Definicija

Sila koja djeluje na provodnik sa strujom u magnetskom polju naziva se by Ampere... Njegove oznake:. Amperska sila je vektorska veličina. Njegov smjer određen je pravilom lijeve ruke: dlan lijeve ruke postavite tako da linije sile magnetskog polja uđu u nju. Ispružena četiri prsta pokazivala su smjer struje. U ovom slučaju, savijeni palac će pokazati smjer amperske sile (slika 1).

Amperov zakon

Amperova elementarna sila određena je Amperovim zakonom (ili formulom):

gdje je I jačina struje, mali element dužine provodnika, vektor jednak po veličini dužini provodnika, usmjeren u istom smjeru kao i vektor gustine struje, je indukcija magnetskog polja u na koji je postavljen vodič sa strujom.

Inače, ova formula za Amperovu silu se piše kao:

gdje je vektor gustine struje, dV je element zapremine provodnika.

Amperov modul se nalazi u skladu sa izrazom:

gdje je kut između vektora magnetske indukcije i smjera strujanja. Iz izraza (3) je očigledno da je Amperova sila maksimalna u slučaju okomitosti linija magnetske indukcije polja u odnosu na provodnik sa strujom.

Sile koje djeluju na vodiče sa strujom u magnetskom polju

Iz Amperovog zakona slijedi da na provodnik sa strujom jednakom I djeluje sila jednaka:

gdje se magnetska indukcija razmatra unutar malog komada vodiča dl. Integracija u formuli (4) se vrši po cijeloj dužini provodnika (l). Iz izraza (4) slijedi da zatvorena petlja sa strujom I, u jednoličnom magnetskom polju, djeluje na amperovu silu jednaku

Amperova sila, koja djeluje na element (dl) pravog vodiča sa strujom I 1, smješten u magnetsko polje, koje stvara drugi ravan provodnik paralelan prvom sa strujom I 2, jednaka je po veličini:

gdje je d razmak između vodiča, H/m (ili N/A 2) je magnetna konstanta. Provodnici sa strujama u istom smjeru se privlače. Ako su smjerovi struja u provodnicima različiti, onda se odbijaju. Za paralelne provodnike beskonačne dužine razmatrane gore, Amperova sila po jedinici dužine može se izračunati po formuli:

Formula (6) u SI sistemu se koristi za dobijanje kvantitativne vrednosti magnetne konstante.

Jedinice amperske sile

Glavna jedinica mjerenja sile Amper (kao i svaka druga sila) u SI sistemu je: = H

U SGS: = din

Primjeri rješavanja problema

Primjer

Vježba. Ravni vodič duljine l sa strujom I nalazi se u jednolikom magnetskom polju B. Na vodič djeluje sila F. Koliki je kut između smjera strujanja struje i vektora magnetske indukcije?

Rješenje. Na provodnik sa strujom u magnetskom polju deluje amperova sila, čiji se modul za pravi provodnik sa strujom koji se nalazi u jednoličnom polju može predstaviti kao:

gdje je traženi ugao Otuda:

Odgovori.

Primjer

Vježba. Dva tanka duga provodnika sa strujama leže u istoj ravni na udaljenosti d jedan od drugog. Širina desnog provodnika je a. Kroz provodnike teku struje I 1 i I 2 (slika 1). Kolika je amperska sila koja djeluje na provodnike po jedinici dužine?

Rješenje. Kao osnovu za rješavanje problema uzimamo formulu za elementarnu silu Ampera:

Pretpostavićemo da provodnik sa strujom I 1 stvara magnetno polje, a u njemu se nalazi drugi provodnik.Potražimo Amperovu silu koja deluje na provodnik sa strujom I 2. Odaberimo u vodiču (2) mali element dx (slika 1), koji se nalazi na udaljenosti x od prvog vodiča. Magnetno polje koje stvara vodič 1 (magnetsko polje beskonačnog pravolinijskog vodiča sa strujom) na mjestu gdje se nalazi element dx prema teoremi o cirkulaciji može se pronaći kao.

Amperov zakon pokazuje silu kojom magnetsko polje djeluje na provodnik koji se nalazi u njemu. Ova moć se takođe naziva by Ampere.

Tekst zakona:sila koja djeluje na vodič s strujom, smještena u jednoliko magnetsko polje, proporcionalna je duljini vodiča, vektoru magnetske indukcije, struji i sinusu kuta između vektora magnetske indukcije i vodiča.

Ako je veličina vodiča proizvoljna, a polje neujednačeno, onda je formula sljedeća:

Smjer Amperove sile određen je pravilom lijeve ruke.

Pravilo lijeve ruke: ako lijevu ruku postavite tako da okomita komponenta vektora magnetske indukcije uđe u dlan, a četiri prsta su ispružena u smjeru struje u vodiču, onda ostavite po strani za 90° palac će pokazati smjer sile Ampera.

MP vozačke optužbe. MF akcija na pokretno punjenje. Sila ampera, Lorentz.

Svaki vodič s strujom stvara magnetsko polje u okolnom prostoru. U ovom slučaju, električna struja je uređeno kretanje električnih naboja. To znači da možemo pretpostaviti da bilo koji naboj koji se kreće u vakuumu ili mediju stvara magnetsko polje oko sebe. Kao rezultat generalizacije brojnih eksperimentalnih podataka, uspostavljen je zakon koji određuje polje B točkastog naboja Q koje se kreće konstantnom nerelativističkom brzinom v. Ovaj zakon je dat formulom

(1)

gdje je r radijus vektor, koji se vuče od naboja Q do točke promatranja M (slika 1). Prema (1), vektor B je usmjeren okomito na ravan u kojoj se nalaze vektori v i r: njegov smjer se poklapa sa smjerom translacijskog kretanja desnog vijka pri rotaciji od v do r.

Slika 1

Modul vektora magnetske indukcije (1) nalazi se po formuli

(2)

gdje je α ugao između vektora v i r. Upoređujući Bio-Savart-Laplaceov zakon i (1), vidimo da je pokretni naboj ekvivalentan u svojim magnetskim svojstvima strujnom elementu: Idl = Qv

MF akcija na pokretno punjenje.

Iz iskustva je poznato da magnetsko polje djeluje ne samo na provodnike sa strujom, već i na pojedinačna naelektrisanja koja se kreću u magnetskom polju. Sila koja djeluje na električni naboj Q koji se kreće u magnetskom polju brzine v naziva se Lorentzova sila i daje se izrazom: F = Q gdje je B indukcija magnetskog polja u kojem se naboj kreće.

Za određivanje smjera Lorentzove sile koristimo pravilo lijeve ruke: ako je dlan lijeve ruke postavljen tako da u njega ulazi vektor B, a četiri ispružena prsta su usmjerena duž vektora v (za Q> 0, pravci I i v se poklapaju, za Q Slika 1 prikazuje međusobnu orijentaciju vektora v, B (polje ima smjer prema nama, prikazan tačkama na slici) i F. Ako je naboj negativan, tada sila djeluje u suprotan smjer.

E.m.s. elektromagnetna indukcija u kolu je proporcionalna brzini promjene magnetnog fluksa Fm kroz površinu ograničenu ovim krugom:

gdje je k koeficijent proporcionalnosti. Ovaj emf ne ovisi o tome što je uzrokovalo promjenu magnetskog toka - bilo kretanje kruga u konstantnom magnetskom polju, bilo promjenu samog polja.

Dakle, smjer indukcijske struje određen je Lenzovim pravilom: Za svaku promjenu magnetskog toka kroz površinu omeđenu zatvorenim provodnim krugom, u potonjem se indukcijska struja pojavljuje u takvom smjeru da njegovo magnetsko polje suzbija promjenu u magnetnom fluksu.

Generalizacija Faradejevog zakona i Lenzovog pravila je Faraday-Lenzov zakon: Elektromotorna sila elektromagnetne indukcije u zatvorenoj provodnoj petlji je numerički jednaka i suprotna po predznaku brzini promjene magnetskog fluksa kroz površinu ograničenu petljom:

Količina Ψ = ΣΦm naziva se veza fluksa ili ukupni magnetni fluks. Ako je protok kroz svaku od petlji isti (tj. Ψ = NΦm), onda u ovom slučaju

Njemački fizičar G. Helmholtz dokazao je da je Faraday-Lenzov zakon posljedica zakona održanja energije. Neka zatvoreni provodni krug bude u nehomogenom magnetskom polju. Ako struja I teče u strujnom krugu, tada će se pod djelovanjem amperovih sila, neosigurani krug početi kretati. Osnovni rad dA izveden pri pomicanju konture u vremenu dt bit će

dA = IdFm,

gdje je dFm promjena magnetskog toka kroz područje kruga za vrijeme dt. Rad struje za vrijeme dt da savlada električni otpor R kola jednak je I2Rdt. Ukupan rad strujnog izvora tokom ovog vremena jednak je εIdt. Prema zakonu održanja energije, rad strujnog izvora troši se na dva navedena rada, tj.

εIdt = IdFm + I2Rdt.

Podijelimo obje strane jednakosti sa Idt, dobivamo

Posljedično, kada se magnetski tok povezan s krugom promijeni, elektromotorna sila indukcije nastaje u potonjem

Elektromagnetne vibracije. Oscilatorno kolo.

Elektromagnetne vibracije su vibracije takvih veličina, induktivnosti kao što su otpor, EMF, naboj, struja.

Oscilirajući krug je električni krug koji se sastoji od kondenzatora, zavojnice i otpornika spojenih u seriju.Promjena električnog naboja na ploči kondenzatora tijekom vremena opisuje se diferencijalnom jednadžbom:

Elektromagnetski talasi i njihova svojstva.

U oscilatornom krugu se odvija proces prijelaza električne energije kondenzatora u energiju magnetskog polja zavojnice i obrnuto. Ako se u određenim vremenskim trenucima nadoknadi gubitak energije u kolu za otpor zbog vanjskog izvora, tada dobivamo kontinuirane električne oscilacije, koje se mogu zračiti kroz antenu u okolni prostor.

Proces širenja elektromagnetskih valova, periodične promjene jakosti električnih i magnetskih polja u okolnom prostoru naziva se elektromagnetski val.

Elektromagnetski talasi pokrivaju širok raspon talasnih dužina od 105 do 10 m i frekvencije od 104 do 1024 Hz. Po nazivu, elektromagnetski talasi se dele na radio talase, infracrveno, vidljivo i ultraljubičasto zračenje, rendgensko zračenje i zračenje. U zavisnosti od talasne dužine ili frekvencije menjaju se svojstva elektromagnetnih talasa, što je ubedljiv dokaz dijalektičko-materijalističkog zakona prelaska kvantiteta u novi kvalitet.

Elektromagnetsko polje je materijalno i ima energiju, zamah, masu, kreće se u prostoru: u vakuumu brzinom C i u medijumu brzinom: V =, gdje = 8,85;

Volumetrijska gustoća energije elektromagnetskog polja. Praktična upotreba elektromagnetnih pojava je veoma široka. To su sistemi i sredstva komunikacije, radio-difuzna, televizija, elektronski računari, upravljački sistemi za različite namene, merni i medicinski uređaji, električna i radio oprema za domaćinstvo i drugo, tj. nešto bez čega je nemoguće zamisliti moderno društvo.

Gotovo da nema točnih znanstvenih podataka o tome koliko snažno elektromagnetno zračenje utječe na ljudsko zdravlje, postoje samo nepotvrđene hipoteze i općenito ne neosnovani strahovi da je sve neprirodno destruktivno. Dokazano je da ultraljubičasto, rendgensko zračenje i zračenje visokog intenziteta u mnogim slučajevima nanose stvarnu štetu svim živim bićima.

Geometrijska optika. Zakoni o civilnoj odbrani.

Geometrijska (zračna) optika koristi idealizirani koncept svjetlosnog zraka - beskonačno tanak snop svjetlosti koji se pravolinijski širi u homogenom izotropnom mediju, kao i koncept tačkastog izvora zračenja koji ravnomjerno svijetli u svim smjerovima. λ - talasna dužina svetlosti, - karakteristična veličina

objekat na putu talasa. Geometrijska optika je granični slučaj valne optike i njeni principi su ispunjeni ako su ispunjeni sljedeći uvjeti:

h / D<< 1 т. е. геометрическая оптика, строго говоря, применима лишь к бесконечно коротким волнам.

Geometrijska optika se takođe zasniva na principu nezavisnosti svetlosnih zraka: zraci ne ometaju jedni druge kada se kreću. Prema tome, kretanje zraka ne sprječava svaki od njih da se širi nezavisno jedan od drugog.

Za mnoge praktične probleme optike, može se zanemariti valna svojstva svjetlosti i smatrati da je širenje svjetlosti pravolinijsko. U ovom slučaju, slika se svodi na razmatranje geometrije putanje svjetlosnih zraka.

Osnovni zakoni geometrijske optike.

Navedimo osnovne zakone optike koji slijede iz eksperimentalnih podataka:

1) Pravolinijsko širenje.

2) Zakon nezavisnosti svetlosnih zraka, odnosno dve zrake, koje se ukrštaju, ni na koji način ne ometaju jedna drugu. Ovaj zakon se bolje slaže sa teorijom talasa, jer bi se čestice, u principu, mogle sudariti jedna s drugom.

3) Zakon refleksije. upadni zrak, reflektirani zrak i okomiti na sučelje, rekonstruirani na mjestu upadanja zraka, leže u istoj ravnini, koja se naziva ravnina upada; upadni ugao je jednak uglu

Reflections.

4) Zakon prelamanja svjetlosti.

Zakon refrakcije: upadna zraka, prelomljena zraka i okomita na međupovršinu, rekonstruisana iz tačke upada zraka, leže u istoj ravni - upadnoj ravni. Odnos sinusa upadnog ugla prema sinusu ugla refleksije jednak je odnosu brzina svjetlosti u oba medija.

Sin i1 / sin i2 = n2 / n1 = n21

gdje je relativni indeks prelamanja drugog medija u odnosu na prvi medij. n21

Ako je supstanca 1 praznina, vakuum, tada je n12 → n2 apsolutni indeks loma supstance 2. Lako se može pokazati da je n12 = n2 / n1, u ovoj jednakosti s lijeve strane je relativni indeks loma dvije supstance ( na primjer, 1 je zrak, 2 je staklo), a desno je omjer njihovih apsolutnih indeksa prelamanja.

5) Zakon reverzibilnosti svetlosti (može se izvesti iz zakona 4). Ako usmjerite svjetlo u suprotnom smjeru, ono će slijediti isti put.

Iz zakona 4) slijedi da ako je n2> n1, onda Sin i1> Sin i2. Sada imamo n2< n1 , то есть свет из стекла, например, выходит в воздух, и мы постепенно увеличиваем угол i1.

Tada se može shvatiti da kada se dostigne određena vrijednost ovog ugla (i1) pr, ispada da će ugao i2 biti jednak π / 2 (zraka 5). Tada je Sin i2 = 1 i n1 Sin (i1) pr = n2. So Sin

Sile koje djeluju na provodnik.

U električnom polju, na površini vodiča, naime, ovdje se nalaze električni naboji, određene sile djeluju sa strane polja. Budući da jačina elektrostatičkog polja na površini vodiča ima samo normalnu komponentu, sila koja djeluje na element površine provodnika je okomita na ovaj element površine. Izraz za razmatranu silu, koji se odnosi na vrijednost površine elementa površine provodnika, ima oblik:

(1)

gdje je vanjska normala na površinu vodiča, površinska je gustoća električnog naboja na površini vodiča. Za nabijenu tanku sfernu ljusku vlačne sile mogu uzrokovati naprezanja u materijalu ljuske veća od krajnje čvrstoće.

Zanimljivo je da su takvi omjeri bili predmet istraživanja klasika nauke poput Poissona i Laplacea na samom početku 19. stoljeća. U odnosu (1), zbunjenost je uzrokovana faktorom 2 u nazivniku. Zaista, zašto se tačan rezultat dobije prepolovljavanjem izraza? Razmotrimo jedan poseban slučaj (slika 1): neka provodna lopta poluprečnika sadrži električni naboj na svojoj bočnoj površini. Lako je izračunati površinsku gustinu električnog naboja: Uvodimo sferni koordinatni sistem (), element bočne površine lopte je definisan kao. Naboj površinskog elementa može se izračunati iz zavisnosti:. Ukupni električni naboj prstena polumjera i širine određen je izrazom:. Udaljenost od ravnine razmatranog prstena do pola sfere (bočne površine lopte) je ... Poznato je rješenje za problem određivanja komponente vektora jakosti elektrostatičkog polja na osi prstena (princip superpozicije) u tački posmatranja, koja je udaljena od ravnine prstena:

Izračunajmo ukupnu vrijednost jačine elektrostatičkog polja stvorenog površinskim nabojima, isključujući elementarni naboj u blizini pola sfere:

Podsjetimo da je u blizini nabijene provodne sfere jačina vanjskog elektrostatičkog polja

Pokazalo se da je sila koja djeluje na naboj elementa na površini nabijene provodne kugle 2 puta manja od sile koja djeluje na isti naboj koji se nalazi u blizini bočne površine loptice, ali izvan nje.

Ukupna sila koja djeluje na provodnik je

(5)

Osim sile iz elektrostatičkog polja, provodnik je podvrgnut djelovanju momenta sila

(6)

gdje je radijus vektor elementa površine dS kondukter.

U praksi je često zgodnije izračunati efekat sile elektrostatičkog polja na provodnik diferenciranjem električne energije sistema W. Sila koja deluje na provodnik, u skladu sa definicijom potencijalne energije, je

a veličina projekcije vektora momenta sila na neku osu je jednaka

gdje je ugao rotacije tijela kao cjeline oko razmatrane ose. Imajte na umu da gornje formule vrijede ako postoji električna energija W izraženo kroz naboje provodnika (izvora polja!), a proračun derivata se vrši pri konstantnim vrijednostima električnih naboja.

Amperska sila je sila kojom magnetsko polje djeluje na provodnik, sa strujom koja se nalazi u tom polju. Veličina ove sile može se odrediti korištenjem Amperovog zakona. Ovaj zakon definira beskonačno malu silu za beskonačno mali dio provodnika. To omogućava primjenu ovog zakona na provodnike različitih oblika.

Formula 1 - Amperov zakon

B indukcija magnetnog polja u kojem se nalazi strujni provodnik

I struja vodiča

dl beskonačno mali element dužine provodnika sa strujom

alfa ugao između indukcije vanjskog magnetskog polja i smjera struje u vodiču

Smjer amperove sile je prema pravilu lijeve ruke. Formulacija ovog pravila zvuči ovako. Kada je lijeva ruka postavljena tako da linije magnetske indukcije vanjskog polja ulaze u dlan, a četiri ispružena prsta ukazuju na smjer toka struje u provodniku, dok će palac savijen pod pravim kutom pokazivati ​​smjer sile koja deluje na element provodnika.

Slika 1 - pravilo lijeve ruke

Neki problemi nastaju kada se koristi pravilo lijeve ruke kada je ugao između indukcije polja i struje mali. Teško je odrediti gdje bi trebala biti otvorena ruka. Stoga, radi lakše primjene ovog pravila, možete postaviti dlan tako da ne uključuje sam vektor magnetske indukcije, već njegov modul.

Iz Amperovog zakona slijedi da će Amperova sila biti nula ako je ugao između linije magnetske indukcije polja i struje jednak nuli. Odnosno, provodnik će se nalaziti duž takve linije. Sila Ampera imat će najveću moguću vrijednost za ovaj sustav ako je kut 90 stupnjeva. To jest, struja će biti okomita na liniju magnetske indukcije.

Koristeći Amperov zakon, možete pronaći silu koja djeluje u sistemu od dva provodnika. Zamislite dva beskonačno duga provodnika koja su međusobno razmaknuta. Kroz ove provodnike teku struje. Sila koja djeluje sa strane polja koje stvara provodnik sa strujom broj jedan na provodnik broj dva može se predstaviti kao.

Formula 2 - Amperska sila za dva paralelna provodnika.

Sila koja djeluje sa strane provodnika broj jedan na drugi provodnik imat će isti oblik. Štoviše, ako struje u vodičima teku u jednom smjeru, tada će se vodič privući. Ako je suprotno, onda će se odbijati. Postoji neka konfuzija, jer struje teku u jednom smjeru, pa kako ih privući. Uostalom, polovi i naboji istog imena uvijek su se odbijali. Ili je Amper odlučio da ne oponaša druge i smislio nešto novo.

Zapravo, Ampere nije izmislio ništa, jer ako razmislite o tome, onda su polja koja stvaraju paralelni provodnici usmjerena jedno nasuprot drugom. A zašto ih privlače, pitanje se više ne postavlja. Da biste odredili u kojem smjeru je usmjereno polje koje stvara vodič, možete upotrijebiti pravilo desnog vijka.

Slika 2 - Paralelni provodnici sa strujom

Koristeći paralelne vodiče i izraz amperske sile za njih, možete odrediti jedinicu jednog ampera. Ako iste struje od jednog ampera teku kroz beskonačno duge paralelne vodiče koji se nalaze na udaljenosti od jednog metra, tada će sile interakcije između njih biti 2 * 10-7 Newtona, za svaki metar dužine. Koristeći ovu zavisnost, možete izraziti koliko će biti jednako jednom Amperu.

Ovaj video opisuje kako trajno magnetsko polje koje stvara potkovičasti magnet djeluje na provodnik koji nosi struju. U ovom slučaju, ulogu vodiča sa strujom igra aluminijski cilindar. Ovaj cilindar počiva na bakrenim šinama kroz koje se do njega dovodi električna struja. Sila koja djeluje na vodič s strujom u magnetskom polju naziva se sila Ampera. Smjer djelovanja Amperove sile određuje se pomoću pravila lijeve ruke.

Francuski fizičar Dominique François Arago (1786-1853) na sastanku Pariške akademije nauka govorio je o Oerstedovim eksperimentima i ponovio ih. Arago je ponudio prirodno, kako se svima činilo, objašnjenje magnetskog djelovanja električne struje: provodnik se, kao rezultat električne struje koja teče kroz njega, pretvara u magnet. Demonstraciji je prisustvovao još jedan akademik, matematičar Andre Marie Ampere. Pretpostavio je da je suština novootkrivenog fenomena u kretanju naboja, pa je odlučio sam izvršiti potrebna mjerenja. Amper je bio uvjeren da su zatvorene struje ekvivalentne magnetima. On je 24. septembra 1820. spojio dva žičana namotaja na naponski pol, koji su se pretvorili u magnete.

To. strujni kalem stvara isto polje kao i trakasti magnet. Ampere je stvorio prototip elektromagneta, otkrivši da se čelična šipka smještena unutar spirale sa strujom magnetizira, množeći magnetsko polje. Amper je sugerirao da je magnet određeni sistem unutrašnjih zatvorenih struja i pokazao (i na osnovu eksperimenata i pomoću proračuna) da je mala kružna struja (petlja) ekvivalentna malom magnetu koji se nalazi u središtu petlje okomito. na njegovu ravan, tj bilo koje strujno kolo može se zamijeniti magnetom beskonačno male debljine.

Amperova hipoteza da unutar svakog magneta postoje zatvorene struje tzv. hipotezu o molekularnim strujama i formirao je osnovu teorije interakcije struja – elektrodinamike.

Na provodnik sa strujom u magnetskom polju deluje sila koja je određena samo svojstvima polja na mestu gde se provodnik nalazi, a ne zavisi od toga koji sistem struja ili trajnih magneta je stvorio polje. Magnetno polje ima orijentacijski efekat na okvir sa strujom. Posljedično, okretni moment koji doživljava okvir je rezultat djelovanja sila na njegove pojedinačne elemente.

Amperov zakon se može koristiti za određivanje modula vektora magnetske indukcije. Modul vektora indukcije u datoj tački uniformnog magnetskog polja jednak je najvećoj sili koja djeluje na provodnik jedinične dužine smješten u blizini ove tačke, kroz koji teče struja po jedinici struje:. Vrijednost se postiže pod uvjetom da je vodič okomit na indukcijske vodove.

Amperov zakon koristi se za određivanje jačine interakcije dvije struje.

Između dva paralelna beskonačno duga vodiča, kroz koja teku jednosmjerne struje, nastaje interakcijska sila. Provodnici sa jednako usmjerenim strujama se privlače, sa suprotno usmjerenim strujama odbijaju.

Snaga interakcije po jedinici dužine svakog od paralelnih vodiča proporcionalna je veličinama struja i obrnuto proporcionalna udaljenosti između R između njih. Ova interakcija provodnika s paralelnim strujama objašnjava se pravilom lijeve strane. Modul sile koja djeluje na dvije beskonačne pravolinijske struje i, udaljenost između kojih je jednaka R.