Дефиниција

Силата што делува на проводник со струја во магнетно поле се нарекува од Ампер... Неговите ознаки:. Амперската сила е векторска величина. Нејзината насока се одредува според правилото на левата рака: треба да ја поставите дланката на левата рака така што линиите на сила на магнетното поле ќе влезат во неа. Продолжените четири прсти ја означуваа насоката на јачината на струјата. Во овој случај, свитканиот палец ќе ја покаже насоката на амперската сила (сл. 1).

Амперовиот закон

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

каде што I е јачината на струјата, е мал елемент од должината на проводникот, е вектор еднаков по големина на должината на проводникот, насочен во иста насока како и векторот на густината на струјата, е индукција на магнетното поле во на кој се поставува 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 Ампер се наоѓа во согласност со изразот:

каде е аголот помеѓу векторите на магнетна индукција и насоката на течењето на струјата. Од изразот (3) е очигледно дека амперската сила е максимална во случај на перпендикуларност на линиите на магнетна индукција на полето во однос на спроводникот со струја.

Сили кои делуваат на проводниците со струја во магнетно поле

Од законот на Ампер произлегува дека на проводник со струја еднаква на I дејствува сила еднаква на:

каде што магнетната индукција се смета во рамките на мало парче од проводникот dl. Интеграцијата во формулата (4) се врши по целата должина на проводникот (l). Од изразот (4) следува дека затворена јамка со струја I, во еднообразно магнетно поле, делува на амперова сила еднаква на

Амперската сила што делува на елементот (dl) на прав 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. Ако насоките на струите во проводниците се различни, тогаш тие се одбиваат. За паралелните проводници со бесконечна должина разгледани погоре, силата на Ампер по единица должина може да се пресмета со формулата:

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

Единици на амперска сила

Главната мерна единица за сила Ампер (како и секоја друга сила) во системот SI е: = H

Во СГС: = дин

Примери за решавање проблеми

Пример

Вежбајте.Прав проводник со должина l со струја I е во еднообразно магнетно поле B. На проводникот делува силата F. Кој е аголот помеѓу насоката на протокот на струјата и векторот на магнетна индукција?

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

каде е потребниот агол. Оттука:

Одговори.

Пример

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

Решение.Како основа за решавање на проблемот, ја земаме формулата за елементарната сила на Ампер:

Ќе претпоставиме дека спроводник со струја I 1 создава магнетно поле, а во него се наоѓа друг спроводник. Да ја побараме амперската сила што дејствува на проводник со струја I 2. Да избереме во проводникот (2) мал елемент dx (сл. 1), кој се наоѓа на растојание x од првиот проводник. Како.

Амперовиот законја покажува силата со која магнетното поле делува на проводникот сместен во него. Оваа моќ е исто така наречена од Ампер.

Формулацијата на законот:силата што делува на проводник со струја, сместен во еднообразно магнетно поле, е пропорционална на должината на проводникот, векторот на магнетна индукција, струјата и синусот на аголот помеѓу векторот на магнетна индукција и проводникот.

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

Насоката на амперската сила се одредува со правилото на левата рака.

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, потоа оставете ја настрана за 90° палецот ќе ја означи насоката на амперската сила.

Пратеник на задолжен за возење. MF дејство на подвижно полнење. Силата на Ампер, Лоренц.

Секој проводник со 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 кое се движи во вакуум или медиум генерира магнетно поле околу себе. Како резултат на генерализација 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 векторот на радиусот, кој е повлечен 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

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

(2)

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

MF дејство на подвижно полнење.

Од искуство е познато дека магнетното поле има ефект не само на спроводниците со струја, туку и на поединечните полнежи кои се движат во магнетно поле. Силата што дејствува 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 ја одредиме насоката 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 испружени прсти се насочени долж векторот v (за Q> 0, насоките I и v се совпаѓаат, за Q Сл. 1 ја покажува меѓусебната ориентација на векторите v, B (полето има насока на нас, прикажано со точки на сликата) и F. Ако полнежот е негативен, тогаш силата делува во спротивна насока.

Е.м.с. 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 емф не зависи од тоа што ја предизвикало промената на магнетниот флукс - или движењето на колото во постојано магнетно поле, или промена на самото поле.

Значи, насоката на индукциската струја се определува со правилото Ленц: за секоја промена на магнетниот тек низ површината ограничена со затворено спроводно коло, во второто се појавува 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 затворена спроводна јамка е нумерички еднаква и спротивна по знак на брзината на промена на магнетниот тек низ површината ограничена со јамката:

Количината Ψ = ΣΦm се нарекува флуксна врска или вкупен магнетен тек. Ако протокот низ секоја од јамките 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 затвореното спроводно коло е во нехомогено магнетно поле. Ако во колото тече струја I, тогаш под дејство на амперските сили, необезбеденото коло ќе почне да се движи. Елементарната работа dA извршена при поместување на контурата во време dt ќе биде

dA = IdФm,

каде што dФm е промената на магнетниот тек низ областа на колото за време dt. Работата на струјата во времето 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 магнетниот флукс поврзан со колото се менува, електромоторната сила на индукција се јавува во второто

Електромагнетни вибрации. Осцилаторно коло.

Електромагнетни вибрации се вибрации од такви количини, индуктивност како отпор, EMF, полнење, 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 одвива процесот на транзиција на електричната енергија на кондензаторот во енергијата на магнетното поле на серпентина и обратно. Ако во одредени моменти се компензира загубата на енергија во колото за отпор поради надворешен извор, тогаш добиваме континуирани електрични осцилации, кои можат да се зрачат преку антената во околниот простор.

Процесот на ширење на електромагнетни бранови, 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 брановата должина или фреквенција, се менуваат својствата на електромагнетните бранови, што е убедлив доказ за дијалектичко-материјалистичкиот закон за преминување на количината 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;

Волуметриската густина на енергијата на електромагнетното поле. Практичната употреба на електромагнетните појави е многу широка. Станува збор за системи и средства за комуникација, радио емитување, телевизија, електронски компјутери, контролни системи за различни намени, мерни и медицински уреди, електрична и радио опрема за домаќинство и други, т.е. нешто без кое е невозможно да се замисли модерното општество.

Речиси и да нема точни научни податоци за тоа колку моќното електромагнетно зрачење влијае на човековото здравје, постојат само непотврдени хипотези и, воопшто, неосновани стравови дека сè што е неприродно е деструктивно. Докажано е дека ултравиолетовите, рендгенските зраци и зрачењето со висок интензитет во многу случаи предизвикуваат вистинска штета на сите живи суштества.

Геометриска оптика. Закони за цивилна одбрана.

Геометриската (зраци) оптика го користи идеализираниот концепт на светлосен зрак - бескрајно тенок зрак светлина што се шири праволиниски во хомогена изотропна средина, како и концептот на точкаст извор на зрачење кој 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 исполнети доколку се исполнети 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 на оптика, 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.

Дозволете ни да ги наведеме основните закони на оптика кои произлегуваат од експерименталните податоци:

1) Праволиниско ширење.

2) Законот за независност на светлосните зраци, односно два зраци, вкрстување, не се мешаат едни со други на кој било начин. Овој закон е подобро во согласност со теоријата на бранови, бидејќи честичките, во принцип, би можеле да се судрат една со друга.

3) Законот на рефлексија. упадниот зрак, рефлектираниот зрак и нормалниот на интерфејсот, реконструирани 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 ја насочите светлината во спротивна насока, таа ќе го следи истиот пат.

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

Тогаш може да се разбере 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 проводникот.

Во електричното поле, на површината на проводникот, имено овде, се наоѓаат електрични полнежи, одредени сили дејствуваат од страната на 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 овој елемент на површината. Изразот за разгледуваната сила, упатен на вредноста на 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 крајната јачина.

Интересно е што ваквите соодноси биле предмет на истражување на класиците на науката како Поасон и Лаплас на самиот почеток на 19 век. Во односот (1), збунетоста е предизвикана од факторот 2 во именителот. Навистина, зошто се добива правилен резултат со преполовување на изразот? Размислете за еден конкретен случај (слика 1): нека спроводлива топка со радиус содржи електричен полнеж на неговата странична површина. Лесно е да се пресмета површинската густина на електричен полнеж: Воведуваме сферичен координатен систем (), елементот на страничната површина на топката е дефиниран како. Полнењето на површинскиот елемент може да се пресмета од зависноста:. Вкупниот електричен полнеж на прстенот со радиус и ширина се одредува со изразот:. Растојанието од рамнината на прстенот што се разгледува до полот на сферата (страничната површина на топката) е ... Постои познато решение за проблемот со одредување на компонентата на векторот на јачината на електростатското поле на оската на прстенот (принципот на суперпозиција) на точката на набљудување, која е на растојание од рамнината на прстенот:

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

Потсетиме дека во близина на наелектризирана спроводлива сфера, јачината на надворешното електростатско поле е

Излегува дека силата што делува на полнежот на елементот на површината на наполнета 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 спроводникот е

(5)

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

(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

а големината на проекцијата на векторот на моментот на силите на некоја 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 Визразено во однос на полнежите на проводниците (извори на терен!), а пресметката на дериватите се врши со константни вредности на електрични полнежи.

Амперската сила е силата со која магнетното поле дејствува на проводникот, со струја поставена во ова поле. Големината на оваа сила може да се одреди со помош на Амперовиот закон. Овој закон ја дефинира бесконечно малата сила за бесконечно мал дел од спроводникот. Тоа овозможува да се примени овој закон за проводници со различни форми.

Формула 1 - Законот на Ампер

Биндукција на магнетното поле во кое се наоѓа струјниот проводник

Јасструја на проводникот

длбесконечно мал елемент од должината на спроводникот што носи струја

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

Насоката на амперската сила е според правилото на левата рака. Формулацијата на ова правило звучи вака. Кога левата рака е поставена на таков начин што линиите на магнетна индукција на надворешното поле влегуваат во дланката, а четири испружени прсти ја покажуваат насоката на протокот на струја во проводникот, додека палецот свиткан под прав агол ќе ја покаже насоката на силата што делува на елементот на спроводникот.

Слика 1 - правило на левата рака

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

Од законот на Ампер произлегува дека Амперовата сила ќе биде нула ако аголот помеѓу линијата на магнетна индукција на полето и струјата е нула. Тоа е, проводникот ќе се наоѓа по таква линија. А амперската сила ќе ја има максималната можна вредност за 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. Замислете два бесконечно долги проводници кои се оддалечени. Низ овие проводници течат струи. Силата што дејствува од страната на полето создадена од спроводникот со струја број еден на спроводникот број два може да се претстави како.

Формула 2 - Амперска сила за два паралелни проводници.

Силата што дејствува од страната на спроводникот број еден врз вториот спроводник ќе има иста форма. Покрај тоа, ако струите во проводниците течат во една насока, тогаш проводникот ќе се привлече. Ако е во спротивното, тогаш тие ќе се одвратат. Има одредена конфузија, бидејќи струите течат во една насока, па како може да се привлечат. Впрочем, столбовите и обвиненијата со исто име отсекогаш одбивале. Или Ампер решил да не ги имитира другите и смислил нешто ново.

Всушност, Ампер не измислил ништо, бидејќи ако размислите за тоа, тогаш полињата создадени од паралелни проводници се насочени еден спроти друг. 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 правилното правило за завртки.

Слика 2 - Паралелни проводници со струја

Користејќи паралелни проводници и изразување на амперската сила за нив, можете да ја одредите единицата на еден ампер. Ако истите струи од еден ампер течат низ бесконечно долги паралелни проводници лоцирани на растојание од еден метар, тогаш силите на интеракција меѓу нив ќе бидат 2 * 10-7 Њутни, за секој метар должина. Користејќи ја оваа зависност, можете да изразите што ќе биде еднакво на еден ампер.

Ова видео опишува како трајното магнетно поле создадено од магнет од потковица делува на проводник што носи струја. Во овој случај, улогата на проводник со струја ја игра алуминиумски цилиндар. Овој цилиндар се потпира на бакарни шини преку кои му се снабдува електрична струја. Силата што дејствува на проводник со 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 понуди природно, како што им се чинеше на сите, објаснување за магнетното дејство на електричната струја: проводникот, како резултат на електрична струја што тече низ него, се претвора во магнет. На демонстрациите присуствуваше уште еден академик, математичарот Андре Мари Ампер. Тој претпоставил дека суштината на новооткриената појава е во движењето на полнежот и решил самиот да ги изврши потребните мерења. Ампер беше убеден дека затворените струи се еквивалентни на магнети. На 24 септември 1820 година, тој поврзал две жичани калеми на напонски столб, кој се претворил во магнети.

Тоа. тековната намотка го создава истото поле како магнетот на лентата. Ампер создаде прототип на електромагнет, откривајќи 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 (јамка) е еквивалентна на мал магнет лоциран во центарот на јамката нормално до нејзината рамнина, т.е секое коло со струја може да се замени со магнет со бескрајно мала дебелина.

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

Спроводникот што носи струја во магнетното поле е под влијание на сила која се одредува само од својствата на полето во 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 со струјата. Следствено, вртежниот момент што го доживува рамката е резултат на дејството на силите на нејзините поединечни елементи.

Амперовиот закон може да се користи за одредување на модулот 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 оваа точка, низ кој тече струја по единица струја:. Вредноста се постигнува под услов проводникот да е нормален на индукциските линии.

Амперовиот закон се користи за одредување на јачината на интеракцијата на две струи.

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

Силата на интеракцијатапо единица должина на секој од паралелните спроводници е пропорционална на големините на струите и обратно пропорционална на растојанието помеѓу Рпомеѓу нив. Оваа интеракција на проводниците со паралелни струи се објаснува со правилото на левата страна. Модулот на сила што делува на две бесконечни праволиниски струи и чие растојание е еднакво на Р.