ปฏิสัมพันธ์แม่เหล็ก สนามแม่เหล็ก ปฏิกิริยาของกระแส

ปฏิสัมพันธ์ของค่าขนย้าย การกระทำของประจุที่เคลื่อนที่ (กระแสไฟฟ้า) ซึ่งกันและกันนั้นแตกต่างจากปฏิกิริยาของคูลอมบ์ของประจุคงที่
ปฏิสัมพันธ์ของประจุเคลื่อนที่เรียกว่าแม่เหล็ก

ตัวอย่างของการสำแดงของปฏิกิริยาแม่เหล็ก:

* แรงดึงดูดหรือแรงผลักของตัวนำคู่ขนานสองตัวที่มีกระแส
* ความเป็นแม่เหล็กของสารบางชนิด เช่น แร่เหล็กแม่เหล็ก ซึ่งทำมาจากแม่เหล็กถาวร หมุนลูกศรแสงที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กใกล้กับตัวนำกระแสไฟฟ้า
* การหมุนของเฟรมด้วยกระแสในสนามแม่เหล็ก
*

ปฏิกิริยาแม่เหล็กจะดำเนินการผ่าน สนามแม่เหล็ก.
สนามแม่เหล็กเป็นรูปแบบพิเศษของการมีอยู่ของสสาร
คุณสมบัติของสนามแม่เหล็ก:

* เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุ (กระแสไฟฟ้า) หรือไฟฟ้ากระแสสลับ สนามไฟฟ้า;
* ตรวจพบโดยการกระทำเมื่อ ไฟฟ้าหรือเข็มแม่เหล็ก

เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก การทดลองแสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กทำให้เกิดทิศทางของวงจรที่มีกระแสไหลและเข็มแม่เหล็ก บังคับให้ตั้งทิศทางที่แน่นอน ดังนั้นเพื่อกำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็กควรใช้ค่าซึ่งทิศทางที่เกี่ยวข้องกับการวางแนวของวงจรด้วยกระแสหรือเข็มแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก ค่านี้เรียกว่าเวกเตอร์เหนี่ยวนำแม่เหล็ก B
ทิศทางของเวกเตอร์เหนี่ยวนำแม่เหล็กถูกนำมาใช้:

* ทิศทางของค่าปกติบวกกับระนาบของวงจรด้วยกระแส
* ทิศทางของขั้วเหนือของเข็มแม่เหล็กที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก

โมดูลของเวกเตอร์ B เท่ากับอัตราส่วนของแรงบิดสูงสุดที่กระทำต่อเฟรมโดยมีกระแส ณ จุดที่กำหนดในสนามต่อผลคูณของความแรงกระแส I และพื้นที่ของวงจร S
B \u003d Mmax / (IS) (หนึ่ง)

แรงบิด M ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสนามและถูกกำหนดโดยผลิตภัณฑ์ I·S

ค่าของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กซึ่งกำหนดโดยสูตร (1) ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสนามเท่านั้น
หน่วยวัด B คือ 1 เทสลา

การแสดงกราฟิกของสนามแม่เหล็ก สำหรับการแสดงกราฟิกของสนามแม่เหล็ก จะใช้เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (เส้นสนามแม่เหล็ก) เส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือเส้นตรงที่แต่ละจุดที่เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กมุ่งตรงไปยังเส้นนั้น
เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นเส้นปิด

ตัวอย่างของสนามแม่เหล็ก:
1. ตัวนำตรงกับกระแส
เส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นวงกลมที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ตัวนำ

2. กระแสหมุนเวียน
ทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กสัมพันธ์กับทิศทางของกระแสในวงจรโดยกฎของสกรูขวา

3. โซลินอยด์กับกระแส
ภายในโซลินอยด์แบบยาวที่มีกระแส สนามแม่เหล็กจะสม่ำเสมอและเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กขนานกัน ทิศทาง B และทิศทางของกระแสในการหมุนโซลินอยด์นั้นสัมพันธ์กันโดยกฎของสกรูขวา

หลักการทับซ้อนของสนาม หากในพื้นที่ใด ๆ ของพื้นที่มีการกำหนดสนามแม่เหล็กหลาย ๆ เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามผลลัพธ์จะเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำของแต่ละสนาม:
B=SBi

บทนำ……………………………………………………………………….3

ฉัน.รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับปรากฏการณ์………………………………………………..5

1. การตั้งค่าทดลอง……………………………..5
2. แรงปฏิสัมพันธ์ของกระแสคู่ขนาน………………6

1.3. สนามแม่เหล็กใกล้กับตัวนำคู่ขนานสองตัว……………………………………….…………….9

ครั้งที่สองขนาดเชิงปริมาณของแรง……………………………………10

2.1 การคำนวณเชิงปริมาณของแรงที่กระทำต่อ

กระแสในสนามแม่เหล็ก…………………………………………..10

สาม. ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้า…………………………………13

3.1 ปฏิกิริยาของตัวนำคู่ขนาน……………13

บทสรุป…………………………………………………………………..15

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว…………………………………16

บทนำ

ความเกี่ยวข้อง:

เพื่อความเข้าใจที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นในหัวข้อของแม่เหล็กไฟฟ้าจำเป็นต้องพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับส่วนปฏิสัมพันธ์ของตัวนำคู่ขนานสองตัวกับกระแส ในบทความนี้จะพิจารณาคุณลักษณะของปฏิสัมพันธ์ของตัวนำคู่ขนานสองตัวกับกระแส มีการอธิบายแรงดึงดูดและการขับไล่ซึ่งกันและกัน ส่วนประกอบเชิงปริมาณของแรงแอมแปร์คำนวณสำหรับการทดลองระหว่างการทำงาน อธิบายผลกระทบของสนามแม่เหล็กที่มีอยู่รอบตัวนำด้วยกระแสซึ่งกันและกัน และการมีอยู่ของส่วนประกอบทางไฟฟ้าของปฏิสัมพันธ์ ซึ่งมักถูกละเลย

เป้า:

พิจารณาเชิงประจักษ์เกี่ยวกับการมีอยู่ของแรงที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ของตัวนำสองตัวกับกระแสและให้ลักษณะเชิงปริมาณแก่พวกมัน

งาน:

1. ลองพิจารณาการมีอยู่ของแรงแอมแปร์ในตัวนำที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
2. อธิบายปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กรอบตัวนำกับกระแส
3. อธิบายปรากฏการณ์ต่อเนื่องของแรงดึงดูดและแรงผลักของตัวนำ
4. ทำการคำนวณเชิงปริมาณของแรงปฏิสัมพันธ์ของตัวนำสองตัว
5. ในทางทฤษฎี พิจารณาการมีอยู่ของส่วนประกอบทางไฟฟ้าของปฏิสัมพันธ์ของตัวนำสองตัวกับกระแส

หัวข้อการศึกษา:

ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวนำ

วัตถุประสงค์ของการศึกษา:

แรงปฏิสัมพันธ์ของตัวนำคู่ขนานกับกระแส

วิธีการวิจัย:

การวิเคราะห์วรรณกรรม การสังเกต และการศึกษาทดลอง

I. ทำความคุ้นเคยกับปรากฏการณ์

1.1 รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับปรากฏการณ์

สำหรับการสาธิตของเรา เราต้องใช้แผ่นอะลูมิเนียมฟอยล์บางมากสองแถบยาวประมาณ 40 ซม. เสริมความแข็งแรงในกล่องกระดาษแข็ง ดังแสดงในรูปที่ 1 แถบควรยืดหยุ่น หลวม ควรปิด แต่ไม่สัมผัสกัน ระยะห่างระหว่างพวกเขาควรเป็นเพียง 2 หรือ 3 มม. เมื่อเชื่อมต่อแถบด้วยสายไฟเส้นเล็กแล้วเราเชื่อมต่อแบตเตอรี่เข้ากับพวกมันเพื่อให้กระแสไฟไหลในทิศทางตรงกันข้ามในทั้งสองแถบ การเชื่อมต่อนี้จะทำให้แบตเตอรี่ลัดวงจรและทำให้เกิดกระแสไฟในระยะสั้นที่ 5A

เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่เสีย จะต้องเชื่อมต่อเป็นเวลาสองสามวินาทีในแต่ละครั้ง

ทีนี้มาต่อแบตเตอรีหนึ่งก้อนที่มีเครื่องหมายตรงข้ามกันแล้วปล่อยให้กระแสไฟไหลไปในทิศทางเดียว

ด้วยการเชื่อมต่อที่ประสบความสำเร็จ เอฟเฟกต์ที่มองเห็นได้มีขนาดเล็ก แต่สังเกตได้ง่าย

ให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าเอฟเฟกต์นี้ไม่ได้เชื่อมต่อกับข้อความการชาร์จไปยังแถบ พวกเขายังคงเป็นกลางไฟฟ้าสถิต เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีอะไรเกิดขึ้นกับลายทางเมื่อเป็นจริง กำลังชาร์จสำหรับแรงดันไฟต่ำนี้ ให้ต่อแถบทั้งสองแถบเข้ากับขั้วหนึ่งของแบตเตอรี่ หรือแถบหนึ่งเข้ากับขั้วหนึ่งและอีกขั้วหนึ่งเข้ากับขั้วที่สอง (แต่เราจะไม่ปิดวงจรเพื่อหลีกเลี่ยงการปรากฏตัวของกระแสในแถบ)

1.2 ความแรงของปฏิสัมพันธ์ของกระแสคู่ขนาน

ในระหว่างการทดลอง เราสังเกตเห็นแรงที่ไม่สามารถอธิบายในแง่ของไฟฟ้าสถิตได้ เมื่อกระแสไหลในทิศทางเดียวในตัวนำคู่ขนานสองตัว จะมีแรงดึงดูดระหว่างพวกมัน เมื่อกระแสน้ำไหลในทิศทางตรงกันข้าม สายไฟจะผลักกัน

สามารถวัดค่าจริงของแรงที่กระทำระหว่างกระแสคู่ขนานและการพึ่งพาระยะห่างระหว่างสายไฟได้โดยใช้ อุปกรณ์ง่ายๆในรูปแบบของน้ำหนัก หากไม่มีสิ่งนี้ ลองพิจารณาความศรัทธา ผลของการทดลองที่แสดงว่าแรงนี้เป็นสัดส่วนผกผันกับระยะห่างระหว่างแกนของสายไฟ: F1/r.

เนื่องจากแรงนี้ต้องเกิดจากอิทธิพลบางอย่างที่แพร่กระจายจากเส้นลวดหนึ่งไปยังอีกเส้นหนึ่ง รูปทรงทรงกระบอกดังกล่าวจะสร้างแรงที่ขึ้นอยู่ผกผันกับกำลังแรกของระยะทาง จำได้ว่าสนามไฟฟ้าสถิตแพร่กระจายจากลวดที่มีประจุ รวมถึงการพึ่งพาระยะทางของแบบฟอร์มด้วย 1/ร.

จากการทดลอง เป็นที่ชัดเจนว่าแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างสายไฟขึ้นอยู่กับผลคูณของกระแสที่ไหลผ่าน จากสมมาตร เราสามารถสรุปได้ว่าถ้าแรงนี้เป็นสัดส่วนกับ ฉัน1 จะต้องเป็นสัดส่วนและ ฉัน2. ว่าแรงนี้เป็นสัดส่วนโดยตรง

ระหว่างภาพนิ่ง ค่าไฟฟ้ามีกองกำลังที่กำหนดโดยกฎของคูลอมบ์ การเรียกเก็บเงินแต่ละครั้งจะสร้างฟิลด์ที่ดำเนินการกับค่าใช้จ่ายอื่นและในทางกลับกัน อย่างไรก็ตาม แรงอื่นสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างประจุไฟฟ้า สามารถพบได้หากทำการทดลองต่อไปนี้

ลองนำตัวนำที่ยืดหยุ่นสองตัวมายึดในแนวตั้งแล้วติดปลายล่างเข้ากับเสาของแหล่งจ่ายกระแส ไม่มีแรงดึงดูดหรือแรงผลัก แต่ถ้าปลายอีกด้านเชื่อมต่อกับเส้นลวดเพื่อให้กระแสในทิศตรงกันข้ามเกิดขึ้นในตัวนำ ตัวนำก็จะเริ่มผลักกัน ในกรณีของกระแสในทิศทางเดียวกันตัวนำจะถูกดึงดูด

ปรากฏการณ์ปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Ampère ในปี ค.ศ. 1820 ในปีเดียวกันนั้น Oersted นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์กค้นพบว่าเข็มแม่เหล็กหมุนเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำที่อยู่ใกล้ๆ

ปฏิกิริยาระหว่างตัวนำกับกระแสคือปฏิกิริยาระหว่างประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เรียกว่า แม่เหล็ก. แรงที่ตัวนำกระแสไฟฟ้ากระทำต่อกันเรียกว่าแรงแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็ก

เช่นเดียวกับที่สนามไฟฟ้าเกิดขึ้นในพื้นที่รอบ ๆ ประจุไฟฟ้าที่อยู่กับที่ สนามไฟฟ้าก็เกิดขึ้นในพื้นที่รอบ ๆ ประจุที่เคลื่อนที่ สนามแม่เหล็ก. กระแสไฟฟ้าในตัวนำตัวใดตัวหนึ่งจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัวมันเอง ซึ่งทำหน้าที่เกี่ยวกับกระแสในตัวนำที่สอง และสนามที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าของตัวนำที่สองจะทำหน้าที่ในสนามแม่เหล็กตัวแรก

สนามแม่เหล็กเป็นรูปแบบพิเศษของสสารซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่

สนามแม่เหล็กไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังเกิดจากแม่เหล็กถาวรด้วย จากการทดลองของเขา Ampere สรุปว่าการทำงานร่วมกันของกระแสกับแม่เหล็กและแม่เหล็กระหว่างกันนั้นสามารถอธิบายได้หากเราคิดว่ามีกระแสวงกลมของโมเลกุลที่ไม่เปลี่ยนแปลงภายในแม่เหล็ก

การไหลของกระแสไฟฟ้าสามารถมาพร้อมกับความร้อนและการเรืองแสงของสาร การเปลี่ยนแปลงทางเคมีต่างๆ ปฏิสัมพันธ์แม่เหล็ก. จากการกระทำทั้งหมดที่ทราบของกระแสไฟฟ้า มีเพียงปฏิกิริยาแม่เหล็กที่มาพร้อมกับกระแสไฟฟ้าภายใต้สภาวะใดๆ ในตัวกลางใดๆ และในสุญญากาศ

1. สนามเคลื่อนไหว ค่าใช้จ่าย. กฎของ Bio-Savvar (สนามไฟฟ้าที่ไหล)

หลัก งานของสนามแม่เหล็กคือความสามารถในการคำนวณ ลักษณะของสนาม กฎหมาย BSL ที่ใช้หลักการทับซ้อนให้วิธีการที่ง่ายที่สุดสำหรับการคำนวณเขตข้อมูล

การเหนี่ยวนำ dB สร้างขึ้น อย่างแน่นอน ก.

dB=(   (ฉัน dl บาป/r 2)

dH=(ฉัน dl บาป/(4r 2)

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก สนามที่สร้างโดยองค์ประกอบตัวนำ dl ที่มีกระแส I ที่จุด A ที่ระยะทาง r จากสัดส่วน dl ความแรงกระแส dl ไซน์ของมุมระหว่าง r และ dl และ arr สัดส่วน. กำลังสองของระยะทาง r

dB=(  ·(I· /r 3)

ค่าของ s-on BSL อยู่ที่การรู้ dH และ dB จาก dl คุณสามารถคำนวณ H และ B ของตัวนำไฟไนต์ได้ ขนาดต่างกัน แบบฟอร์ม

สนามแม่เหล็ก- เป็นรูปแบบของสสาร (นอกเหนือจากสสาร) ที่มีอยู่ในช่องว่างที่ล้อมรอบแม่เหล็กถาวร ตัวนำที่มีกระแสและประจุที่เคลื่อนที่ สนามแม่เหล็กร่วมกับสนามไฟฟ้าก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเดี่ยว

สนามแม่เหล็กไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยแม่เหล็กถาวรเท่านั้น ประจุที่เคลื่อนที่และกระแสในตัวนำเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อสนามแม่เหล็กด้วย

คำว่า "สนามแม่เหล็ก" ถูกนำมาใช้ในปี พ.ศ. 2388 โดยเอ็ม. ฟาราเดย์ มาถึงตอนนี้ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าปรากฏการณ์บางอย่างของอิเล็กโทรไดนามิกซึ่งต้องการคำอธิบาย:

1. ปรากฏการณ์ปฏิสัมพันธ์ของแม่เหล็กถาวร (การก่อตัวของเข็มแม่เหล็กตามเส้นเมอริเดียนแม่เหล็กของโลก แรงดึงดูดของขั้วตรงข้าม การผลักของขั้วที่มีชื่อเดียวกัน) รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณและศึกษาอย่างเป็นระบบโดย W . ฮิลเบิร์ต (ผลงานตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1600 ในบทความเรื่อง "บนแม่เหล็กวัตถุแม่เหล็กและแม่เหล็กขนาดใหญ่ - โลก")

2. ในปี ค.ศ. 1820 นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก G. X. Oersted พบว่าเข็มแม่เหล็กซึ่งอยู่ถัดจากตัวนำซึ่งกระแสไหลหมุนไปโดยพยายามตั้งฉากกับตัวนำ

3. ในปีเดียวกันนั้น นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Ampère ซึ่งเริ่มสนใจการทดลองของ Oersted ได้เปิดเผยปฏิสัมพันธ์ของตัวนำเส้นตรง 2 เส้นกับกระแส: หากกระแสในตัวนำไหลในทิศทางเดียว (ขนาน) ตัวนำจะดึงดูด (รูปที่. เอ) ถ้าใน ฝ่ายตรงข้าม(antiparallel) จากนั้นพวกมันจะผลักกัน (รูปที่ ข).

อันตรกิริยาระหว่างตัวนำกับกระแส คือ อันตรกิริยาระหว่างประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ เรียกว่า แม่เหล็กและแรงที่ตัวนำกระแสไฟฟ้ากระทำต่อกัน - แรงแม่เหล็ก.

ตามทฤษฎีของการกระทำระยะสั้นซึ่งตามด้วย M. Faraday กระแสในตัวนำตัวใดตัวหนึ่งไม่สามารถส่งผลกระทบโดยตรงต่อกระแสในตัวนำอีกตัวหนึ่ง ในทำนองเดียวกันกับกรณีที่มีประจุไฟฟ้าอยู่กับที่ใกล้ ๆ กับสนามไฟฟ้า สรุปได้ว่าในอวกาศรอบ ๆ กระแสน้ำนั้นมีสนามแม่เหล็กที่กระทำด้วยแรงบางอย่างบนตัวนำพากระแสไฟฟ้าอีกตัวหนึ่งที่วางอยู่ในสนามนี้ หรือ บนแม่เหล็กถาวร ในทางกลับกัน สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยตัวนำที่นำพากระแสที่สองจะทำหน้าที่กับกระแสในตัวนำตัวแรก

เฉกเช่นที่สนามไฟฟ้าตรวจพบโดยผลกระทบที่มีต่อประจุทดสอบที่นำเข้ามาในสนามนี้ สนามแม่เหล็กสามารถตรวจจับได้โดยเอฟเฟกต์การวางแนวของสนามแม่เหล็กบนวงรีที่มีกระแสไฟน้อย (เมื่อเทียบกับระยะทางที่สนามแม่เหล็ก เปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด) ขนาด

สายไฟที่จ่ายกระแสไปยังเฟรมควรทอ (หรือวางไว้ใกล้กัน) จากนั้นแรงที่เกิดจากด้านข้างของสนามแม่เหล็กบนสายเหล่านี้จะเท่ากับศูนย์ แรงที่กระทำต่อเฟรมดังกล่าวที่มีกระแสจะหมุนเพื่อให้ระนาบตั้งฉากกับเส้นเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก ในตัวอย่างที่แสดงในรูปด้านบน เฟรมจะหมุนเพื่อให้ตัวนำที่มีกระแสอยู่ในระนาบของเฟรม เมื่อทิศทางของกระแสในตัวนำเปลี่ยนไป เฟรมจะหมุน 180 ° ในสนามระหว่างเสา แม่เหล็กถาวรกรอบจะเปลี่ยนเป็นระนาบตั้งฉากกับแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็ก.