Направление силы действующей на проводник с током в магнитном поле: Сила Ампера. Сила Лоренца. | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Как можно определить направление силы действующей на проводник с током

Статьи › Находится › В однородном магнитном поле находится рамка по которой начинает течь ток как направлена сила нижнюю

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки (рис. 5.27): Если левую руку расположить таким образом, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены в направлении тока, то отогнутый большой палец покажет направление действия силы Ампера, действующей на проводник.

• Направление силы Ампера на проводник с током определяется по правилу левой руки.
• Левая рука должна быть расположена так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь.
• Вытянутые пальцы левой руки должны быть направлены в направлении тока.
• Отогнутый большой палец покажет направление действия силы Ампера на проводник.
• В магнитном поле сила Ампера направлена так, что проводники притягиваются, если ток по ним течет в одну сторону, а отталкиваются, если в противоположные стороны.
• Для определения направления магнитных линий возле проводника с током можно использовать правило буравчика.
• Правило правой руки позволяет определить направление магнитных линий поля тока.
• Правило левой руки также применимо для определения направления силы Лоренца.
• Направление силы Ампера на проводник с током по правилу левой руки может быть вверх или в другом направлении, в зависимости от ориентации ладони и направления тока.

1. Как определить направление силы
2. Как определяется направление силы которая действуют на проводник с током В магнитном поле
3. Какое правило позволяет определить направление силы Ампера действующей на проводник с током со стороны однородного магнитного поля
4. Куда направлена сила Ампера действующая на проводник с током
5. Как вычислить направление тока
6. Какое правило помогает определить направление
7. Какое направление имеет сила Ампера действующая на проводник с током ответ запишите словом
8. Как определить направление силы Ампера и силы Лоренца
9. Как определяется направление силы действующей на заряженную частицу со стороны электрического поля
10. Как определить направление силовых линий для прямолинейного проводника с током
11. Как определить направление магнитного поля вокруг проводника с током
12. Как обозначают направление тока В проводнике
13. Как определяется направление силы Ампера
14. Как направлена сила действующая на второй проводник с током
15. Куда направлена сила Ампера действующая на проводник 1 2
16. Какие бывают направления силы
17. Что можно определить с помощью правила левой руки
18. Для чего правило правой руки
19. Как определить модуль и направление вектора магнитной индукции
20. Как с помощью правой руки определить направление линий магнитного поля прямого проводника с током и катушки с током
21. Какое правило используют чтобы определить направления линий магнитного поля созданного проводником с током
22. Как определить направление силы Лоренца кратко

Как определить направление силы

Направление силы Ампера определяется по следующему правилу: если левую руку расположить так, что 4 пальца направлены по направлению тока, а линии вектора магнитной индукции входят в ладонь, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы Ампера (так же это правило называют правилом левой руки).

Как определяется направление силы которая действуют на проводник с током В магнитном поле

Направление силы Ампера определяется правилом левой руки: Если ладонь левой руки развернуть так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 900 большой палец покажет направление силы Ампера.

Какое правило позволяет определить направление силы Ампера действующей на проводник с током со стороны однородного магнитного поля

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера (рис.

Куда направлена сила Ампера действующая на проводник с током

Эту силу, действующую на проводник с током, находящийся в магнитном поле, называют силой Ампера. Заметим, что эта сила направлена так, что проводники притягиваются, если ток по ним течёт в одну сторону, а если в противоположные стороны, то проводники отталкиваются.

Как вычислить направление тока

Правило правой руки Для определения направления магнитных линий возле проводника с током существует правило буравчика (правило правого винта) — если вкручивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитного поля тока (см.

Какое правило помогает определить направление

Правило правой руки: «Если представить, что мы взяли тело в правую руку и пытаемся его повернуть в направлении, куда указывают четыре пальца (силы, пытающиеся повернуть тело направлены по направлению этих пальцев), то оттопыренный большой палец покажет в ту сторону, куда направлен вращающий момент (момент этих сил)».

Какое направление имеет сила Ампера действующая на проводник с током ответ запишите словом

По правилу левой руки (магнитные линии входят в ладонь, четыре пальца показывают направление тока в проводнике, большой палец указывает направление силы Ампера) сила Ампера направлена вверх. Ответ: вверх.

Как определить направление силы Ампера и силы Лоренца

Направление этой силы можно определить с помощью правила левой руки: 1. Приложить левую руку так, чтобы скорость была направленна вдоль четырех пальцев. 2. Повернуть руку так, чтобы магнитное поле входило в ладонь.

Как определяется направление силы действующей на заряженную частицу со стороны электрического поля

Если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а четыре пальца направить вдоль движения заряженной частицы, то отведенный большой палец укажет направление силы Лоренца (рис.).

Как определить направление силовых линий для прямолинейного проводника с током

Чтобы определить направление силовых линий магнитного поля, созданного током в прямом проводнике, нужно охватить проводник правой рукой, направив отогнутый большой палец по направлению тока, кончики остальных пальцев в данной точке покажут направление вектора индукции в этой точке.

Как определить направление магнитного поля вокруг проводника с током

Направление линий магнитного поля можно определить с помощью правила правой руки: если обхватить проводник с током ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был сонаправлен с током (рис. 4), то согнутые четыре пальца укажут направление линий магнитного поля.

Как обозначают направление тока В проводнике

Ноликом.

Направление тока в проводнике обозначается «ноликом».

Как определяется направление силы Ампера

Для определения направления силы Ампера обычно используют правило «Левой руки»: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы Ампера, действующей на проводник (см.

Как направлена сила действующая на второй проводник с током

Правило левой руки для силы Ампера.

Левую руку надо поместить в магнитное поле так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца были вытянуты по направлению тока. При этом отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера, действующей на провод с током.

Куда направлена сила Ампера действующая на проводник 1 2

Куда направлена вызванная этим полем сила Ампера, действующая на проводник 1−2? Решение. получаем, что сила Ампера, действующая на проводник 1−2 направлена перпендикулярно плоскости рисунка вверх. Правильный ответ указан под номером 4.

Какие бывают направления силы

Классификация сил

Сила	Направление	Точка приложения
Сила упругости	Вдоль пружины противоположно силе, вызвавшей деформацию	Точка соединения тела и пружины
Сила трения	Противоположно действующей силе	Точка соприкосновения тела с поверхностью
Сила Архимеда	Вертикально вверх	Центр массы тела

Что можно определить с помощью правила левой руки

Можно определить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле; направление силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.

Для чего правило правой руки

В случаях, когда траектории движения транспортных средств пересекаются, а очередность проезда не оговорена Правилами, дорогу должен уступить водитель, к которому транспортное средство приближается справа.

Как определить модуль и направление вектора магнитной индукции

Модуль магнитной индукции определяется как отношение максимальной силы, с которой магнитное поле действует на проводник единичной длины м, к силе тока в проводнике:. В СИ единицей индукции магнитного поля является 1 Тесла (Тл): Т л Н А м. Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами (токами).

Как с помощью правой руки определить направление линий магнитного поля прямого проводника с током и катушки с током

Полярность электромагнита можно определить и с помощью правой руки. Для этого руку надо положить ладонью на катушку и совместить четыре пальца с направлением в ней тока, при этом отогнутый большой палец покажет направление магнитного поля.

Какое правило используют чтобы определить направления линий магнитного поля созданного проводником с током

Для определения направления линий магнитного поля, созданного проводником с током, используют правило буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

Как определить направление силы Лоренца кратко

Четыре пальца показывают направление вектора скорости частицы, так как она заряжена положительно. Тогда отогнутый на большой палец показывает направление силы Лоренца. В нашем случае, он показывает вверх, поэтому сила Лоренца, действующая на положительно заряженную частицу, направлена вверх.

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ПРОВОДНИКИ С ТОКОМ СО СТОРОНЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПОДКОВООБРАЗНОГО МАГНИТА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ПРОВОДНИКИ С ТОКОМ СО СТОРОНЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПОДКОВООБРАЗНОГО МАГНИТА

Очилов Л. И.1, Ашурова У.Д.2

‘Очилов Лазиз Ибодович — преподаватель, кафедра физики;

2Ашурова Умида Давлатовна — преподаватель, кафедра высшей математики,

физико-математический факультет, Бухарский государственный университет, г. Бухара, Республика Узбекистан

Аннотация: в этой статье рассматриваются следующие актуальные проблемы современной физики: Проанализирована задача измерения силы, действующей на токопроводящее магнитное поле, как функции тока. Сила, действующая на проводник с током в круговом магнитном поле, измеряется как функция длины проводника. Измерение силы, действующей на проводник с током в круговом магнитном поле, описывается как функция угла между магнитным полем и направлением тока. Приведены такие связи, как расчеты магнитного поля и их графики. Ключевые слова: магнитная индукция, сила Лоренца, магнитное поле.

УДК 538.1:548

Магнитная индукция, или проще магнитное поле В, является векторной величиной. Сила действующая на данный заряд q, перемещающийся со скоростью V в магнитном поле В, зависит от величины и направления скорости и от напряженности и направления магнитного поля.

Следующее соотношение имеет место:

Р = ц * (р * В ) (1)

Сила, так называемая силой Лоренца F является также векторной величиной, и действует перпендикулярно к плоскости, определенному V и В. Силу, действующую на токопроводящий проводнике в магнитном поле, может быть понята как сумма отдельных компонентов силы, действующих на движущиеся носители заряда, составляющие ток. В соответствие с (1), сила Лоренца F действует на каждый отдельный носитель заряда q перемещающийся со скоростью дрейфа V. Для прямого проводника это означает

Р = Ц * пА5 * (V * В) (2)

поскольку число заряженных частиц в проводнике является произведением плотности носителей заряда п, поперечного сечения проводника А и длины s участка проводника в магнитном поле.

Распространено представить вектор s, который указывает направлению участка проводника. Кроме того, произведение qnAv эквивалентно току I. Таким образом сила магнитного поля, действующая на сегмент прямого токопроводящего проводника определяется уравнением

Р = I *(5* В) ( 3 ) (3)

и абсолютное значение силы

р = I * 5 * В Б\па (4)

где а является углом между магнитным полем и направлением тока.

В этом эксперименте прямоугольные проводниковые петли, несущие токи до 20 А, помещаются в горизонтальное магнитное поле подковообразного магнита. Сила, действующая на горизонтальную секцию, измеряется. Силы, действующие на две вертикальных секции, уравновешивают друг друга.

Проводниковые петли монтируются на датчике силы. Это содержит изгибающегося участника, к которому монтируются тензодатчики; электрическое сопротивление этих элементов изменяется при загрузке. Изменение в сопротивлении пропорционально поставленную силу. Подключенный ньютон-метр измеряет изменение в сопротивлении и показывает соответствующую силу.

Примеры измерения и оценки

а) Измерение как функция тока:

Рис. 1. Экспериментальная установка для измерения силы, действующей на токопроводящие проводники в

магнитном поле

Рис. 2. Использование шаблона как средство в расположении подковообразного магнита Таблица 1: F как функция тока I(s = 8cm)

В графике измеренные значения показывают близкое приближение прямой с наклоном

F тИ

7 = 2,26 ~А~

При sin90°= 1, уравнение (4) дает нам следующие значения для магнитного поля:

‘ 2. 26тпЫ

в = 7-= , = 28.5 тТ

I * б А* 0.08 т

Линейное соотношение между силой и током для постоянной проводниковой длины, сформулированной в уравнениях (3) и (4), подтверждается. а) Измерение как функция длины проводника:

Таблица 2. Сила F как функция длины s (I =20A)

На графике измеренные значения являются также близким приближением прямой проходящей через начало координат с наклоном.

F тЫ

-= 572-

5 т

F 572 тИ

В =— =-—— = 28.6 тТ

б * I тп * 20 А

Линейное соотношение между силой и проводниковой длиной для постоянного тока, сформулированные в (3) и (4), подтверждается.

Список литературы

1. Очилов Л.И., Абдуллаев Ж.М. Изъятие пресной воды из подземных грунтовых вод при помощи гелиоустановки водонасосного опреснителя // Молодой ученый. 10 (2015). С. 274-277.

2. Очилов Л.И. Адсорбция воды на цеолитах типа ZSM-5 // Молодой ученый (2016). № 12. С. 358.

3. Файзиев Ш.Ш., Саидов К.С., Аскаров М.А. Зависимость магнитно модулированной структуры от ориентации поля в кристалле // Вестник науки и образования (2020). № 18(96) Часть 2. С. 6-9.

4. Рахматов И.И., Толибова О. Модель массопереноса при сушке в режиме прямотока и противотока // Вестник науки и образования (2020). № 18(96). Часть 2. С. 9-12.

5. Ражабов БХ. Анализ физических процессов в двухступенчатых солнечных опреснителях // Вестник науки и образования (2020) № 18 (96). Часть 2. С. 13-17.

6. Очилов Л.И., Арабов Ж.О., Ашурова У.Д. Измерение преобразования потенциальной энергии в поступательную и вращательную энергию с помощью колеса максвелла //Вестник науки и образования (2020). № 18(96). Часть 2. С. 18-21.

7. Очилов Л.И. Технология приготовления фитиля из капиллярно-полых материалов // Молодой ученый, (2016). № 12. С. 360-362

8. Назаров Э.С., Назаров Ш.Э. Особенности интегрирования информационных технологий в преподавании предмета «физики» // Вестник науки и образования ( 2020). № 18(96). Часть 2. С. 9.

9. Каххоров С., Рахматов И., Мухаммедов Ш.М. Особенности построения образовательного процесса на основе модульных технологий обучения в Узбекистане // Вестник науки и образования (2020) № 18(96) Часть 2 С. 33-36.

10. Кобилов Б.Б., Насырова Н.К. Особенности изучения физики в вузах // Вестник науки и образования (2020). № 18(96). Часть 2. С. 52-55.

11. Нарзуллаев М.Н., Камолов В.Ш. Использование астрономических знаний в формировании экологической культуры студентов // Вестник науки и образования (2020). № 18(96). Часть 2. С.56.

12. Насырова Н.К., Насырова Н.Г. Методика преподавания практических занятий по квантовой механике в высших учебных заведениях // Вестник науки и образования (2020). № 18(96). Часть 2. С. 60-63.

13. Очилов Л.И. Исследование некоторых свойств капиллярно-полых материалов // Молодой ученый, (2016) №12 С 362-364

14. Файзиев Ш.Ш., Саидов К.С., Аскаров М.А. Зависимость магнитно модулированной структуры от ориентации поля в кристалле // Вестник науки и образования (2020). № 18 (96). Часть 2. С. 6-9.

15. Файзиев Ш.Ш., Саидов К.С., Низомова Ш.К. Электронная структура основного мультиплета иона диспрозия в ортоалюминате // Проблемы науки (2020). № 11. C. 4-7.

16. Курбанов К., Очилов Л.И. Определение механических воздействий гидротехнических сооружений с помощью оптических волоконных датчиков // Молодой ученый. 10 (2015). С. 247-251.

17. Kakhkhorov S., Juraev H.O., Atoeva M.F. Use of alternative energy sources at the natural sciences lessons // The Way of Science, 2019. № 2. Pp. 148-150.

18. Kahhorov S.K., Atoeva M.F. Frequency as a pedagogical regularity of teaching physics // Pedagogical sciences. 2010. Pp. 56-59.

СТРУКТУРНАЯ ТЕОРИЯ СИМПЛЕКТИЧЕСКИХ ГРУПП Танатарова Ф.М.

Танатарова Фарида Миратовна — магистрант, кафедра математики, факультет физики, математики, Западно-Казахстанский государственный университет им. М. Утемисова, г. Уральск, Республика Казахстан

Аннотация: в статье анализируются необходимая структурная теория симплектических групп -сведения о порождающих элементах, центрах, коммутантах.

Ключевые слова: симплектические группы, трансвекция, вырожденная, подпространства, регулярный элемент. )*, т.е.

дп -1 дп-1 -1_ дп-1 —= д

д -1 д -1

Сила магнитного поля, действующая на проводник с током

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Описывать воздействие магнитной силы на проводник с током.
• Рассчитайте магнитную силу, действующую на проводник с током.

Поскольку обычно заряды не могут покинуть проводник, магнитная сила, действующая на заряды, движущиеся в проводнике, передается самому проводнику.

Рис. 1. Магнитное поле действует на проводник с током в направлении, определяемом правилом правой руки 1 (то же направление, что и на отдельные движущиеся заряды). Эта сила легко может быть достаточно большой, чтобы сдвинуть провод, поскольку типичные токи состоят из очень большого количества движущихся зарядов.

Мы можем получить выражение для магнитной силы, действующей на ток, взяв сумму магнитных сил, действующих на отдельные заряды. (Силы складываются, поскольку они имеют одинаковое направление.

) Сила, действующая на отдельный заряд, движущийся со скоростью дрейфа v _d , определяется формулой F = qv _d B sin θ . Принимая B равномерным по всей длине провода l и равным нулю в других местах, общая магнитная сила на проводе тогда равна F = ( qv _d B  sin θ )( N ), где N — число носителей заряда на отрезке провода длиной l

8 . Теперь Н = нВ, где n — число носителей заряда в единице объема, а В — объем проволоки в поле. Учитывая, что В = Al , где A — площадь поперечного сечения провода, тогда сила, действующая на провод, равна F = ( qv _d B sin θ ) ( nAl ). Собираем термины,

[латекс]F=(nqAv_{\text{d}})lB\sin\theta\\[/latex].

Потому что nqAv _d = I  (см. Ток),

[латекс]F=IlB\sin\theta\\[/латекс]

л

уравнение для 0 магнитной силы на длине

провода с током I в однородном магнитном поле B , как показано на рисунке 2. Если мы разделим обе части этого выражения на l , находим, что магнитная сила на единицу длины провода в однородном поле равна [латекс]\frac{F}{l}=IB\sin\theta\\[/latex]. Направление этой силы задается RHR-1, с большим пальцем в направлении тока I . Затем пальцами в направлении B , перпендикуляр к ладони указывает в направлении F ​​ , как на рисунке 2.

Рисунок 2. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, равна F ​​ = IlB грех θ . Его направление задает RHR-1.

Пример 1. Расчет магнитной силы, действующей на провод с током: сильное магнитное поле

= 20,0 А.

Стратегия

Силу можно найти с помощью данной информации, используя [латекс]F=IlB\sin\theta\\[/latex] и отметив, что угол θ между I и B равны 90º, поэтому sin θ = 1.

Решение

Ввод заданных значений в F ​​ 90 90 90 90 90 90 1lB 0018 дает

F ​​= IlB  sin θ  = (20,0 А)(0,0500 м)(1,50 Тл)(1).

Единицы тесла: [латекс]1\текст{Т}=\фракция{\текст{N}}{\текст{А}\cdot\текст{м}}\\[/латекс]; таким образом,

F 

= 1,50 Н.

Обсуждение

Это сильное магнитное поле создает значительную силу на проводе небольшой длины.

Сила магнитного поля, действующая на проводники с током, используется для преобразования электрической энергии в работу. (Ярким примером являются двигатели — в них используются петли из проволоки, и они рассматриваются в следующем разделе.) Магнитогидродинамика (МГД) — это техническое название, данное умному приложению, в котором магнитная сила перекачивает жидкости без движущихся механических частей. (См. рис. 3.)

Рис. 3. Магнитогидродинамика. Магнитная сила тока, проходящего через эту жидкость, может быть использована в качестве немеханического насоса.

Сильное магнитное поле прикладывается к трубке, и ток проходит через жидкость под прямым углом к ​​полю, в результате чего на жидкость действует сила, параллельная оси трубки, как показано на рисунке. Отсутствие движущихся частей делает его привлекательным для перемещения горячего химически активного вещества, такого как жидкий натрий, используемый в некоторых ядерных реакторах. Экспериментальные искусственные сердца тестируются с использованием этой техники для перекачивания крови, возможно, для обхода неблагоприятных последствий механических насосов. (Однако на клеточные мембраны влияют большие поля, необходимые для МГД, что задерживает его практическое применение у людей.) Был предложен двигатель МГД для атомных подводных лодок, потому что он может быть значительно тише, чем обычные гребные двигатели. Сдерживающая ценность атомных подводных лодок основана на их способности скрыться и пережить первый или второй ядерный удар. По мере того, как мы постепенно разбираем наши арсеналы ядерного оружия, подводная ветвь будет выведена из эксплуатации последней из-за этой способности (см.

рис. 4). Существующие МГД-приводы тяжелые и неэффективные — требуется много доработок.

Рис. 4. Двигательная установка МГД на атомной подводной лодке может создавать значительно меньшую турбулентность, чем гребные винты, и обеспечивать более тихую работу. Разработка бесшумной подводной лодки была драматизирована в книге и фильме

«Охота на Красный Октябрь ».

• Магнитная сила, действующая на проводники с током, определяется выражением

  [латекс]F=IIB\sin\theta\\[/латекс]

  где I   — сила тока, l — длина прямого проводника в однородном магнитном поле B и θ   — это угол между I и B . Сила следует за RHR-1 большим пальцем в направлении I .

Концептуальные вопросы

1. Нарисуйте схему ситуации на рисунке 1, показав направление электронов, переносящих ток, и используйте RHR-1, чтобы проверить направление силы на проводе.
2. Убедитесь, что направление силы в МГД-приводе, таком как на рис. 3, не зависит от знака зарядов, переносящих ток через жидкость.
3. Почему магнитогидродинамический привод лучше работает в морской воде, чем в пресной? Кроме того, зачем нужны сверхпроводящие магниты?
4. Что больше мешает показаниям компаса, переменный ток в вашем холодильнике или постоянный ток, когда вы заводите машину? Объяснять.

Задачи и упражнения

1. Каково направление действия магнитной силы на ток в каждом из шести случаев на рис. 5?

Рисунок 5.

2. Каково направление тока, на который действует магнитная сила, показанная в каждом из трех случаев на рисунке 6, если предположить, что ток течет перпендикулярно 9?0017 Б ?

Рисунок 6.

3. Каково направление магнитного поля, которое создает магнитную силу, показанную на токах в каждом из трех случаев на рисунке 7, если предположить, что B  перпендикулярно I ?

Рисунок 7.

4. (a) Какова сила на метр, действующая на молнию на экваторе, которая несет 20 000 А перпендикулярно земному полю 3,00 × 10 ⁻⁵ -T? б) Каково направление силы, если течение направлено прямо вверх, а направление поля Земли строго на север, параллельно земле?

5. (a) Линия электропередачи постоянного тока для системы легкорельсового транспорта передает ток 1000 А под углом 30º к полю Земли 5,00 × 10 ⁻⁵ -T. Какая сила действует на отрезке этой линии длиной 100 м? (b) Обсудите практические проблемы, которые это вызывает, если таковые имеются.

6. Какая сила действует на воду в МГД-приводе с трубкой диаметром 25,0 см, если через трубку, перпендикулярную магнитному полю напряженностью 2,00 Тл, пропускают ток силой 100 А? (Относительно небольшой размер этой силы указывает на необходимость очень больших токов и магнитных полей для создания практических МГД-приводов.)

7. Провод, по которому течет ток силой 30,0 А, проходит между полюсами сильного магнита, перпендикулярного его полю, и испытывает силу 2,16 Н на 4,00 см провода в поле. Какова средняя напряженность поля?

8. (a) Участок кабеля длиной 0,750 м, по которому подается ток к стартеру автомобиля, образует угол 60º с полем Земли 5,50 × 10 ⁻⁵ Тл. Какова сила тока, когда на провод действует сила 7,00 × 10 90 233 −3 90 234 Н? б) Если пропустить провод между полюсами сильного подковообразного магнита и подвергнуть его 5,00 см воздействию поля силой 1,75 Тл, какая сила будет действовать на этот отрезок провода?

9. а) Чему равен угол между проводом, по которому течет ток 8,00 А, и полем 1,20 Тл, в котором он находится, если на 50 см провода действует магнитная сила 2,40 Н? б) Какова сила, действующая на проволоку, если ее повернуть под углом 90º к полю?

10. Сила, действующая на прямоугольную проволочную петлю в магнитном поле на рисунке 8, может использоваться для измерения напряженности поля. Поле однородно, и плоскость петли перпендикулярна полю. а) Как направлена ​​магнитная сила, действующая на петлю? Обоснуйте утверждение, что силы на сторонах петли равны и противоположны, независимо от того, какая часть петли находится в поле, и не влияют на результирующую силу, действующую на петлю. (b) Если используется ток 5,00 А, какова сила на тесла на петле шириной 20,0 см?

Рис. 8. Прямоугольная проволочная петля, по которой течет ток, перпендикулярна магнитному полю. Поле однородно в показанной области и равно нулю вне этой области.

Избранные решения задач и упражнений

1. (a) на запад (слева)

(b) на страницу

(c) на север (вверх)

(d) без силы

(e) на восток (справа)

(е) юг (вниз)

3. (а) на стр.

(б) запад (слева)

(в) со стр.

5.  (a) 2,50 Н (b) Это примерно полфунта силы на 100 м проволоки, что намного меньше веса самой проволоки. Поэтому особых опасений не вызывает.

7. 1,80 Т

9. (а) 30º (б) 4,80 Н

Объяснение урока: Сила, действующая на проводящие провода в магнитных полях

В этом объяснении мы узнаем, как использовать формулу 𝐹=𝐵𝐼𝐿 для расчета сила, действующая на проводник с током, помещенный в однородную магнитное поле.

Вы, наверное, уже видели, как постоянные магниты взаимодействуют друг с другом, отталкиваются или притягиваются друг к другу в зависимости от того, какие полюса обращены друг к другу. Они делают это с помощью магнитных полей, сокращенно 𝐵, направление которых выглядеть как на диаграмме ниже для противоположных полюсов.

Однако магниты действуют не только на другие магниты. справа условиях они также могут воздействовать на провод. Допустим, мы положили провод между этими магнитами, так что он находится в пределах магнитного поля, как в схема ниже.

Для провода без тока нет силы, но если в этом проводе есть ток, 𝐼, перпендикулярно направлению магнитного поля, то магнитное поле взаимодействует с ним, создавая усилие на проволоке.

Эта сила потенциально может заставить провод двигаться, как и постоянные магниты. могут двигаться под воздействием магнитных полей друг друга. Сила на этом проводе равна показан на схеме ниже желтым цветом.

Точка с кружком вокруг нее указывает на силу, выходящую за пределы экрана, в то время как кружок с X означает попадание на экран, как показано на рисунке ниже.

Точное направление силы можно найти с помощью правила левой руки Флеминга. Левой рукой вытяните указательный (указательный) палец вперед, направьте большой палец вверх, а средний палец поверните перпендикулярно указательному пальцу, как показано на рисунке ниже.

Ваш указательный палец указывает направление магнитного поля, 𝐵, ваш средний палец направление тока, 𝐼, а большой палец — направление приложенной силы на проводе, 𝐹.

Давайте посмотрим на пример.

Пример 1: Понимание направления силы, действующей на Провод с током в однородном магнитном поле

На схеме показан участок провода, расположенный в 90∘ до 0,1 Тл магнитное поле. По проводу течет ток 2 А. В каком направлении сила, действующая на провод из-за магнитного поля?

Ответ

Хотя нам даны значения напряженности магнитного поля (важно понимать, что напряженность магнитного поля также называется плотностью магнитного потока) и величины тока, это не имеет значения. зависимости от направления магнитного поля и тока. Чтобы найти направление силы которое действует на провод, когда провод находится в 9угол 0∘, мы используем правило левой руки.

Направление магнитного поля, указательный палец, вправо. Направление тока, средний палец, вверх. Ладонь рука должна быть направлена ​​вверх.

Вытянув большой палец, мы видим, что направление действующей силы на проводе будет проходить в экран, поэтому мы бы обозначили это с помощью круг с X через него.

Сила, действующая на провод, направлена ​​внутрь экрана.

Чем ближе к полным 90 градусам направления магнитного поля и ток, тем сильнее сила на проводе. Значение силы постепенно уменьшается до тех пор, пока сила равна 0, когда направления параллельны или при 0 градусов, как видно на диаграмма ниже.

Направление тока в этом случае не имеет значения, т.к. параллельно в любом случае.

Давайте рассмотрим пример.

Пример 2. Влияние однородного магнитного поля на Проводник с током, параллельный полю

На схеме показан участок провода, расположенный параллельно равномерному магнитное поле 0,1 Тл. по проводу течет ток силой 2 А. Как направлена ​​сила, действующая на провод со стороны магнитного поля?

Ответ

Направление силы не зависит от значений магнитного поля сила или ток, даже если эти значения даны. Что здесь важно это угол.

Только при наличии отличного от нуля угла между направлением тока и Направление магнитного поля есть сила, действующая на провод.

Направление магнитного поля и направление тока в проводе параллельны в В этом примере сила, действующая на провод ни в каком направлении, отсутствует.

Мы можем вычислить силу, действующую на эти провода, используя следующее уравнение.

Уравнение: Сила, действующая на проводник в магнитном поле

Когда провод с током имеет направление, перпендикулярное направлению магнитного поля направлении, магнитное поле действует на провод с силой 𝐹: 𝐹=𝐵𝐼𝐿, где 𝐵 — напряженность магнитного поля, 𝐼 — сила тока в проводе, а 𝐿 — длина провода, который находится в магнитное поле.

Давайте рассмотрим пример с использованием этого уравнения.

Пример 3. Определение силы, действующей на проводник с током в Однородное магнитное поле

Сечение провода длиной 20 см проводящий ток 12 А расположен под углом 90∘ к магнитное поле 0,1 Тл. Какова величина силы, действующей на провод?

Ответ

Мы можем начать с просмотра переменных, которые нам нужно найти в уравнении которая связывает силу, действующую на проводник с током: 𝐹=𝐵𝐼𝐿.

𝐵 — напряженность магнитного поля, которую мы даем в единицах СИ, Тесла (Т). Выражаясь по-другому, 1 тесла равен 1 ньютон на амперметр, НАм×. Это магнитное поле имеет силу 0,1 Тл.

Ток, 𝐼, определяется как 12 ампер.

Смотрим на 20 см сечение провода, так что это значение 𝐿. Мы хотим это в с точки зрения обычных метров, хотя, чтобы отменить с помощью метров в тесла. Есть 100 см в 1 метре, которое выражается как отношение выглядит как 1100 мкм

Итак, умножая это соотношение на заданное значение 20 см влезает с точки зрения метров: 1100×20=0,2 мкм см

Этот провод имеет длину 0,2 метра.

У нас есть все переменные, необходимые для определения силы, действующей на провод. Подставляя в напряженность магнитного поля, 0,1 Тл, ток, 12 А, и длина, 0,2 м, дает 𝐹=𝐵𝐼𝐿𝐹=(0,1)(12)(0,2).TAm

Теперь давайте расширим единицы Тесла чтобы увидеть, как они сокращаются с другими единицами при умножении вместе: 𝐹=0,1×(12)(0,2).NAmAm

Теперь мы можем видеть, что счетчики и ампер отменить, когда эти условия умножаются вместе, оставляя только ньютоны, единицы силы СИ: 0,1×(12)(0,2)=0,24.NAmAmN

Значит, величина силы, действующей на провод, равна 0,24 ньютона.

При необходимости мы также можем изолировать определенные переменные в уравнении, которые мы хотим найти, при условии, что нам даны другие.

Допустим, у нас есть провод с током 5 А с направлением перпендикулярным к магнитному полю с напряженностью силой 1 Тл. Сила на проволоке равна 0,4 Н, но длину провода в магнитопроводе мы не знаем. поле, 𝐿. Такой провод показан на рисунке ниже.

Мы можем найти длину, взглянув на уравнение для силы на проводник с током через магнитное поле, затем изолирующий 𝐿 с обеих сторон: 𝐹=𝐵𝐼𝐿.

Начнем с деления обеих частей на 𝐵𝐼: 𝐹𝐵𝐼=𝐵𝐼𝐿𝐵𝐼.

Отменяет 𝐵𝐼 справа, оставляя только длина, 𝐿: 𝐹𝐵𝐼=𝐿.

Подставляя другие значения, мы можем найти длину: (0.4)(1)(5)=𝐿.NTA

Сначала мы расширяем единицы тесла: (0,4)1(5)=𝐿.НАНАм×

Деление на число равносильно умножению на его обратную величину. Когда единицы ньютонов и амперы отменяют, это будет выглядеть примерно так: NANAAmNm=××=. NAm×

Это означает, что все единицы, кроме длины, отменяются, что дает ответ (0,4)1(5)=0,08.NAmNAm×

Длина провода в магнитном поле составляет всего 0,08 метра или 8 сантиметров.

Тот же процесс можно выполнить для определения тока. Скажем, у нас есть провод с неизвестное значение тока, но мы знаем, что его текущее направление перпендикулярно магнитному полю с напряженностью 1 Тл. Сила на проводе составляет 0,4 Н, а длина провода в магнитном поле 2 м. Такой провод показан на рисунок ниже.

Найдем ток. Начиная с исходного уравнения 𝐹=𝐵𝐼𝐿, мы можем разделить обе части на 𝐵𝐿: 𝐹𝐵𝐿=𝐵𝐼𝐿𝐵𝐿.

Это отменяет 𝐵𝐿 справа, оставляя только текущий, 𝐼: 𝐹𝐵𝐿=𝐼.

Подставим значения силы 0,4 Н, магнитное поле сила, 1 Т, и длина, 2 м, чтобы получить (0.4)(1)(2)=𝐼NTm а затем расширьте единицы тесла, чтобы получить (0.4)1(2)=𝐼.NmNAm×

Деление на число равносильно умножению на его обратную величину. Когда единицы ньютонов и счетчики отменяют, это будет выглядеть примерно так: NmNmAmNA=××=.NAm×

Это означает, что все устройства, кроме текущего, отменяются, оставляя только ампер: (0,4)1(2)=0,2.NmANAm×

Итак, ток в этом проводе равен 0,2 А.

Давайте рассмотрим пример определения напряженности магнитного поля.

Пример 4. Определение напряженности однородного магнитного поля по Сила, действующая на провод с током

При расположении под углом 90° к магнитное поле, провод длиной 1 м, по которому течет ток 4 А испытывает силу 0,2 Н. Какова сила магнитного поля?

Ответ

Этот провод расположен под углом 90 градусов к магнитному поле, что означает, что оно полностью перпендикулярно направлению магнитного поля.

Мы хотим изолировать напряженность магнитного поля, 𝐵. Начиная с базы уравнение 𝐹=𝐵𝐼𝐿, делим обе части на 𝐼𝐿: 𝐹𝐼𝐿=𝐵𝐼𝐿𝐼𝐿. 

Это приводит к отмене 𝐼𝐿 справа, оставляя только 𝐵: 𝐹𝐼𝐿=𝐵.

Подставим значения силы, 0,2 Н, ток, 4 А, и длина, 1 м, чтобы получить (0.2)(4)(1)=𝐵.NAm

Единицы тесла ньютоны на амперметр, что именно мы здесь и видим. Умножение их вместе дает ответ (0,2)(4)(1)=0,05.NAmT

Напряженность магнитного поля равна 0,05 тесла.

Сила, действующая на провод со стороны магнитного поля, может привести к тому, что провод двигаться, но форма не всегда так проста, как длинная прямая проволока.

Давайте рассмотрим пример.

Пример 5: Понимание сил, действующих на квадрат провода с током в однородном магнитном поле

На схеме показано квадратное сечение провода, помещенного в однородное магнитное поле таким образом, что две его стороны перпендикулярны направлению поля, а две другие стороны параллельны полю. Магнитное поле имеет силу 0,3 Тл, а ток по проводу равен 2 A. Каждая сторона квадрата 0,2 м длинный.

1. Какова величина силы, действующей на правую сторону квадрата?
2. Каково первоначальное направление силы, действующей на правую сторону квадрата?
   1. Из экрана
   2. В экран
3. Какова величина силы, действующей на левую сторону квадрата?
4. Каково первоначальное направление силы, действующей на левую сторону квадрата?
   1. В экран
   2. Вне экрана
5. Какова величина силы, действующей на верхнюю сторону квадрата?
6. Каково общее влияние магнитного поля на провод?
   1. Магнитное поле не оказывает общего влияния на провод.
   2. Магнитное поле заставляет проволоку вращаться вокруг 𝑦-оси экрана.
   3. Магнитное поле ускоряет провод в экран.
   4. Магнитное поле ускоряет вывод провода из экрана.
   5. Магнитное поле заставляет проволоку вращаться вокруг 𝑥-оси экрана.

Ответ

Часть 1

Направление тока в проводе перпендикулярно магнитному поле, значит, на него действует сила. Мы можем найти эту силу, используя уравнение 𝐹=𝐵𝐼𝐿, то, подставляя значения напряженности магнитного поля, 0,3 Тл; текущий, 2 А; и длина, 0,2 м; дает 𝐹=(0,3)(2)(0,2).TAm

Расширение единиц Тесла показывает, что ампер и метров отменить, чтобы дать 0,3×(2)(0,2)=0,12.NAmAmN

Итак, проволока имеет силу 0,12 ньютона.

Часть 2

Направление силы можно найти с помощью правила левой руки Флеминга. Магнитный поле (указательный палец) указывает вправо, а текущее (средний палец) указывает прямо вверх. Этот означает, что вытягивание большого пальца ладонью вверх направляет силу внутрь к экрану.

Правильный ответ Б: в экран.

Часть 3

Направление тока в проводе перпендикулярно магнитному полю, поэтому на него действует сила воздействуя на него. Мы можем найти эту силу, используя уравнение 𝐹=𝐵𝐼𝐿, затем подставляя значения напряженности магнитного поля, 0,3 Тл; текущий, 2 А; и длина 0,2 м; дает 𝐹=(0,3)(2)(0,2). TAm

Расширение единиц тесла показывает, что амперы и метры компенсируются, чтобы дать 0,3×(2)(0,2)=0,12.NAmAmN

Итак, проволока имеет силу 0,12 ньютона.

Часть 4

Направление силы можно найти с помощью правила левой руки Флеминга. Магнитный поле (указательный палец) указывает вправо, а текущее (средний палец) указывает прямо вниз. Этот означает, что вытягивание большого пальца ладонью вниз приводит к тому, что точка силы выходит из экран.

Правильный ответ Б: вне экрана.

Часть 5

В верхней части квадрата ток параллелен направлению магнитного поля. Это не независимо от направления тока, так как две линии могут быть параллельны даже при движении в противоположные направления. Величина силы, действующей на вершину квадрата, равна таким образом, 0 Н.

То же верно и для основания квадрата: там нет силы на проволоку.

Часть 6

Давайте подумаем, как все силы действуют на эту проволочную петлю.

Верхняя и нижняя части не имеют силы, а правая и левая части проволоки имеют постоянная сила, направленная в и из плоскости экрана соответственно. Поскольку эти силы воздействуют на разные части провода, и поэтому они не компенсируют друг друга, существует общий эффект на провод. В случае А это не так.

Силы на проводе с левой и правой сторон также не складываются, так указывая в противоположные стороны. Это означает, что петля не будет ускоряться в или из экрана, поэтому ответ не может быть C или D.

Вернее, провод будет постоянно вращаться вокруг линии, проходящей через его центр. С вершины а на нижние проволочки не действуют никакие силы, проволока вообще не будет вращаться вокруг 𝑥-оси. Если посмотреть на провод под немного другим углом, он будет выглядеть так, как показано на схеме.

Он начнет вращаться вокруг оси 𝑦.

Итак, правильный ответ B: он будет вращаться вокруг оси 𝑦.

Мы видели, что сила, действующая на проводник в магнитном поле, равна 0, когда провод параллелен направлению магнитного поля, но когда он перпендикулярен, силу можно найти из уравнения 𝐹=𝐵𝐼𝐿. 

Эти два корпуса расположены рядом друг с другом на диаграммах ниже.

Если, однако, токопроводящий провод находится под углом, отличным от 0 или 90 градусов, он должен выразить другим уравнением. Провод под другим углом показан на диаграмма ниже, его угол равен 𝜃 градусов.

Сила, действующая на такую ​​проволоку, изменяется с помощью sin(𝜃), как описано в приведенном ниже уравнении.

Уравнение: сила, действующая на проводник под углом в магнитном поле

Когда провод с током имеет направление, образующее угол с магнитным направление поля, магнитное поле действует на провод с силой 𝐹: 𝐹=𝐵𝐼𝐿(𝜃),грех где 𝐵 — напряженность магнитного поля, 𝐼 ток в проводе, 𝜃 — угол, который образует провод с магнитным полем, и 𝐿 это длина провода, находящегося в магнитном поле.

На диаграмме ниже показаны все эти переменные вместе.

Давайте обобщим то, что мы узнали из этого объяснения.