Взаємодія зарядів, що рухаються. Дія зарядів, що рухаються (електричних струмів) один на одного відрізняється від кулонівської взаємодії нерухомих зарядів.
Взаємодія зарядів, що рухаються, називається магнітним.
Приклади прояву магнітної взаємодії:
* тяжіння або відштовхування двох паралельних провідників зі струмом;
* Магнетизм деяких речовин, наприклад, магнітний залізняк, з яких виготовляються постійні магніти; поворот легкої стрілки, зробленої з магнітного матеріалу, поблизу провідника зі струмом
* обертання рамки зі струмом у магнітному полі.
*
Магнітна взаємодія здійснюється за допомогою магнітного поля.
Магнітне поле – особлива форма існування матерії.
Властивості магнітного поля:
* породжується зарядами, що рухаються (електричним струмом) або змінним електричним полем;
* Виявляється по дії на електричний струмабо магнітну стрілку.
Вектор магнітної індукції. Досліди показують, що магнітне поле робить на контур зі струмом і магнітну стрілку орієнтує дію, змушуючи їх встановлюватись у певному напрямку. Тому для характеристики магнітного поля має бути використана величина, напрямок якої пов'язаний з орієнтацією контуру зі струмом або магнітної стрілки в магнітному полі. Ця величина називається вектором магнітної індукції.
За направлення вектора магнітної індукції приймається:
* Напрямок позитивної нормалі до площини контуру зі струмом,
* Напрямок північного полюса магнітної стрілки, поміщеної в магнітне поле.
Модуль вектора дорівнює відношенню максимального крутного моменту, що діє на рамку зі струмом в даній точці поля, до твору сили струму I і площі контуру S.
У = Мmах/(I·S). (1)
Обертальний момент М залежить від властивостей поля і визначається твором I·S.
Значення вектора магнітної індукції, яке визначається за формулою (1), залежить тільки від властивостей поля.
Одиниця виміру В - 1 Тесла.
Графічні зображення магнітних полів. Для графічного зображення магнітних полів використовують лінії магнітної індукції (силові лінії магнітного поля). Лінією магнітної індукції називають лінію, у кожній точці якої вектор магнітної індукції спрямований щодо до неї.
Лінії магнітної індукції – замкнені лінії.
Приклади магнітних полів:
1. Прямолінійний провідник зі струмом
Лінії магнітної індукції є концентричними колами з центром на провіднику.
2. Круговий струм
Напрямок вектора магнітної індукції пов'язані з напрямом струм у контурі правилом правого гвинта.
3. Соленоїд зі струмом
Всередині довгого соленоїда зі струмом магнітне поле є однорідним і лінії магнітної індукції паралельні між собою. Напрямок В та напрямок струму у витках соленоїда пов'язані правилом правого гвинта
Принцип суперпозицій полів. Якщо в будь-якій області простору відбувається накладення кількох магнітних полів, то вектор магнітної індукції результуючого поля дорівнює векторній сумі індукцій окремих полів:
B = SBi
Вступ……………………………………………………………………….3
I.Знайомство з явищем………………………………………………..5
- Експериментальна установка……………………………..5
- Сила взаємодії паралельних струмів………………6
1.3.Магнітне поле поблизу двох паралельних провідників……………………………………………….…………….9
ІІ.Кількісна величина сил……………………………………10
2.1 Кількісний розрахунок сили, що діє на
струм у магнітному полі…………………………………………..10
ІІІ. Електрична взаємодія…………………………………13
3.1 Взаємодія паралельних провідників……………13
Висновок…………………………………………………………………..15
Список використаної літератури…………………………………16
Вступ
Актуальність:
Для більш повного розуміння теми електромагнетизму, необхідно детальніше розглянути розділ взаємодії двох паралельних провідників зі струмом. У цій роботі розглядаються особливості взаємодії двох паралельних провідників зі струмом. Пояснюється їх взаємне притягування та відштовхування. Розраховується кількісна складова сил ампера, проведеного під час роботи експерименту. Описується дія один на одного магнітних полів існуючих навколо провідників зі струмом, і наявність електричної складової взаємодії, існування якої часто нехтують.
Ціль:
Досвідченим шляхом розглянути існування сил, які беруть участь у взаємодії двох провідників зі струмом і дати їм кількісну характеристику.
Завдання:
- Розглянути на досвіді наявність сил ампера у провідниках, якими проходить електричний струм.
- Описати взаємодію магнітних полів навколо провідників зі струмом.
- Дати пояснення явищам тяжіння і відштовхування провідників.
- Зробити кількісний розрахунок сил взаємодії двох провідників.
- Теоретично розглянути наявність електричної складової взаємодії двох провідників із струмом.
Предмет дослідження:
Електромагнітні явища у провідниках.
Об'єкт дослідження:
Сила взаємодії паралельних провідників із струмом.
Методи дослідження:
Аналіз літератури, спостереження та експериментальне дослідження.
I. Знайомство з явищем
1.1 Знайомство з явищем
Для нашої демонстрації нам необхідно взяти дві дуже тонкі смужки алюмінієвої фольги довжиною близько 40 см. Зміцнивши їх у картонній коробці, як показано на малюнку 1. Смужки мають бути гнучкими, ненатягнутими, повинні бути поруч, але не стикатися. Відстань між ними має бути лише 2 або 3 мм. З'єднавши смужки за допомогою тонких проводів, приєднаємо до них батарейки, так щоб в обох смужках струм йшов у протилежних напрямках. Таке з'єднання закорочуватиме батарейку і викличе короткочасний струм 5А.
Щоб батарейки не вийшли з ладу, їх потрібно підключати на кілька секунд щоразу.
Під'єднаємо тепер одну з батарей протилежними знаками та пропустимо струм в одному напрямку.
При вдалому підключенні видимий ефект малий, але легко спостерігаємо.
Звернемо увагу на те, що цей ефект ніяк не пов'язаний із повідомленням заряду смужкам. Електростатично вони залишаються нейтральними. Щоб у цьому переконатися, що зі смужками нічого не відбувається коли вони справді заряджаютьсядо цього низької напруги, під'єднані обидві смужки до одного полюса батареї, або одну з них до одного полюса, а іншу до другого. (Але не замикатимемо ланцюг у запобіганні появи струмів у смужках.)
1.2 Сила взаємодії паралельних струмів
У ході експерименту ми спостерігали силу, яку не можна пояснити у межах електростатики. Коли у двох паралельних провідниках струм йде лише одному напрямку, з-поміж них існує сила тяжіння. Коли струми йдуть у протилежних напрямках, дроти відштовхуються один від одного.
Фактичне значення цієї сили, що діє між паралельними струмами, та її залежність від відстані між проводами можуть бути виміряні за допомогою простого пристроюу вигляді вагів. З огляду на відсутність таких, приймімо на віру, результати дослідів які показують, що ця сила обернено пропорційна відстані між осями проводів: F 1/r.
Оскільки ця сила повинна бути обумовлена якимось впливом, що поширюється від одного дроту до іншого, така циліндрична геометрія створить силу, що залежить назад пропорційно першого ступеня відстані. Згадаймо, що електростатичне поле поширюється від зарядженого дроту теж із залежністю від відстані виду 1/r.
Виходячи з дослідів видно також, що сила взаємодії між проводами залежить від твору струмів, що протікають по них. З симетрії можна зробити висновок, що якщо ця сила пропорційна I1 , вона має бути пропорційна і I2. Те, що ця сила прямо пропорційна
Між нерухомими електричними зарядамидіють сили, які визначаються законом Кулона. Кожен заряд створює поле, яке діє інший заряд і навпаки. Однак між електричними зарядами можуть існувати інші сили. Їх можна знайти якщо провести наступний досвід.
Візьмемо два гнучкі провідники, зміцнимо їх вертикально, а потім приєднаємо нижніми кінцями до полюсів джерела струму. Тяжіння або відштовхування не виявляється. Але якщо інші кінці з'єднати дротом так, щоб у провідниках виникли струми протилежного напрямку, провідники почнуть відштовхуватися один від одного. У разі струмів одного напрямку провідники притягуються.
Явище взаємодії струмів виявив французький фізик Ампер в 1820 р. У цьому року датський фізик Ерстед виявив, що магнітна стрілка повертається під час пропускання електричного струму через провідник, що у неї.
Взаємодії між провідниками зі струмом, тобто взаємодії між електричними зарядами, що рухаються, називають магнітними. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називають магнітними силами.
Магнітне поле
Подібно до того, як у просторі, що оточує нерухомі електричні заряди, виникає електричне поле, у просторі, що оточує заряди, що рухаються, виникає магнітне поле. Електричний струм в одному з провідників створює навколо себе магнітне поле, що діє на струм у другому провіднику. А поле, створене електричним струмом другого провідника, діє перший.
Магнітне поле являє собою особливу форму матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між електричними зарядженими частинками, що рухаються.
Магнітне поле створюється як електричним струмом, а й постійними магнітами. На підставі своїх дослідів Ампер зробив висновок, що взаємодія струмів з магнітом і магнітів між собою можна пояснити, якщо припустити, що всередині магніту існують молекулярні кругові струми, що не згасають.
Проходження електричного струму може супроводжуватися нагріванням та свіченням речовини, різними його хімічними перетвореннями, магнітною взаємодією. З усіх відомих дій струму тільки магнітної взаємодія супроводжує електричний струм за будь-яких умов, у будь-якому середовищі та у вакуумі.
Поле рух. Заряду. Закон Біо-Саввара (електричне поле, що тече)
основ. Завдання магнітостатики полягає в умінні розрахувати. хар-ки полів. Закон Б-С-Л із застосуванням принципу суперпозиції дає найпростіший метод розрахунку полів.
dB-індукція, створ. у точ. A.
dB=( ·(I·dl·sin/r 2)
dH=(I·dl·sin/(4r 2)
індукція магн. поля, створена елементом провідника dl зі струмом I у точці A з відривом r від dl пропорц. силі струму, dl, синусу кута між r і dl та зр. пропорційний. квадрату відстані r.
dB=( ·(I· /r 3)
Значення з-на Б-С-Л полягає в тому, що знаючи dH і dB від dl можна обчислити H і B провідника. розмірів разл. форм.
Магнітне поле— є однією з форм матерії (відмінної від речовини), що існує в просторі, що оточує постійні магніти, провідники зі струмом та рухомі заряди. Магнітне поле разом із електричним полем утворює єдине електромагнітне поле.
Магнітне поле не тільки створюється постійними магнітами, зарядами, що рухаються, і струмами в провідниках, але і діє на них же.
Термін «магнітне поле» запровадив 1845 року М. Фарадей. До цього часу були вже відомі деякі явища електродинаміки, які вимагають пояснень:
1. Явище взаємодії постійних магнітів (встановлення магнітної стрілки вздовж магнітного меридіана Землі, тяжіння різноїменних полюсів, відштовхування однойменних), відоме з давніх часів і систематично досліджене У. Гільбертом (результати опубліковані в 1600 р. в його тракті " про великий магніт - Землі»).
2. У 1820 р. датський вчений Г. X. Ерстед з'ясував, що магнітна стрілка, яка вміщена поруч із провідником, по якому тече струм, повертається, прагнучи розташуватися перпендикулярно провіднику.
3. У цьому ж році французький фізик Ампер, який зацікавився дослідами Ерстеда, виявив взаємодію 2х прямолінійних провідників зі струмом: якщо струми в провідниках течуть в один бік (паралельні), то провідники притягуються (рис. 1). а), якщо в протилежні сторони(Антипаралельні), то відштовхуються (рис. б).
Взаємодії між провідниками зі струмом, тобто взаємодії між рухомими електричними зарядами, називають магнітними, а сили, з якими провідники зі струмом діють одна на одну, магнітними силами.
Виходячи з теорії близькодії, якої дотримувався М. Фарадей, струм в одному з провідників не може безпосередньо впливати на струм в іншому провіднику. Аналогічно випадку з нерухомими електричними зарядами, біля яких існує електричне поле, було зроблено висновок, що в просторі, що оточує струми, існує магнітне поле, яке діє з деякою силою на інший провідник зі струмом, поміщений у це поле, або на постійний магніт . У свою чергу, магнітне поле, створюване другим провідником зі струмом, діє струм у першому провіднику.
Подібно до того, як електричне поле виявляється за його впливом на пробний заряд, внесений у це поле, магнітне поле можна виявити по орієнтуючій дії магнітного поля на рамку зі струмом малих (порівняно з відстанями, на яких магнітне поле помітно змінюється) розмірів.
Проводи, що підводять струм до рамки, слід сплести (або розташувати близько один до одного), тоді результуюча сила, що діє з боку магнітного поля на ці дроти, дорівнюватиме нулю. Сили ж, що діють на таку рамку зі струмом, її повертатимуть, так що її площина встановиться перпендикулярно до ліній індукції магнітного поля. У прикладі, наведеному на малюнку вище, рамка повернеться так, щоб провідник зі струмом опинився у площині рамки. При зміні напрямку струму у провіднику рамка повернеться на 180 °. У полі між полюсами постійного магнітурамка повернеться площиною перпендикулярно магнітним силовим лініяммагніту.