Действие магнитного поля на проводник с током

на глаз,
а физики должны все рассчитывать»

П.Л. Капица

между движущимися электрически заряженными частицами. Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток.

Для количественного описания магнитного поля вводится физическая величина, называемая.
Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

линий говорит о том, что магнитных зарядов в природе не существует,

источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля.
Опыты Ампера показали, что два проводника притягиваются или отталкиваются в зависимости от направления тока в них. Это объясняется тем, что сила, которую испытывает каждый из проводников, обусловлена магнитным полем, создаваемым током другого проводника.

током, находящийся в этом поле.
Расположим проводник с током так, чтобы

только один его прямолинейный участок оказался в сильном магнитном поле, а остальные части цепи находились в областях пространства, где магнитное поле слабое и его действием на эти части цепи можно пренебречь.

зависимости от направления тока и от расположения полюсов магнита. Но

если проводник расположить вдоль направления магнитного поля, то никакие силы на него действовать не будут.
Закон, определяющий силу, действующую на отдельный небольшой участок проводника с током в магнитном поле, был установлен в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампером, поэтому эту силу называют силой Ампера.
Возьмем свободно подвешенный горизонтальный проводник и поместим его в поле постоянного подковообразного магнита. Поле такого магнита в основном сосредоточено между его полюсами, поэтому магнитная сила действует только на часть проводника, расположенную непосредственно между полюсами.

стержнями, будет направлена горизонтально, перпендикулярно проводнику и линиям магнитной индукции.
Если увеличить силу

тока в 2 раза, то можно заметить, что и действующая на проводник сила также увеличится в 2 раза. Если добавить еще один такой же магнит, то в 2 раза увеличится размер области существующего магнитного поля,  и тем самым в 2 раза увеличится длина той части проводника, на которую это поле будет действовать. Сила при этом также увеличится в 2 раза.
Сила Ампера будет зависеть от угла образованного вектором магнитной индукции с проводником.

произведению силы тока на длину участка проводника:
Поскольку сила прямо пропорциональна

произведению силы тока и длины участка проводника, то их отношение не будет зависеть ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника, на которое действует магнитное поле.
Это отношение можно принять за характеристику магнитного поля в том месте, где расположен участок проводника, на который это магнитное поле действует. К такому выводу пришли, независимо друг от друга, Андре-Мари Ампер и Доминик Франсуа Жан Араго в начале 19 века.

магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы

тока на длину этого отрезка.

Вектор магнитной индукции полностью характеризует магнитное поле. В каждой точке магнитного поля можно определить его направление и модуль.
Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.
Сила Ампера равна произведению модуля силы тока, модуля вектора магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла между направлениями вектора магнитной индукции и тока.

длина проводника такова, что индукция во всех точках проводника может считаться

одинаковой, но если магнитное поле однородно, то длина проводника может быть любой, но при этом проводник целиком должен находиться в магнитном поле.

так, чтобы нормальная составляющая магнитной индукции входила в ладонь, четыре

вытянутых пальца были направлены по току; тогда отогнутый на 900 большой палец укажет направление действующей на проводник силы Ампера.

используются в технике. Электродвигатели и генераторы, телефоны и микрофоны —

во всех этих и множестве других приборах используется взаимодействие токов, токов и магнитов и т.д.

изобретений ХХ века. Его появление, наряду с микрофоном, обеспечило возможность

развития систем звукозаписи и звуковоспроизведения. В настоящее время громкоговорители относятся к самым массовым видам звуковой аппаратуры (их промышленный выпуск достигает 500 млн. штук в год). От качества звучания громкоговорителей в значительной степени зависит качество звука в системах звукоусиления, радио-вещания, телевидения, звукозаписи и домашнего воспроизведе-ния. Исследованием физических процессов преобразования звука в громкоговорителях, созданием их математических моделей и алгоритмов, программных продуктов для их расчета и проектирования занимаются десятки университетов и научных центров, а производством — сотни крупнейших фирм.

действием переменного электрического тока, меняющегося со звуковой частотой.  Громкоговоритель применяется

для преобразования электрических колебаний в звуковые.

усилителей мощности. В 1849 году на Кубе изобретатель итальянского происхождения Антонио

Меуччи сконструировал «Говорящий телеграф». Но данное устройство он не смог запатентовать из-за достаточной бедности.

продемонстрировал самодельный аппарат, который назвал «музыкальным телефоном». Но его изобретение было

недостаточно чувствительным: хорошо передавались лишь громкие звуки музыкальных инструментов, а вот человеческую речь было слышно плохо.

Изобретением Рейса заинтересовались знаменитый Томас Эдисон и тогда еще малоизвестный Александр Белл.

компании Siemens, описал магнитоэлектрический аппарат, в котором круглая катушка с

намотанной проволокой располагается в радиальном магнитном поле со специальной поддержкой для обеспечения возможности вертикального смещения.

Он указал, что этот двигательный механизм может использоваться для получения звука, но не продемонстрировал это на практике.

его звучание с использованием преобразователя очень похожего типа.

Александром Беллом, Меуччи заподозрил, что у него просто украли идею,

и подал в суд на «Вестерн Юнион». После многолетней тяжбы он все-таки выиграл процесс. Но к тому времени патент на изобретение уже истек, и итальянец смог получить разве что моральное удовлетворение. Только 11 июня 2002 года Конгресс США вынес решение о том, что именно Меуччи, а не Белл, является изобретателем телефона.
В 1915-1918 гг. эти разработки продолжили инженеры фирмы Белла, и вскоре на улицах городов появились первые рупорные громкоговорители.

нашли американцы Честер Рейс и Эдвард Келлог из компании «Дженерал

электрик». В 1924 г. они сконструировали электродинамический излучатель, в котором диафрагма могла работать в диапазоне выше своей резонансной частоты. Уже через два года это устройство появилось в промышленных громкоговорителях Radiola Model 104, а также в радиоприемнике Radiola 28. В 1927 г. в конструкции головки громкоговорителя появился постоянный магнит, что способствовало улучшению качества звука.
Почти одновременно работы по созданию электродинамических громкоговорителей велись и в России. В 1923 году в Петрограде была создана Центральная радиолаборатория, позднее переиме-нованная в Институт радиовещательного приема и акустики.

1926 году был создан электромагнитный громкоговоритель "Рекорд" и электромагнитный рупорный

уличный громкоговоритель ТМ, которые начали выпускаться на заводе им. Кулакова. Уже в 1930-32 годах были созданы первые мощные громкоговорители для звукоусиления на Красной площади в Москве (мощностью 100 Ватт). С тех пор акустические системы претерпели массу изменений, но принцип их работы до сих пор остается все тем же.

образуют его функциональную систему.

— вибрацию воздуха, который мы воспринимаем как звук, и чем

больше площадь соприкосновения подвижной части с воздухом, тем сильнее будет излучаемый звуковой сигнал.
За диффузором располагается центрирующая шайба, в которой находится электромагнитная катушка. Она влияет на мощность звука и его качество. Каркас такой катушки изготавливают из плотной бумаги или медной, или алюминиевой фольги и прикрепляют к диффузору с тыльной стороны. Выводы катушки подключаются к выходному каскаду усилителя звуковой частоты.
Эта катушка имеет свободный ход на металлическом стержне, расположенном в магнитном поле мощного постоянного магнита, кольцевой формы, который крепится к корзине.

переменное электромагнитное поле, которое суммируется воедино витками намотанного на каркас

провода и взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита.
В зависимости от силы поступаемого на обмотку электрического сигнала, прочно прикрепленная к диффузору катушка приводит диффузор в колебательные движения, который возбуждает окружающий его воздух, образовывая направленную звуковую волну. Высококачественные громкоговорители воспроизводят звуковые колебания в диапазоне от 20 до 20000 Герц. Но такие устройства довольно сложны. Чаще применяют системы из нескольких громкоговорителей с разделёнными диапазонами воспроизведения звука.

нагрузку между динамиками, увеличивая общую громкость воспроизведения. Для домашних условий вполне достаточной

может быть мощность около 1–5 электрических ватт. Для вечеринки - около 20–100 ватт. Небольшой актовый зал или дискотека – 300–500 ватт. И далее по возрастающей. Общим недостатком всех громкоговорителей является малый КПД - 1-3 %. Но и этих процентов на практике хватает для слушания музыки, речи и других звуков окружающего нас мира.

Север!
Ах, как пылает надо мной
Разнообразных радуг веер
В его короне ледяной!
Ему,

наверно, по натуре
Холодной страсти красота.
Усилием магнитной бури
Преображённая в цвета...
Михаил Александрович Дудин

поле, это поле будет действовать с некоторой силой. Силу, действующую

на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера. Направление этой силы определяют по правилу левой руки.
Андре Мари Ампер был сторонником «эфирной модели», он считал, что ток — это некая электрическая эфирная жидкость (электрический эфир), которая протекает по проводам. Отсюда и пошло выражение «электрический ток» — то, что течет.
Только в конце XIX века – вначале ХХ модели эфиров («модели невесомых») стали отходить, а на смену им стали появляться новые модели адекватнее отражающие наблюдаемые явления.

которых рассмотрим два основных.

электромагнитного поля с основными идеями теории строения вещества. Последнее направление

привело к созданию электронной теории.

Начиная с 70-х годов XIX века разработкой электронной теории занялся Хендрик Антон Лоренц, объяснивший с ее помощью электромагнитные и оптические явления. Он исходил из того, что теория Максвелла нуждается в дополнении, так как в ней не учитывается структура вещества.

с общей теорией электромагнитных и оптических явлений, опирающейся, с одной

стороны, на теорию Максвелла, а с другой стороны, на представление о существовании элементарных электрических зарядов, связанных с частицами вещества.

Эта теория впоследствии (после открытия электрона) получила название электронной теории.
После создания электронной теории была развита электронная теория металлов. Немецкий физик Пауль Друде полагал, что электроны, находящиеся в металле, являются свободными и ведут себя подобно атомам идеального газа.

далее разработана Лоренцем в 1904—1907 годах.
Согласно этой теории, внутри металла существуют

свободные заряды — электроны, которые образуют внутри металла, так называемое, электронное облако или электронный газ. Электроны, в этом облаке движутся хаотически и беспорядочно. Но как только мы подадим разность потенциалов на концы проводника, т.е. создадим электрическое поле внутри проводника, кроме этой хаотической составляющей появляется другая — упорядоченная составляющая или направленное движение. Именно это движение, согласно модели Лоренца, и представляет собой электрический ток.

направление которой перпендикулярно направлению линий магнитного поля и направлению тока

в проводнике.
Существование этой силы Лоренц объяснил тем, что магнитное поле действует на отдельные движущиеся заряженные частицы в проводнике с током. Силу Ампера можно рассматривать как равнодействующую сил, действующих на все свободные заряженные частицы, движущиеся в проводнике при прохождении в нем тока.
Сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу, называется силой Лоренца. Ее модуль определяется отношением силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле, к числу свободных заряженных частиц в проводнике.

индукции, длиной проводника и углом, между направлением вектора магнитной индукции

и направлением тока в проводнике.
Сила тока определяется зарядом, прошедшим через поперечное сечение проводника за единицу времени.
Отношение элемента длины проводника к интервалу времени есть скорость движения заряда.

заряда этой частицы, модуля магнитной индукции, модуля скорости заряженной частицы

и угла между направлением вектора скорости и вектора магнитной индукции.

Направление силы Лоренца, как и направление силы Ампера, можно определить, пользуясь правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции, перпендикулярная к скорости движения заряда, входила в ладонь, а выпрямленные четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (или против движения отрицательного), то отогнутый на 90º большой палец покажет направление силы Лоренца.

в каждой точке траектории, то работа силы Лоренца при движении

заряженной частицы в магнитном поле равна нулю.

Если работа силы Лоренца равна нулю, то кинетическая энергия изменяться не будет, заряженная частица движется в магнитном поле с постоянной скоростью. Сила Лоренца меняет лишь направление вектора скорости заряженной частицы.

поле. Определите траекторию, по которой будет двигаться протон, и основные

характеристики такого движения, если магнитная индукция поля равна 0,01 Тесла.

поле под углом 600 к линиям магнитной индукции. Определите траекторию, по

которой будет двигаться протон, и основные характеристики такого движения, если магнитная индукция поля равна 0,01 Тл.

в технике.
Например, отклонение электронного пучка в кинескопах телевизоров осуществляют с помощью магнитного

поля, которое создают специальными катушками. В ряде электронных приборов магнитное поле используется для фокусировки пучков заряженных частиц. В созданных в настоящее время экспериментальных установках для осуществления управляемой термоядерной реакции действие магнитного поля на плазму используют для скручивания ее в шнур, не касающийся стенок рабочей камеры. Движение заряженных частиц по окружности в однородном магнитном поле и независимость периода такого движения от скорости частицы используют в циклических ускорителях заряженных частиц — циклотронах.

предназначены для разделения заряженных частиц по их удельным зарядам.

камера помещена в однородное магнитное поле, в каждой точке которого

индукция перпендикулярна плоскости чертежа и направлена к нам. Между электродами A и B приложено ускоряющее напряжение, под действием которого ионы, вылетающие из источника, разгоняются и с некоторой скоростью попадают в магнитное поле перпендикулярно линиям индукции. Двигаясь в магнитном поле по дуге окружности, ионы попадают на фотопластинку, что позволяет определить радиус этой дуги. Зная индукцию магнитного поля и скорость ионов, можно определить удельный заряд ионов. А если известен и заряд иона, то можно вычислить его массу.

их первоначального пути, проявляется и во многих явлениях природы, которые только с помощью этих

сил и удается объяснить. Одно из самых красивых и величественных явлений такого рода — это полярные сияния. В местах земного шара, расположенных в сравнительно высоких широтах, преимущественно за северным или южным полярным кругом, во время долгой полярной ночи часто наблюдают на небе явление поразительной красоты: на небе вдруг вспыхивает свечение разнообразной окраски и формы. 

как бы состоит из множества лучей разной длины, которые переливаются,

свиваются в виде лент или драпировок и т. п. Цвет этого свечения желтовато-зеленый, красный, серо-фиолетовый.

и только сравнительно недавно удалось подойти к решению этой загадки.

Была подмечена очень интересная связь между полярными сияниями и рядом других явлений. Полярные сияния не всегда появляются одинаково часто. В одни годы их бывает меньше, в другие больше. Многолетние наблюдения показали, что периоды максимальной частоты полярных сияний регулярно повторяются через 11,5 года.

диске неправильной формы темные пятна, часто изменяющие свой вид и

положение на солнечном диске. Оказалось, что число и общая площадь этих пятен изменяются от года к году не случайно, а периодически, с тем же периодом в 11,5 года. При этом в годы максимума солнечных пятен или, как говорят, в годы максимальной солнечной активности, достигает максимума и число полярных сияний, а по мере уменьшения числа пятен ослабевают и полярные сияния.

Солнце являются теми местами, откуда с огромной скоростью выбрасываются в

окружающее пространство потоки заряженных частиц — электронов. Попадая в верхние слои нашей атмосферы, они заставляют светиться составляющие ее газы, подобно тому, как они светятся под влиянием ударов электронов в разрядной трубке.

в высоких широтах, т. е. в местностях, не очень удаленных

от земных полюсов? Ведь солнечные лучи освещают всю Землю. На этот вопрос ответил другой норвежец, Штермер. Заряженные частицы, испускаемые Солнцем, подходя к Земле, попадают в земное магнитное поле. Здесь на них действует сила Лоренца, отклоняющая их от первоначального прямого пути. Штермер произвел сложные математические вычисления и рассчитал пути этих электронов в магнитном поле Земли. Он показал, что, действительно, заряженные частицы, отклоняемые земным магнитным полем, могут попадать только в приполярные области земного шара.