Из глубочайшей древности известны магнитные характеристики некоторых стальных руд, которые получили свое использование более чем за тыщу лет до нашей эпохи в устройстве магнитного компаса (устройства, в каком магнитная стрелка свободно крутится вокруг собственной оси и указывает направление север — юг).
Практические опыты уверяют, что магниты (кусочки стальных руд) в состоянии создавать вокруг себя особенное магнитное поле, которое способно оказывать влияние на другой находящийся в данном поле магнит.
Магнитные силы прямого магнита (прямолинейный стержень) сосредоточены в главном на его концах, которые именуют полюсами магнита. К примеру, магнитная стрелка будет поворачиваться около концов магнита (направление вращения стрелки находится в зависимости от полюса), но будет оставаться недвижной, если помещена у средней части магнита.
В магнитном поле магнит будет вести себя точно также как и электрический диполь в электростатическом поле – будет стремиться оборотиться по полю. Но есть принципиальный аспект – если диполь можно поделить на положительный и отрицательный заряды, то при разломе магнита напополам получится два новых магнита, любой из которых будет иметь свои полюса (северный и южный).
В 1820 году Эрстедом было установлено, что проводники, по которым проходят токи, также ведут взаимодействие с магнитной стрелкой. Положение магнитной стрелки, которую расположили вблизи с проводником с током, также меняется совместно с конфигурацией величины и направления тока, но при всем этом стрелка совсем не реагирует на недвижные электрические заряды. Из этого явления был изготовлен вывод, что создавать магнитное поле могут только перемещающиеся электрические заряды (электрический ток), а вокруг недвижных зарядов существует только электростатическое поле.
Магнитное поле, возникающее вблизи с проводником с током, как и электрическое поле, обусловленное недвижными электрическими зарядами, является одним из видов материи. У него имеются определенные физические характеристики, такие как инерция, и характеризуется энергией.
Магнитное поле ведет взаимодействие не только лишь с магнитами, но и с электрическими зарядами, находящимися в движении, так как они в состоянии сами создавать магнитное поле. Вот поэтому проводники, по которым протекает электрический ток, отталкиваются либо притягиваются зависимо от направления протекающего тока.
Вектор магнитной индукции В является основной чертой магнитного поля. Эта величина пропорциональна силе, которая действует на северный конец нескончаемо малеханькой магнитной стрелки, которая помещена в данную точку магнитного поля. В различных точках поля по направлению и величине индукция имеет разные значения.
Деяния магнитного поля на проводник с током было изучено Ампером. Отсюда и название – закон Ампера.
Если проводник с током помещен во наружное магнитное поле, к примеру между полюсами магнита, на этот проводник начнет действовать сила F (набросок ниже), которую можно измерить:
Направление силы F, обозначенное на рисунке выше, соответствует тому случаю, когда вектор B ориентирован так, как указывают стрелки, а ток течет перпендикулярно «на нас». При всем этом было найдено, что действующая на прямолинейный проводник с током сила F, прямо пропорциональна силе тока I в проводнике, его длине l, sin α (в этом случае α это угол между вектором В и направлением тока) и магнитной индукции В:
В этом случае k – коэффициент пропорциональности, который находится в зависимости от избранной системы единиц.
Данная формула справедлива для варианта однородного поля (в каком вектор В постоянен) и прямолинейного проводника.
В случае, когда поле неоднородно и проводник имеет произвольную форму, формула (1) воспримет вид:
Данное выражение носит название закон Ампера.
В системе СИ закон Ампера для прямолинейного проводника конечной длины l и однородного поля записывается в виде:
А для системы СГС выражение будет иметь вид:
Тут с – электродинамическая неизменная, имеющая значение 3·10 10 см/с, α – угол между вектором В и направлениями тока в проводнике.
Направление вектора В либо силы F определяют с внедрением правила левой руки (набросок ниже):
Правило левой руки звучит так: если указательный палец левой руки навести по полю, а средний по направлению тока, то отогнутый большой палец покажет направление силы, которая действует на проводник с током.
Доказательством закона Ампера может служить следующий опыт. По свободно провисающему между 2-мя изоляторами проводнику протекает электрический ток (набросок ниже):
Когда к проводнику подносят неизменный магнит, то он по мере приближения магнита отклоняется в сторону. Магнит действует на проводник с током с силой F. Проводник также действует на неизменный магнит с силой F, но направленной обратно и приложенной в этом случае к северному полюсу магнита.
Так же как и электрическое поле, магнитное поле можно показывать графически с магнитных силовых линий либо линий магнитной индукции.
Кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В в этих точках именуют линиями магнитной индукции (полосы поля В). В отличии от силовых линий электростатического поля полосы магнитной индукции всегда замкнуты. Они выходят из северного полюса магнита, входят в южный, и замыкаются снутри магнита.
Полосы поля магнита Вмагн. показаны на рисунке выше, также на рисунке изображены полосы поля, сделанного проходящим по проводнику электрическим током (Втока). В случае прямолинейного проводника полосы магнитной индукции представляют собой концентрические окружности (набросок ниже):
Направление данных линий определяют при помощи правила буравчика – если по направлению тока ввинчивать буравчик (винт справа), то вращение ручки буравчика покажет направление линий B.
Что такое сила Ампера?
Познания о том, что такое сила Ампера, как она относится и чем может быть полезна для людей, нужны для тех, кто работает с током. Как для своей безопасности, так и для работы с различной радиоэлектроникой (при конструировании рельсетронов, что достаточно популярно). Но хватит ходить вокруг, приступим к выяснению того, что такое сила Ампера, особенности этой силы и где она применяется. Также можно будет прочесть потенциал применения в дальнейшем и пользу от применения на данный момент.
Закон Ампера
Сила Ампера является главной составляющей закона Ампера — закона о содействии электрических токов. В нём говорится, что в параллельных проводниках, в каких электрические токи текут в одном направлении, появляется сила притягивания. А в тех проводниках, в каких электрические токи текут в обратных направлениях, появляется сила отталкивания.
Также законом Ампера именуют закон, который определяет силу деяния магнитного поля не маленькую часть проводника, по которой протекает ток. В этом случае она определяется как итог умножения плотности тока, который идёт по проводнику, на индукцию магнитного поля, в каком проводник находится.
Из самого закона Ампера изготовлены выводы, что сила Ампера приравнивается нулю, если величина угла, размещенного между током и линией магнитной индукции, тоже будет приравниваться нулю. Другими словами, проводник для заслуги нулевого значения должен быть размещен вдоль полосы магнитной индукции.
А что все-таки такое сила Ампера?
Это сила, с которой магнитное поле оказывает влияние на часть проводника, по которому течёт ток. Сам проводник находится в магнитном поле. Сила Ампера прямо находится в зависимости от силы тока в проводнике и векторного произведения длины части проводника, множимого на магнитную индукцию.
В формульном виде всё будет смотреться так: са=ст*дчп*ми. Тут:
- са – сила Ампера,
- ст – сила тока,
- дчп – длина части проводника,
- ми – магнитная индукция.
История открытия
В первый раз его определил Андре Ампер, который применил закон к неизменному току. Открыт он был в 1820 году. Этот закон в дальнейшем имел далековато идущие последствия, ведь без него представить работу целого ряда электрических устройств просто нереально.
Правило левой руки
Это правило помогает уяснить направление силы Ампера. Само правило звучит так: если рука занимает такое положение, что полосы самой магнитной индукции наружного поля заходят в ладонь, а пальцы с мизинца по указательный указывают направление в сторону движения тока в проводнике, то отторгнутый по углом в 90 градусов большой палец ладошки и будет указывать, куда ориентирована сила Ампера, действующая на элемент проводника. Могут появиться некоторые затруднения при использовании этого правила, но только если угол между током и индукцией поля очень небольшой. Для простоты использования этого правила ладонь нередко располагают так, дабы в неё заходил не вектор, а модуль магнитной индукции (как изображено на картинке).
Сила Ампера (при использовании 2-ух параллельных проводников)
Представьте два безграничных проводника, которые размещены на определённом расстоянии. По ним протекают токи. Если токи текут в одном направлении, то проводники притягиваются. В обратном случае они будут отталкиваться один от 1-го. Поля, которые делают параллельные проводники, ориентированы встречно друг дружке. И дабы осознать, почему они реагируют конкретно так, для вас довольно вспомнить о том, что одноименные полюса магнитов либо одноименные заряды всегда отталкиваются. Для определения стороны направления поля, сделанного проводником, следует применять правило правого винта.
Использование познаний о силе Ампера
Повстречаться с областью использования познания о силе Ампера можно фактически на каждом шагу цивилизации. Использование силы Ампера так широко, что среднему гражданину даже трудно представить для себя, что можно делать, зная закон Ампера и особенности использования силы. Так, под действием силы Ампера крутится ротор, на обмотку которого влияет магнитное поле статора, и ротор идёт в движение. Хоть какое тс, которое употребляет электротягу для вращения валов (которые соединяют колеса транспорта), употребляет силу Ампера (это можно узреть на трамваях, электровозах, электрических машинах и многих других увлекательных видах транспорта). Также конкретно магнитное поле оказывает влияние на механизмы, которые являются электрическими устройствами, что должны открывать/закрывать что-то (двери лифта, открывающиеся ворота, электрические двери и много других). Другими словами, все устройства, что не могут работать без электричества и имеют движимые узлы, работают благодаря познанию о законе Ампера. Для примера:
- Любые узлы в электротехнике. Самый пользующийся популярностью – простый электродвигатель.
- Разные виды электротехники, которая сформировывает разные звуковые колебания с внедрением неизменного магнита. Механизм деяния такой, что на магнит действует электромагнитное поле, что делает расположенный вблизи проводник с током, и изменение напряжения приводит к смене звуковой частоты.
- На силе Ампера построена работа электромеханических машин, в каких движение обмотки ротора происходит относительно обмотки статора.
- При помощи силы Ампера происходит электродинамический процесс сжатия плазмы, что отыскало использование в токамаках и потенциально открывает большие пути развития термоядерной энергии.
- Также при помощи электродинамического сжатия применяется электродинамический способ прессования.
Потенциал
Невзирая на уже на данный момент имеющееся практическое использование, потенциал применения силы Ампера так громаден, что с трудом поддаётся описанию. Она может употребляться в сложных механизмах, которые призваны облегчить существование человека, заавтоматизировать его деятельность, также усовершенствовать природные актуальные процессы.
Опыт
Для того дабы иметь возможность своими очами узреть действие силы Ампера, можно провести дома маленький опыт. Для начала нужно взять магнит-подкову, в каком между полюсами поместить проводник. Всё лучше воспроизвести так, как на картинке. Если замкнуть ключ, то можно узреть, что проводник начнёт двигаться, смещаясь от исходной точки равновесия. Можно поэкспериментировать с направлениями пропускания тока и узреть, что зависимо от направления движения изменяется направление отличия проводника. Из самого опыта можно вынести несколько наблюдений, которые подтверждают вышеупомянутое:
- Магнитное поле действует только на проводник с током.
- На проводник с током в магнитном поле действует сила, которая является следствием их взаимодействия. Конкретно под воздействием этой силы проводник движется в пространстве в границах магнитного поля.
- Нрав взаимодействия прямо находится в зависимости от напряжения электрического тока и силовых линий магнитного поля.
- Поле не действует на проводник с током, если ток в проводнике течёт параллельно направлению линий поля.
Безопасность при работе с током
При работе с электрическим током нужно придерживаться нескольких обычных правил техники безопасности, которые позволят для вас избежать негативных последствий:
