Магнитное поле прямого проводника с током
Содержание
Магнитное поле прямого тока — это силовое поле, являющееся частью электромагнитного поля. Оно воздействует на все заряженные тела, попадающие в зону его влияния. Создается магнитными моментами электронов либо частицами с зарядом. Направление магнитного поля прямого тока всегда совпадает с направлением заряженных частиц, перемещающихся по проводнику.
Краткая история открытия
Французский ученый-физик Андре-Мари Ампер длительное время занимался исследованием магнитного поля. Он проводил опыты, размещая проводники напротив друг друга и пуская по ним электричество. Благодаря исследованиям ученый выяснил, что если направления тока совпадали, проводники притягивались. Если же токи шли в разные стороны, то предметы, напротив, отталкивались друг от друга. После ученый дал название этому явлению — электродинамическое взаимодействие.
Чтобы объяснить результаты опытов, Ампер ввел понятие магнитного поля бесконечного прямого проводника. Оно образуется вокруг любого заряженного предмета и оказывает влияние на все электрические заряды вокруг себя. Если имеется проводник с током, то вокруг него есть и МП, действующее на другой проводник и заставляющее его двигаться.
Силовые линии
Форма магнитных линий магнитного поля прямого проводника с током — это концентрические окружности с центрами на оси провода. Линии магнитного поля непрерывны и не пересекают друг друга.
Чтобы определить направление линий магнитного поля бесконечного прямого проводника, следует воспользоваться способом, названным правилом сжатой правой руки. Алгоритм действий следующий:
- Расположите правую руку так, чтобы большой палец смотрел по направлению тока.
- Посмотрите, в каком направлении расположены остальные пальцы. Это и будет направлением силовых линий.
- Зафиксируйте результат.
Особенности расчета
Магнитное поле бесконечного проводника возникает вследствие протекания по нему электротока. Но электрический ток можно представить, как совокупность нескольких элементарных токов. Из этого следует, что магнитное поле прямолинейного тока, а вернее его силовую характеристику — индукцию можно рассчитать с помощью закона Био-Савара-Лапласа.
Если проинтегрировать выражение из закона Био-Савара-Лапласа, то получим формулу для определения индукции магнитного поля прямого проводника конечной длины:
Если рассматривается бесконечный прямолинейный проводник с током, то считают, что угол α1 = α2 = 0. Тогда выражение для определения индукции принимает следующий вид:
Магнитная индукция поля — векторная величина, складывающаяся из индукций полей каждого элементарного тока по отдельности. Поэтому ее можно рассчитать, исходя из принципа суперпозиции. Определение величины осуществляется по формуле:
Сравнение с полем катушки
Если через катушку пропускать электрический ток, то вокруг нее, как и вокруг любого другого объекта с током, возникнет магнитное поле. Но так как она состоит из некоторого количества витков, то ее магнитное поле будет намного сильнее, чем магнитное поле прямолинейного проводника с током при условии одинаковой силы тока.
Силовые линии МП катушки представляют собой замкнутые кривые, которые всегда направлены с севера на юг вне катушки и с юга на север внутри нее. Индукция зависит от количества витков и в общем случае определяется по формуле:
Как обнаружить
Чтобы выявить магнитное поле вокруг бесконечно длинного прямолинейного проводника, существует несколько способов. Первый — металлическая стружка. Проводник с током следует поместить на лист бумаги, расположенный перпендикулярно относительно его оси. На бумагу насыпают металлическую стружку. Так как железо притягивается к магниту, частички стружки попадут под действие магнитного поля. Они рассредоточатся вокруг проводника, образовав магнитные линии. Наибольшая концентрация опилок будет наблюдаться рядом с проводником.
Другой способ — использование магнитной стрелки. Ее кладут на острие, параллельно устанавливают проводник с током. Если поле есть, стрелка начнет двигаться. Ее северный полюс встанет в направлении южного полюса магнита.
Загрузка...
