|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Ампера закон взаимодействия постоянных токов |
 | |
Анимация
Описание
В 1820 г. Ампер открыл взаимодействие токов - притяжение или отталкивание параллельных токов. Это позволило поставить задачу исследования: свести все магнитные взаимодействия к взаимодействию элементов тока и найти закон их взаимодействия как фундаментальный закон, играющий в магнетизме роль, аналогичную закону Кулона в электричестве. Используемая в настоящее время формула для взаимодействия элементов тока была получена в 1844 г. Грассманом (1809-1877 гг.) и имеет вид:
, (в "СИ") (1)
, (в гауссовой системе)
где dF12 - сила, с которой элемент тока I1dI1 действует на элемент тока I2dI2;
r12 - радиус-вектор, проведенный от элемента I1dI1 к элементу тока I2dI2;
c=3Ч108 м/с - скорость света.
Взаимодействие элементов тока
Рис. 1
Сила dF12, с которой элемент тока I2dI2 действует на элемент тока I1dI1, имеет вид:
. (в "СИ") (2)
Силы dF12 и dF21, вообще говоря, не коллинеарны друг другу, следовательно, взаимодействие элементов тока не удовлетворяет третьему закону Ньютона:
dF12+dF21№0.
Закон (1) имеет вспомогательный смысл, приводя к правильным, подтвержденным на опыте значениям силы только после интегрирования (1) по замкнутым контурам L1 и L2.
Сила, с которой ток I1, текущий по замкнутому контуру L1, действует на замкнутый контур L2 с током I2, равна:
. (в "СИ") (3)
Аналогичный вид имеет сила dF21.
Для сил взаимодействия замкнутых контуров с током третий закон Ньютона выполняется:
dF12+dF21=0
В полной аналогии с электростатикой взаимодействие элементов тока представляется так: элемент тока I1dI1 в точке нахождения элемента тока I2dI2 создает магнитное поле, взаимодействие с которым элемента тока I2dI2 приводит к возникновению силы dF12.
, (4)
где:
. (5)
Соотношение (5), описывающее порождение магнитного поля током, называется законом Био-Савара.
Сила взаимодействия параллельных токов.
Индукция магнитного поля, создаваемого прямолинейным током I1, текущим по бесконечно длинному проводнику, в точке нахождения элемента тока I2dx2 (см. рис. 2) выражается формулой:
. (в "СИ") (6)
Взаимодействие двух параллельных токов
Рис. 2
Формула Ампера, определяющая силу, действующую на элемент тока I2dx2, находящийся в магнитном поле В12, имеет вид:
, (в "СИ") (7)
. (в гауссовой системе)
Эта сила направлена перпендикулярно проводнику с током I2 и является силой притяжения. Аналогичная сила направлена перпендикулярно проводнику с током I1 и является силой притяжения. Если токи в параллельных проводниках текут в противоположные стороны, то такие проводники отталкиваются.
Андре Мари Ампер (1775-1836) - французский физик.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Закон Ампера взаимодействия токов, или, что то же самое, магнитных полей, порождаемых этими токами, используют для устройства весьма распространенного типа электроизмерительных приборов - магнитоэлектрических приборов. Они имеют легкую рамку с проволокой, укрепленную на упругом подвесе той или иной конструкции, способную поворачиваться в магнитном поле. Родоначальником всех магнитоэлектрических приборов является электродинамометр Вебера (рис. 4).
Электродинамометр Вебера
Рис. 4
Именно этот прибор позволил провести классические исследования закона Ампера. Внутри неподвижной катушки У висит на бифилярном подвесе поддерживаемая вилкой llў подвижная катушка C, ось которой перпендикулярна оси неподвижной катушки. При последовательном прохождении тока по катушкам, подвижная катушка стремится стать параллельно неподвижной и поворачивается, закручивая бифилярный подвес. Углы поворота отсчитываются при помощи прикрепленного к раме llў зеркала f.
Реализации эффекта
Схема установки для "взвешивания" токов измерения
Реализация единицы 1А с помощью силы, действующей на катушку с током.
Внутри большой фиксированной катушки помещается «измерительная катушка», на которую действует подлежащая измерению сила. Измерительная катушка подвешена к коромыслу чувствительных аналитических весов (рис. 3).
Схема установки для «взвешивания» токов измерения
Рис. 3
Литература
1. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. - М.: Высшая школа, 1983.
2. Тамм И.Е. Основы теории электричества. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954.
3. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1977.
4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. - М.: Наука, 1977. - Т. 3. Электричество.
5. Камке Д., Кремер К. Физические основы единиц измерения. - М.: Мир, 1980.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |