момент сил относительно оси, проходящей через середину рамки. Силы, действующие на стороны рамки длиной а, лишь растягивают рамку.

Рис. 4.41

По закону Ампера

Плечо каждой из этих сил равно:

Суммарный момент сил равен:

где S = ab — площадь рамки. При α = 90° момент сил максимален и совпадает со значением Мmax из формулы (4.3.1), которая была введена в качестве определения модуля вектора магнитной индукции. Только в формуле (4.3.1) коэффициент k надо положить равным единице.

Применения закона Ампера

Закон Ампера используется для расчета сил, действующих на проводники с током, во многих технических устройствах, в частности в электродвигателях. Действие всех электродвигателей основано на использовании силы Ампера. По обмотке вращающейся части двигателя якоря 3 (рис. 4.42) протекает электрический ток.

Рис. 4.42

Мощные электромагниты создают магнитное поле, которое действует на проводники с током в обмотке якоря и заставляет их двигаться (рис. 4.43).

Рис. 4.43

Якорь изготовляется из стальных пластин (рис. 4.44, а), а полюсам электромагнита придается специальная форма (рис. 4.44, б), с тем чтобы сконцентрировать магнитное поле в местах, где располагается обмотка ротора. Специгшьные устройства — коллектор 1 и щетки 2 (см. рис. 4.42) — обеспечивают такое направление тока в обмотках, чтобы магнитное взаимодействие создавало момент, приводящий к непрерывному вращению якоря.

Рис. 4.44

Электроизмерительные приборы

Действие магнитного поля на контур с током используется в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы для измерения силы тока и напряжения.

Измерительный прибор такой системы устроен следующим образом. На легкой, обычно алюминиевой, рамке прямоугольной формы с прикрепленной к ней стрелкой намотана катушка, имеющая N витков (рис. 4.45, а). Рамка укреплена на двух полуосях. В положении равновесия ее удерживают две тонкие спиральные пружины 2 (рис. 4.45, б). Момент сил упругости Mмех, действующий со стороны пружины и возвращающий катушку в положение равновесия, пропорционален углу φ отклонения стрелки от положения равновесия: Ммех = fφ (f — постоянный коэффициент пропорциональности). Катушку помещают между полюсами постоянного магнита специальной формы (см. рис. 4.45, а).

Рис. 4.45

Внутри катушки расположен цилиндр из мягкого железа. Такая конструкция обеспечивает радиальное направление линий магнитной индукции в той области, где находятся витки катушки (рис. 4.45, в). В результате при любом положении катушки момент сил, действующ,ий на нее со стороны магнитного поля, максимален и при неизменной силе тока один и тот же. Катушка с током поворачивается до тех пор, пока момент сил упругости, действующий со стороны пружины, не уравновесит момент сил, действующий на рамку со стороны магнитного поля:

Отсюда следует, что измеряемая сила тока прямо пропорциональна углу отклонения стрелки:

Здесь коэффициент — постоянная для данного прибора величина.

Прибор можно проградуировать так, чтобы угол поворота определял силу тока в амперах или других единицах. Согласно закону Ома сила тока в приборе . Поэтому прибор можно проградуировать и так, чтобы определенному углу φ отклонения стрелки соответствовало напряжение U на зажимах прибора в вольтах или других единицах.

Таким образом, прибор может служить как амперметром, так и вольтметром. В последнем случае для увеличения сопротивления прибора нужно последовательно с катушкой включить резистор с большим сопротивлением.

Закон Ампера используется при конструировании электродвигателей. На его основе созданы электроизмерительные приборы для измерения силы тока и напряжения.

Применение силы Ампера

Применение силы Ампера в современном мире очень широкое, можно даже без преувеличение сказать, что мы буквально окружены силой Ампера. Например, когда вы едете в трамвае, троллейбусе, электромобиле, его в движение приводит именно она, сила Ампера. Аналогичны лифты, электрические ворота, двери, любые электроприборы, все это работает именно благодаря силе Ампера.

Эксперимент


Для того чтобы иметь возможность своими глазами увидеть действие силы Ампера, можно провести дома небольшой эксперимент. Для начала необходимо взять магнит-подкову, в котором между полюсами поместить проводник. Всё желательно воспроизвести так, как на картинке. Если замкнуть ключ, то можно увидеть, что проводник начнёт двигаться, смещаясь от начальной точки равновесия. Можно поэкспериментировать с направлениями пропускания тока и увидеть, что зависимо от направления движения меняется направление отклонения проводника. Из самого эксперимента можно вынести несколько наблюдений, которые подтверждают вышесказанное:

  • Магнитное поле действует исключительно на проводник с током.
  • На проводник с током в магнитном поле действует сила, которая является следствием их взаимодействия. Именно под воздействием этой силы проводник движется в пространстве в границах магнитного поля.
  • Характер взаимодействия прямо зависит от напряжения электрического тока и силовых линий магнитного поля.
  • Поле не действует на проводник с током, если ток в проводнике течёт параллельно направлению линий поля.

Магнитное поле: задачи с решением

Как решать задачи на тему «Магнитное поле»? Так же, как и все остальные. Специально для вас мы подготовили общую памятку по решению физических задач и собрали воедино полезные формулы по всем темам. Пользуйтесь и не благодарите!

Задача на магнитное поле №1

Условие

Какова магнитная индукция в центре кругового проводника радиусом 20 см, если сила тока в проводнике равна 4 A. Проводник находится в вакууме.

Решение

Это задача на закон Био-Савара Лапласа. Согласно этому закону, магнитная индукция в центре кругового витка с током определяется по формуле:

B=μμI2r

Подставим значения и вычислим:

B=1·1,25·10-6·4,22=125 мкТл

Ответ: 125 мкТл.

Задача на магнитное поле №2

Условие

Через контур проводника сопротивлением 0,06 Ом проходит магнитный поток, который за 4 секунды изменился на 0,012 Вб. Найдите силу тока в проводнике, если изменение потока происходит равномерно.

Решение

Это задача на закон электромагнитной индукции. В данном случае силу тока можно выразить через закон Ома:

I=εiR

ЭДС самоиндукции, по закону Фарадея:

εi=-∆Ф∆t

Подставляем выражение для ЭДС в формулу для силы тока, и вычисляем:

I=-∆Ф∆t1R=,012·14·,06=,05 А

Ответ: 0,05 А.

Задача на магнитное поле №3

Условие

Заряд 0,004 Кл, движется в магнитном поле с индукцией 0,5 Тл со скоростью 140 м/с под углом 45 градусов к вектору магнитной индукции. Какая сила действует на заряд?

Решение

Это задача на нахождение силы Лоренца, т.е. силы, с которой магнитное поле действует на движущийся электрический заряд. По определению, сила Лоренца равна:

F=qvB·sinα

Подставим значения и вычислим:

F=,004·140·,5·22=,19 Н

Ответ: 0,19 Н.

Задача на магнитное поле №4

Условие

Соленоид длиной l=0,4 м содержит 800 витков, сопротивление его обмоток равно 120 Ом, а напряжение на концах обмотки равно 60В. Какова магнитная индукция поля внутри соленоида?

Решение

Это задача на теорему о циркуляции магнитного поля. Согласно этой теореме:

∮Bdl=μ∑iIiBl=μIN

Силу тока найдем из закона Ома:

I=UR

Теперь выразим индукцию и рассчитаем:

B=μINl=μUNRl=1,25·10-6·40·800120·,4=833 мкТл

Ответ: 833 мкТл.

Задача на магнитное поле №5

Условие

С какой силой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 10 см, если сила тока в нем 150 мА. Проводник расположен под углом 45 градусов к вектору магнитной индукции. Магнитная индукция составляет 0,4 Тл.

Решение

Это задача на нахождение силы Ампера, то есть силы, с которой магнитное поле действует на проводник с током. По определению, сила Ампера равна:

F=IBlsinα

Подставим значения, и вычислим:

 F=150·,4·,1·22=4,5 Н

Ответ: 4,5 Н.

Нужно больше задач? В нашем блоге есть целая подборка по разным темам:

  1. Задачи на силу Лоренца.
  2. Задачи на циркуляцию магнитного поля.
  3. Задачи на закон Био-Савара-Лапласа.
  4. Задачи на закон Фарадея.

Правило буравчика кратко и понятно

Схематичное изображение правила буравчика

В электротехнике ПБ показывает направление ЛМИ с привязкой к вектору электрического тока, проходящего в проводнике, и наоборот — определяет путь электротока в катушке во взаимосвязи с вектором ЛМИ.

Для экспериментального понимания нужно взять штопор или винт с правосторонней резьбой и сначала закручивать, а после откручивать. В первом случае это будет происходить по часовой стрелке и винт (штопор) будет двигаться вверх, а во втором случае вращение будет против часовой стрелки и винт (штопор) будет двигаться вниз. Соответственно этому и направление тока будет следовать поведению винта: вверх в первом случае и вниз во втором случае (показано стрелкой).

Влияние среды

Рассмотренные отношения для закона токов и полей, действующих не в вакууме, а в магнитной среде, приобретают несколько иной вид. В этом случае помимо основных токовых составляющих вводится понятие микроскопических токов, возникающих в магнетике, например, или в любом подобном ему материале.

Нужное соотношение в полном виде выводится из теоремы о векторной циркуляции магнитной индукции B. Простым языком она выражается в следующем виде. Суммарное значение вектора B при интегрировании по выбранному контуру равно сумме охватываемых им макро токов, умноженной на коэффициент магнитной постоянной.

В итоге формула для «В» в веществе определяется выражением:

Интеграл от B по dL = интегралу от Bl по dL= m(I+I1)

где: dL – дискретный элемент контура, направленный вдоль его обхода, Вl– составляющая в направлении касательной в произвольной точке,бI и I1 – ток проводимости и микроскопический (молекулярный) ток.

Если поле действует в среде, состоящей из произвольных материалов – должны учитываться микроскопические токи, характерные именно для этих структур.

Эти выкладки также верны для поля, создаваемого в соленоиде или в любой другой среде, обладающей конечной магнитной проницаемостью.

Пушка Гаусса

Математик Гаусс, когда познакомился с исследованиями Ампера, предложил создать оригинальную пушку (рис. 8), работающую на принципе действия магнитного поля на железный шарик – снаряд.

Рис. 8. Пушка Гаусса

Необходимо обратить внимание на то, в какую историческую эпоху были сделаны эти открытия. В первой половине XIX века Европа семимильными шагами шла по пути промышленной революции – это было благодатное время для научно-исследовательских открытий и быстрого внедрения их в практику. Ампер, несомненно, внес весомый вклад в этот процесс, дав цивилизации электромагниты, электродвигатели и телеграф, которые до сих пор находят широкое применение

Ампер, несомненно, внес весомый вклад в этот процесс, дав цивилизации электромагниты, электродвигатели и телеграф, которые до сих пор находят широкое применение.

Правило левой руки

Если определять физические величины по правилу левой руки, то ее ладонь располагается в таком положении, что четыре пальца направлены вперед, а большой отвернут в бок. Прямые пальцы указывают в сторону направления тока, а оттопыренный большой – направление устремления вектора приложенных усилий. При этом, направление индукции заходит и упирается в ладошку сверху под углом девяносто градусов.

Что определяет закон

По итогам выполнения многочисленных экспериментальных опытов было выведено определение, которое впоследствии стало именоваться правилом левой руки. Оно связало между собой направленности электротока и концентрических линий, а также влияние на проводящий материал силы магнетических полей. Живой пример отражен на картинке, где хорошо видно взаимодействие физических составляющих. Направленность силовых линий и функционирующего магнитного поля не совпадают, их действие направлено в совершенно разные места.

Когда направленность электротока и проводника будет совмещаться с линиями, то силовое влияние на проводящий материал в данном случае отсутствует. В результате, указанный постулат перестанет работать.

Сила Лоренца применение и формула

Действие электромагнитных полей порождает возникновение точечной заряженной частицы, на который воздействуют силы электрического и магнитного характера. В скомбинированном виде они получили наименование силы Лоренца.

Таким образом, сила Лоренца воздействует на любую частицу с зарядом, падающую с определенной быстротой в магнетическом поле. Степень влияния связана с электрическим зарядом частицы (q), показателем магнитной индукции (В) и быстротой падения частицы (V).

На основании полученных данных голландским ученым Хендриком Лоренцем была выведена формула: FL = |q|x V x B x sinα. Все условные обозначения приведены на рисунке.

В практической деятельности сила Лоренца получила применение в следующих областях:

  • Кинескопы – электронно-лучевые или телевизионные трубки. В этих устройствах электроны, летящие в направлении экрана, отклоняются магнитным полем, которое создают специальные катушки.
  • Масс-спектрографы. Определяют массы заряженных частиц, путем разделения их по удельным зарядам. Вакуумная камера помещается в магнитном поле. Заряженный частицы ускоряясь, двигаются по дуге и оставляют след на фотопластинке. Па радиусу траектории вначале определяется удельный заряд, на основании которого вычисляется и масса частицы.
  • Циклотрон. Ускоряет заряженные частицы. Ускорение происходит под действием силы Лоренца, после чего траектория частиц сохраняется за счет магнитного поля. Прибор давно начали использовать в медицинских исследованиях с применением радионуклидных фармацевтических препаратов.
  • Магнетрон. Электронная лампа высокой мощности для генерации микроволн, возникающих при взаимодействии электронного потока и магнитного поля. Используется с современных радиолокационных устройствах.

Сила ампера – формула

Сила Ампера непосредственно воздействует на проводник с током, расположенный внутри поля. Совсем кратко она выражается представленной формулой:

F = I x B x L x sinα, где F является силой Ампера, I – сила тока в проводнике, L – отрезок проводника, находящийся под действием магнитного поля, α – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.

Максимальное значение сила Ампера принимает, когда угол α становится равным 90 градусов. Единицей измерения служит ньютон (Н).

Определение направления силы Ампера выполняется с помощью правила левой руки. Ладонь смотрит вверх, четыре пальца направлены в сторону вектора движения тока. Вектор магнитной индукции перпендикулярен ладони и входит в нее. Направление силы Ампера совпадает с большим пальцем, отогнутым в сторону.

Направлением электрического тока условно считается движение от заряда с плюсом к заряду с минусом.