Взаимодействие токов. Магнитное поле. Индукция и напряженность магнитного поля

с током в магнитном поле. Закон Био - Савара -

Лапласа. Магнитное поле прямого, кругового и соленоидального токов.

Тема 15

Виток с током в магнитном поле
15.4. Закон Био - Савара

- Лапласа. Магнитное поле прямого, кругового и соленоидального токов

ОГЛАВЛЕНИЕ

естественного магнетизма. Это взаимодействие естественных магнитов происходило и с некоторыми

веществами, которые относятся к классу ферромагнетиков. В дальнейшем мы увидим, что взаимодействие остается таким же, если один из естественных магнитов заменен на проводник с током (опыт Эрстеда), и, наконец, можно наблюдать это явление, если взаимодействуют два проводника с током (опыт Ампера).

15.1. Взаимодействие токов

Опыт 15.1 Опыт Эрстеда.
Оборудование:
1. Магнитная стрелка;
2. Источник тока В-24;
3. Проводник ;

Ход работы:
1.Собирем установку рис.15.1.
2.Стрелка первоначально параллельна проводнику.
3.При включении источника тока стрелка устанавливается перпендикулярно проводнику.
4.При отключении источника тока стрелка возвращается в исходное положение.
Вывод: вокруг проводника с током существует магнитное поле, т.е. там, где есть движущиеся электрические заряды, существует магнитное поле.

Рис.15.1.

ленты гибкие из фольги;
2. Источник тока В-24;
3. Проводник;
Рис. 15.2.
Ход работы:
1.Собираем

установку рис.15.2.
2.Токи направлены противоположно — проводники при этом отталкиваются.
3.Токи сонаправлены — при этом проводники притягиваются.

Вывод: при взаимодействии двух проводников с током возникают силы, которые отталкивают или притягивают проводники.

Изучение магнитных явлений показало, что магнитное взаимодействие наблюдается тогда, когда имеет место перемещение электрических зарядов по отношению к наблюдателю (или регистрирующему прибору). Поскольку все явления, связанные с относительным движением объектов, называются релятивистскими (от английского слова “relative” – относительный), то говорят, что магнетизм – это релятивистский эффект.

К оглавлению

поле — форма существования материи, обладающая свойством передавать магнитное взаимодействие.

Вокруг движущихся зарядов свойства среды изменяются, среда передает магнитное взаимодействие, причем скорость передачи конечна.
Для исследования магнитного взаимодействия используют пробный контур с током.

Рис.15.3.

Магнитный момент

— вектор, который равен произведению i и S

и совпадает по направлению с положительной нормалью

(15.1)

А которого помещается пробный контур с током. Пробный контур с

током — такой контур, который не создает заметных искажений исходного поля.
Контур с током в магнитном поле будет разворачиваться, т.к. на него действует вращательный момент. Величина вращательного момента, действующего на контур с током, зависит от взаимной ориентации контура и поля.
На контур действует некоторый максимальный вращательный момент:

,

…,

точки постоянна, поэтому ее

можно выбрать в качестве характеристики магнитного

поля.

Магнитная индукция — физическая величина, численно равная максимальному вращательному моменту, действующему на пробный контур с единичным магнитным моментом, помещенным в данную точку поля.

Магнитная индукция в СИ измеряется в Тесла (Тл)

(15.2)

магнитная индукция

векторное произведение
Кроме магнитной индукции для характеристики магнитного поля электрического тока

(поля в вакууме) используется понятие вектора напряженности магнитного поля, который определяется по формуле

К оглавлению

(15.3)

(15.4.)

совершается при повороте контура на угол
.

По закону сохранения и

превращения энергии совершенная работа идет на изменение потенциальной энергии контура с током в магнитном поле.

Графическая иллюстрация.

Рис.15.4.

(15.5)

(15.6)

током устанавливается в таком положении, когда его потенциальная энергия взаимодействия

с магнитным полем минимальна. Значит, вектор магнитного момента контура установится вдоль вектора магнитной индукции.

Также как и электрическое поле, магнитное можно изобразить с помощью силовых линий — линий магнитной индукции.
Геометрия поля будет зависеть от формы проводника с током, но число силовых линий, пронизывающих единичную площадку нормальную к ним, всегда численно равно значению индукции в данной точке.

спектров магнитного поля тока.
Коробочка - сито с железными опилками.
Проекционный аппарат.
Батарея

аккумуляторов.
Проводники соединительные.
Лист бумаги.

Рис. 15.5.

аппарата, настроенного для горизонтального проецирования, и равномерно посыпают небольшим количеством

мелких железных опилок.
2.Затем зеркалом или призмой направляют изображение прибора на экран и передвижением объектива получают необходимую резкость изображения опилок.
3.Присоединив к зажимам прибора провода от источника, включают ток. Под действием магнитного поля часть опилок, преодолевая трение, располагается вдоль силовых линий и образует спектр. Если после этого слегка постучать по панели концом карандаша, то опилки встряхиваются и спектр становится более отчетливым. Спектр, полученный на экране, изображен на рисунке 15.6.

Рис.15.6.

К оглавлению

кругового и соленоидального токов.

Значение магнитной индукции для любого проводника определяется

законом Био - Савара - Лапласа.

Рис.15.7.

Вектор

всегда перпендикулярен плоскости, построенной на векторах

и

и

С помощью закона Био - Савара - Лапласа рассчитаем магнитную индукцию поля прямого и кругового тока.

(15.7)

(15.8)

элементами контура dl1 и dl2. Т. к. угол между r

и dl равен 90, то sin 90=1.

Закон Био - Савара - Лапласа для двух элементов

К оглавлению