Изучаем как действует магнитное поле на проводник с током
Учащимся в школах на уроках физики демонстрируют запитанную металлическую рамку или катушку, весело прыгающую под действием поля старого доброго магнита-подковы. Движение этой рамки обусловливает не только действие магнитного поля на проводник с электрическим током, но и сила Ампера, возникающая при этом. Однако не все представляют, насколько глубоко в нашу жизнь проникло данное физическое явление и в каких приборах используется действие магнитного поля на проводник с током.
Кратко об истории открытия
Где-то к концу 18-го и началу 19-го веков после создания более или менее адекватных источников постоянного тока люди начали смутно понимать, что электрические и магнитные явления, как ни странно, связаны весьма таинственным образом. Опыты Ханса Кристиана Эрстеда, наблюдавшего за поведением стрелки компаса, реагирующей на прямолинейный проводник, находящийся под током, привлекли горячее внимание французского ученого Ампера. Он провел огромное количество экспериментов, изучая действие магнитного поля на контур с током.
Все гениальное просто и эксперимент Ампера, на основе которого он вывел свой закон, тоже несложен. Расположив рядом два прямых провода, он подключал к ним питание и следил за их поведением. Всякий, имевший дело с высоким напряжением, знает, что провода могут притягиваться или отталкиваться при условии, что сквозь них протекает достаточно энергии. Однако дотошный француз извлек из этого далеко идущие выводы.
Он понял, что движение проводов зависит от силы электротока, протекающего через них, а также расстояния между ними.
Ученый пришел к выводу, оказавшимся верным: движение проводов — результат действия магнитного поля. Электроэнергия, бегущая по одному из проводов, создает поле с круговыми силовыми линиями, которое действует на проводник с током, помещенный рядом. В результате провода начинают сближаться или отдаляться в зависимости от того, заряды какого знака перемещаются по нему. Исходя из этого, ученый сделал вывод, что магнитное поле действует на проводник только тогда, когда по нему перемещаются электрозаряды. Открытие Ампера легло в основу будущей теории электромагнетизма, а сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, теперь называется силой Ампера.
Общие положения
Для успешного практического использования важно знать от чего зависит направление силы, действующей на проводник с током, который находится в магнитном поле, какова она по абсолютному значению.
Чтобы рассчитать силу, действующую на проводник, помещенный в магнитное поле, можно использовать формулу Ампера, наиболее удобную для рассмотрения взаимодействия стержней (не обязательно параллельных).
Но недостаточно рассчитать значение, необходимо еще знать, как направлена сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля. Можно определить направление силы, с которой магнитное поле действует на проводник с помощью простого способа, названного правилом левой руки.
Если желая знать, в каком направлении будет действовать амперовская сила, поместить ладонь так, как указано на рисунке, то в итоге становится понятно, что на проводник с протекающим током, внесенный в магнитное поле, действует сила Ампера, направленная аналогично силе Лоренца, действие которой испытывают одиночные частицы с зарядом. Объяснение простое: данные явления совершенно идентичной природы.
Применение в быту
Некоторым кажется, что законы наук, которые демонстрируются на школьных занятиях, никоим образом не касаются реальной жизни. Нет большего заблуждения, когда дело касается физики. Сила, которая названа по имени Ампера, исключительно полезна для аналоговой измерительной аппаратуры — везде, где нужно, чтобы свойства тока выражались движениями стрелки на табло — вольтметры, амперметры и омметры, измерители заряда, магнитного потока самых разных видов.
Закон Ампера распространен в технике и быту крайне широко. Он находит применение везде, где есть электродвигатель, превращающий электроэнергию в механическое движение.
Работа и электробритвы, и мотора карьерного экскаватора или подъемника на кране основывается на одном принципе — вращении катушки с электротоком в магнитном поле.
Загрузка...
