Дефиниција

Силата што делува на проводник што носи струја во магнетно поле се нарекува Амперска сила. Неговите ознаки: . Амперската моќност е векторска величина. Нејзината насока се одредува според правилото на левата рака: дланката на левата рака треба да биде поставена така што линиите на сила магнетно полевлезе во неа. Четири продолжени прсти ја покажаа насоката на струјата. Во овој случај, свиткана дапалецот

ќе го покаже правецот на амперската сила (сл. 1).

Амперовиот закон

Елементарната сила на Ампер е одредена со Амперовиот закон (или формула):

каде што јас е јачината на струјата, е мал елемент од должината на проводникот - ова е вектор еднаков по големина на должината на проводникот, насочен во иста насока како векторот на густината на струјата, е индукција на магнетното поле во кој е поставен спроводникот со струја.

Инаку, оваа формула за амперската сила е напишана како:

каде е векторот на густината на струјата, dV е волуменскиот елемент на проводникот.

Модулот на амперската сила се наоѓа во согласност со изразот:

каде е аголот помеѓу векторите на магнетната индукција и насоката на течењето на струјата. Од изразот (3) е очигледно дека амперската сила е максимална во случај на нормалност на линиите на магнетното поле во однос на спроводникот што носи струја.

Сили кои делуваат на спроводниците што носат струја во магнетно поле

Од Амперовиот закон произлегува дека сила еднаква на: делува на проводник со струја еднаква на I:

каде се смета магнетната индукција во рамките на мало парче проводник dl. Интеграцијата во формулата (4) се врши по целата должина на проводникот (l). Од изразот (4) следува дека амперова сила еднаква на

Амперската сила, која делува на елементот (dl) на правилен проводник со струја I 1, сместен во магнетно поле што создава друг правилен проводник, паралелен на првиот со струја I 2, е еднаква по големина:

каде што d е растојанието помеѓу проводниците, H/m (или N/A 2) е магнетната константа. Проводниците со струи во иста насока се привлекуваат едни со други. Ако насоките на струите во проводниците се различни, тогаш тие се одбиваат. За паралелните спроводници со бесконечна должина дискутирани погоре, силата на Амперан по единица должина може да се пресмета со формулата:

Формулата (6) во системот SI се користи за да се добие квантитативната вредност на магнетната константа.

Основната единица за мерење на сила Ампер (како и секоја друга сила) во системот SI е: =H

Во GHS: =дин

Примери за решавање проблеми

Пример

Вежбајте.Прав проводник со должина l со струја I е во еднообразно магнетно поле B. На проводникот делува сила F.

Решение.На спроводник што носи струја сместен во магнетно поле дејствува амперова сила, чиј модул за правилен проводник со струја сместен во еднообразно поле може да се претстави како:

каде е саканиот агол. Оттука:

Одговори.

Пример

Вежбајте.Два тенки долги проводници со струи лежат во иста рамнина на растојание d еден од друг.

Решение.Ширината на десниот спроводник е a. Низ проводниците течат струи I 1 и I 2 (сл. 1). Колкава е амперската сила што делува на спроводниците по единица должина?

Како основа за решавање на проблемот, ја земаме формулата на елементарната амперска сила:

Да претпоставиме дека проводник со струја I 1 создава магнетно поле, а во него се наоѓа друг проводник Да ја побараме амперската сила што дејствува на проводник со струја I 2 . Дозволете ни да избереме во проводникот (2) мал елемент dx (сл. 1), кој се наоѓа на растојание x од првиот проводник. Магнетното поле кое создава проводник 1 (магнетното поле на бесконечен праволиниски проводник со струја) во точката каде што се наоѓа елементот dx може да се најде според теоремата за циркулација како.Амперовиот закон Амперска сила.

ја покажува силата со која магнетното поле делува на проводник поставен во него. Оваа сила е исто така нареченаИзјава на законот:.

силата што делува на проводник што носи струја сместен во еднообразно магнетно поле е пропорционална на должината на проводникот, векторот на магнетната индукција, јачината на струјата и синусот на аголот помеѓу векторот на магнетната индукција и проводникот

Ако големината на проводникот е произволна, а полето е нееднакво, тогаш формулата е следна:

Насоката на силата на Ампер се одредува со правилото на левата страна.: Правило на левата рака° ако ја поставите левата рака така што нормалната компонента на векторот на магнетната индукција да влезе во дланката, а четири прсти се испружени во насока на струјата во проводникот, тогаш вратете се на 90

палецот ќе ја означи насоката на амперската сила.

Секој проводник што носи струја создава магнетно поле во околниот простор. Во овој случај, електричната струја е нарачаното движење на електричните полнежи. Ова значи дека можеме да претпоставиме дека секое полнење што се движи во вакуум или медиум генерира магнетно поле околу себе. Како резултат на генерализирање на бројни експериментални податоци, беше воспоставен закон кој го одредува полето B на точкаст полнеж Q што се движи со константна нерелативистичка брзина v. Овој закон е даден со формулата

(1)

каде r е вектор на радиус извлечен од полнежот Q до точката на набљудување M (сл. 1). Според (1), векторот B е насочен нормално на рамнината во која се наоѓаат векторите v и r: неговата насока се совпаѓа со насоката на преводното движење на десната завртка додека се ротира од v во r.

Сл.1

Големината на векторот на магнетна индукција (1) се наоѓа со формулата

(2)

каде α е аголот помеѓу векторите v и r. Споредувајќи го законот Биот-Саварт-Лаплас и (1), гледаме дека движечкиот полнеж е еквивалентен во неговите магнетни својства на тековниот елемент: Idl = Qv

Ефект на MF на подвижно полнење.

Од искуство е познато дека магнетното поле влијае не само на спроводниците што носат струја, туку и на индивидуалните полнежи кои се движат во магнетно поле. Силата што делува на електричен полнеж Q што се движи во магнетно поле со брзина v се нарекува Лоренцова сила и се дава со изразот: F = Q каде што B е индукција на магнетното поле во кое се движи полнежот.

За да го одредиме правецот на силата на Лоренц, го користиме правилото на левата рака: ако дланката на левата рака е поставена така што векторот B влегува во неа, а четири продолжени прсти се насочени долж векторот v (за Q>0 насоките I и v се совпаѓаат, за Q Сл. 1 ја прикажува меѓусебната ориентација на векторите v, B (полето е насочено кон нас, прикажано на сликата со точки) и F за позитивен полнеж, тогаш силата дејствува во спротивна насока.

Е.м.ф. електромагнетната индукција во колото е пропорционална со брзината на промена на магнетниот тек Фm низ површината ограничена со ова коло:

каде k е коефициент на пропорционалност. Овој ем.ф. не зависи од тоа што ја предизвикало промената на магнетниот тек - или со поместување на колото во постојано магнетно поле, или со менување на самото поле.

Значи, насоката на индукциската струја се определува со правилото на Ленц: за секоја промена на магнетниот тек низ површина ограничена со затворено спроводно коло, во последното се јавува индукциона струја во таква насока што нејзиното магнетно поле ја спротивставува промената во магнетниот тек.

Генерализација на законот на Фарадеј и правилото на Ленц е законот Фарадеј-Ленц: Електромоторната сила на електромагнетната индукција во затворено спроводно коло е нумерички еднаква и спротивна во знакот на брзината на промена на магнетниот тек низ површина ограничена со колото:

Количината Ψ = ΣΦm се нарекува флуксна врска или вкупен магнетен тек. Ако флуксот што продира во секоја кривина е ист (т.е. Ψ = NΦm), тогаш во овој случај

Германскиот физичар Г. Хелмхолц докажа дека законот Фарадеј-Ленц е последица на законот за зачувување на енергијата. Нека затворено спроводно коло е во нерамномерно магнетно поле. Ако во колото тече струја I, тогаш под дејство на силите на Ампер, лабавото коло ќе почне да се движи. Елементарната работа dA извршена при поместување на контурата за време dt ќе биде

dA = IdФm,

каде што dФm е промената на магнетниот тек низ областа на колото за време dt. Работата што ја врши струјата во време dt за надминување на електричниот отпор R на колото е еднаква на I2Rdt. Вкупната работа на тековниот извор за ова време е еднаква на εIdt. Според законот за зачувување на енергијата, работата на тековниот извор се троши на двете именувани дела, т.е.

εIdt = IdФm + I2Rdt.

Поделувајќи ги двете страни на еднаквоста со Idt, добиваме

Следствено, кога се менува магнетниот флукс поврзан со колото, во последното се јавува електромоторна сила на индукција

Електромагнетни вибрации. Осцилаторно коло.

Електромагнетни осцилации се осцилации на такви количини како што се индуктивност, отпор, емф, полнеж, струја.

Осцилирачко коло е електрично коло кое се состои од кондензатор, калем и отпорник поврзани во серија.Промената на електричното полнење на плочата на кондензаторот со текот на времето е опишана со диференцијалната равенка:

Електромагнетни бранови и нивните својства.

Во осцилаторното коло се случува процесот на претворање на електричната енергија на кондензаторот во енергија на магнетното поле на серпентина и обратно. Доколку во одредени временски моменти ги компензираме загубите на енергија во колото поради отпорот поради надворешен извор, ќе добиеме непридушени електрични осцилации, кои можат да се испуштаат преку антената во околниот простор.

Процесот на ширење на електромагнетни осцилации, периодични промени во јачината на електричните и магнетните полиња, во околниот простор се нарекува електромагнетен бран.

Електромагнетните бранови покриваат широк опсег на бранови должини од 105 до 10 m и фреквенции од 104 до 1024 Hz. По име, електромагнетните бранови се поделени на радио бранови, инфрацрвено, видливо и ултравиолетово зрачење, х-зраци и -зрачење. Во зависност од својствата на бранова должина или фреквенција електромагнетни брановипромена, што е убедлив доказ за дијалектичко-материјалистичкиот закон за преминот на квантитетот во нов квалитет.

Електромагнетното поле е материјално и има енергија, импулс, маса, се движи во просторот: во вакуум со брзина C, а во средина со брзина: V=, каде што = 8,85;

Волуметриска густина на енергија електромагнетно поле. Практичната употреба на електромагнетните појави е многу широка. Тоа се комуникациски системи и средства, радио емитување, телевизија, електронска компјутерска технологија, контролни системи за различни намени, мерење и медицински помагала, електрична и радио опрема за домаќинство и други, т.е. нешто без кое е невозможно да се замисли модерното општество.

Речиси нема точни научни податоци за тоа колку моќното електромагнетно зрачење влијае на здравјето на луѓето, има само непотврдени хипотези и, воопшто, не неосновани стравови дека сè што е неприродно има деструктивен ефект. Докажано е дека ултравиолетовото, рендгенското зрачење и висок интензитет во многу случаи предизвикуваат вистинска штета на сите живи суштества.

Геометриска оптика. Граѓанско-правни закони.

Геометриската (зрак) оптика користи идеализирана идеја за светлосен зрак - бескрајно тенок зрак светлина што се шири праволиниски во хомогена изотропна средина, како и идејата за точкаст извор на зрачење што сјае подеднакво во сите правци. λ - светлосна бранова должина, - карактеристична големина

објект на патеката на бранот. Геометриската оптика е ограничувачки случај на брановата оптика и нејзините принципи се задоволуваат под следниве услови:

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

Геометриската оптика исто така се заснова на принципот на независност на светлосните зраци: зраците не се вознемируваат едни со други кога се движат. Затоа, движењата на зраците не го спречуваат секој од нив да се шири независно еден од друг.

За многу практични проблеми во оптиката, може да се игнорираат брановите својства на светлината и да се смета дека ширењето на светлината е праволиниско. Во овој случај, сликата се сведува на разгледување на геометријата на патеката на светлосните зраци.

Основни закони на геометриската оптика.

Да ги наведеме основните закони на оптика кои произлегуваат од експерименталните податоци:

1) Директно ширење.

2) Законот за независност на светлосните зраци, односно два зраци, кои се вкрстуваат, не се мешаат едни со други. Овој закон подобро се согласува со теоријата на бранови, бидејќи честичките, во принцип, би можеле да се судрат една со друга.

3) Закон на рефлексија. упадниот зрак, рефлектираниот зрак и нормалната на интерфејсот реконструирана на точката на инциденца на зракот лежат во истата рамнина, наречена рамнина на инциденца; аголот на пад е еднаков на аголот

Рефлексии.

4) Законот за прекршување на светлината.

Закон за рефракција. Односот на синусот на аголот на инциденца до синусот на аголот на рефлексија е еднаков на односот на брзините на светлината во двата медиума.

Sin i1/ sin i2 = n2/n1 = n21

каде е релативниот индекс на рефракција на вториот медиум во однос на првиот медиум. n21

Ако супстанцијата 1 е празнина, вакуум, тогаш n12 → n2 е апсолутен индекс на рефракција на супстанцијата 2. Лесно може да се покаже дека n12 = n2 /n1, во оваа еднаквост лево е релативниот индекс на рефракција на две супстанции (на пример , 1 е воздух, 2 е стакло), а десно е односот на нивните апсолутни индекси на рефракција.

5) Законот за реверзибилност на светлината (може да се изведе од законот 4). Ако испратите светлина во спротивна насока, таа ќе го следи истиот пат.

Од законот 4) следува дека ако n2 > n1, тогаш Sin i1 > Sin i2. Нека сега имаме n2< n1 , то есть свет из стекла, например, выходит в воздух, и мы постепенно увеличиваем угол i1.

Тогаш можеме да разбереме дека кога ќе се достигне одредена вредност на овој агол (i1)pr, излегува дека аголот i2 ќе биде еднаков на π /2 (зрак 5). Тогаш Sin i2 = 1 и n1 Sin (i1)pr = n2 . Значи Грев

Сили кои дејствуваат на проводник.

ВО електрично полеНа површината на проводникот, и тука се наоѓаат електричните полнежи, одредени сили дејствуваат од полето. Бидејќи јачината на електростатското поле на површината на проводникот има само нормална компонента, силата што дејствува на елемент од површината на проводникот е нормална на тој површински елемент. Изразот за силата што се разгледува, поврзан со површината на елементот на површината на проводникот, има форма:

(1)

каде што е надворешната нормална на површината на спроводникот, е површинската густина на електричниот полнеж на површината на проводникот. За наелектризирана тенка сферична обвивка, силите на истегнување можат да предизвикаат напрегања во материјалот на обвивката што ја надминуваат цврстината на истегнување.

Интересно е што ваквите односи биле предмет на истражување на класиците на науката како Поасон и Лаплас на самиот почеток на 19 век. Во односот (1), факторот 2 во именителот е збунувачки. Навистина, зошто точен резултатсе добива со делење на изразот на половина? Да разгледаме еден посебен случај(Сл. 1): нека спроводлива топка со радиус содржи електричен полнеж на неговата странична површина. Површинската густина на електричниот полнеж е лесно да се пресмета: Да воведеме сферичен координатен систем (), и да го дефинираме елементот на страничната површина на топката како . Полнењето на површинскиот елемент може да се пресмета од односот: . Вкупниот електричен полнеж на прстенот со радиус и ширина се определува со изразот: . Растојанието од рамнината на прстенот што се разгледува до полот на сферата (страничната површина на топката) е еднакво на . Постои познато решение за проблемот со одредување на компонентата на векторот на јачината на електростатското поле на оската на прстенот (принцип на суперпозиција) на точка на набљудување лоцирана на растојание од рамнината на прстенот:

Да ја пресметаме вкупната вредност на јачината на електростатското поле создадена од површинските полнежи, со исклучок на елементарното полнење во близина на полот на сферата:

Да потсетиме дека во близина на наелектризирана спроводлива сфера, јачината на надворешното електростатско поле е еднаква на

Излегува дека силата што дејствува на полнежот на елементот на површината на наелектризираната спроводлива топка е 2 пати помала од силата што дејствува на истиот полнеж лоцирана во близина на страничната површина на топката, но надвор од неа.

Вкупната сила што делува на проводникот е еднаква на

(5)

Покрај силата од електростатското поле, спроводникот е подложен на дејство на момент на сила

(6)

каде е векторот на радиусот на површинскиот елемент dSпроводник.

Во пракса, често е попогодно да се пресмета ефектот на силата на електростатското поле врз проводникот со диференцирање на електричната енергија на системот W. Силата што делува на проводникот, во согласност со дефиницијата за потенцијална енергија, е еднаква на

а големината на проекцијата на векторот на вртежниот момент на одредена оска е еднаква на

каде е аголот на ротација на телото како целина околу оската што се разгледува. Имајте на ум дека горенаведените формули се валидни ако електричната енергија Все изразува преку полнежите на проводниците (извори на поле!), а дериватите се пресметуваат со константни вредности на електрични полнежи.

Амперската сила е силата со која магнетното поле делува на проводникот што носи струја поставена во ова поле. Големината на оваа сила може да се одреди со помош на Амперовиот закон. Овој закон дефинира бесконечно мала сила за бесконечно мал дел од проводникот. Ова овозможува да се примени овој закон за проводници со различни форми.

Формула 1 - Законот на Ампер

Биндукција на магнетно поле во кое се наоѓа проводник што носи струја

Јасјачина на струјата во проводникот

длбесконечно мал елемент од должината на проводникот што носи струја

алфааголот помеѓу индукцијата на надворешното магнетно поле и насоката на струјата во проводникот

Насоката на Амперовата сила се наоѓа според правилото на левата рака. Формулацијата на ова правило е како што следува. Кога левата ракасе наоѓа на таков начин што линиите на магнетната индукција на надворешното поле влегуваат во дланката, а четири продолжени прсти го означуваат правецот на движењето на струјата во проводникот, додека палецот свиткан под прав агол ќе ја означи насоката на силата што дејствува на спроводниот елемент.

Слика 1 - правило на левата рака

Некои проблеми се јавуваат кога се користи правилото за левата страна ако аголот помеѓу индукцијата на полето и струјата е мал. Тешко е да се одреди каде треба да биде отворената дланка. Затоа, за да ја поедноставите примената на ова правило, можете да ја поставите вашата дланка така што не го вклучува самиот вектор на магнетна индукција, туку неговиот модул.

Од Амперовиот закон произлегува дека силата на Ампер ќе биде еднаква на нула ако аголот помеѓу линијата на магнетна индукција на полето и струјата е еднаков на нула. Тоа е, проводникот ќе се наоѓа по таква линија. И моќноста на Ампер ќе има максимум можно значењеза овој систем, ако аголот е 90 степени. Тоа е, струјата ќе биде нормална на линијата на магнетната индукција.

Користејќи го Амперовиот закон, можете да ја пронајдете силата што дејствува во систем од два проводници. Да замислиме два бесконечно долги проводници кои се наоѓаат на растојание еден од друг. Низ овие проводници течат струи. Силата што дејствува од полето создадено од проводник со струја број еден на спроводникот број два може да се претстави како:

Формула 2 - Амперска сила за два паралелни проводници.

Силата што ја врши спроводникот број еден врз спроводникот два ќе има иста форма. Покрај тоа, ако струите во проводниците течат во една насока, тогаш проводникот ќе биде привлечен. Ако се во спротивни насоки, тогаш тие ќе се одвратат едни со други. Има одредена конфузија, бидејќи струите течат во една насока, па како можат да се привлечат? Впрочем, како столбови и обвиненија отсекогаш отфрли. Или Ампер решил дека не вреди да ги имитира другите и смислил нешто ново.

Всушност, Ампер не измислил ништо, бидејќи ако размислите добро, полињата создадени од паралелни проводници се насочени спротивно едни на други. А зошто се привлечени, веќе не се поставува прашањето. За да одредите во која насока е насочено полето создадено од проводникот, можете да го користите правилото за десната завртка.

Слика 2 - Паралелни проводници со струја

Со помош на паралелни проводници и изразот на Амперската сила за нив, може да се одреди единицата на еден ампер. Ако идентични струи од еден ампер течат низ бесконечно долги паралелни проводници лоцирани на растојание од еден метар, тогаш силата на интеракцијата меѓу нив ќе биде 2 * 10-7 Њутн за секој метар должина. Користејќи ја оваа врска, можеме да изразиме на што ќе биде еднаков еден ампер.

Ова видео покажува како постојаното магнетно поле создадено од магнет од потковица влијае на спроводникот што носи струја. Улогата на проводник што носи струја во во овој случајизведена од алуминиумски цилиндар. Овој цилиндар се потпира на бакарни шипки преку кои му се снабдува електрична струја. Силата што делува на проводник што носи струја во магнетно поле се нарекува амперова сила. Насоката на дејство на амперската сила се определува со правилото на левата страна.

Францускиот физичар Доминик Франсоа Араго (1786-1853) на состанокот на Париската академија на науките зборуваше за експериментите на Оерстед и ги повтори. Араго предложи природно, како што им се чинеше на сите, објаснување за магнетното дејство електрична струја: Проводник се претвора во магнет како резултат на протокот на електрична струја низ него. На демонстрациите присуствуваше уште еден академик, математичарот Андре Мари Ампер. Тој претпоставил дека суштината на новооткриениот феномен е движењето на полнежот и решил самиот да ги изврши потребните мерења. Ампер беше уверен дека затворените струи се еквивалентни на магнети. На 24 септември 1820 година, тој поврзал две жичани спирали на напонски столб, кој се претворил во магнети.

Тоа. серпентина што носи струја го произведува истото поле како магнетот со шипка. Ампер го создаде прототипот на електромагнетот, откако откри дека челична шипка поставена во спирала со струја се магнетизира, множејќи го магнетното поле. Ампер сугерираше дека магнетот е одреден систем на внатрешни затворени струи и покажа (и врз основа на експерименти и со помош на пресметки) дека мала кружна струја (серпентина) е еквивалентна на мал магнет лоциран во центарот на серпентина. нормално на неговата рамнина, т.е. Секое коло со струја може да се замени со магнет со бесконечно мала дебелина.

Амперовата хипотеза дека внатре во кој било магнет има затворени струи, наречена. хипотеза за молекуларните струи и ја формираа основата на теоријата за интеракција на струи - електродинамика.

Спроводник кој носи струја сместен во магнетно поле е подложен на сила која се одредува само од својствата на полето на местото каде што се наоѓа проводникот и не зависи од тоа кој систем на струи или постојани магнети го создал полето. Магнетното поле има ориентирачки ефект врз рамката што носи струја. Следствено, вртежниот момент што го доживува рамката е резултат на дејството на силите на нејзините поединечни елементи.

Амперовиот закон може да се користи за да се одреди големината на векторот на магнетната индукција. Модулот на индукцискиот вектор во дадена точка на еднообразно магнетно поле е еднаков на најголемата сила што делува на проводник со единечна должина поставен во близина на дадена точка, низ кој тече струја по единица струја: . Вредноста се постигнува под услов проводникот да се наоѓа нормално на индукциските линии.

Амперовиот закон се користи за одредување на силата на интеракцијата помеѓу две струи.

Помеѓу два паралелни бесконечно долги проводници низ кои течат директни струи, се јавува сила на интеракција. Спроводниците со идентично насочени струи привлекуваат, а спроводниците со спротивно насочени струи одбиваат.

Моќта на интеракцијата, по единица должина на секој од паралелните спроводници, е пропорционален на големината на струите и е обратно пропорционален на растојанието помеѓу Рмеѓу нив. Оваа интеракција на проводниците со паралелни струи се објаснува со правилото на левата страна. Модулот на сила што делува на две бесконечни прави струи и чие растојание е Р.