Взаимодействие параллельных проводников с током

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: реферат современная россия, капитанская дочка сочинение
| Добавил(а) на сайт: Гришаев.

В этом пункте будет рассмотрена модель магнитного поля, создаваемого одним из токов, с которым другой ток мог бы взаимодействовать. Теперь по формуле для напряженности В магнитного поля, создаваемого длинным прямолинейным проводом, по которому идет ток I1

Эта формула представляет собой часть формулы для силы взаимодействия двух проводов. Теперь ее можно записать в

следующем виде:

Сила, действующая на направленный перпендикулярно к напряженности магнитного поля ток, равна
Если ток не перпендикулярен к линиям магнитного поля, эта сила становится меньше. В самом деле, сила обращается в нуль, когда ток параллелен полю.
Качественно к этому заключению можно прийти с помощью правила правой руки и нашей модели взаимодействующих полей.
На рисунке 6 показаны линии поля, создаваемого током, который направлен параллельно внешнему полю.
[pic]

Результирующее поле по какую-нибудь одну сторону от провода не сильнее, чем по другую, и поэтому мы не можем ожидать, что к проводу будет приложена какая-то сила.
Количественный способ описания такой геометрической зависимости состоит использовании векторного произведения. Действующая на ток сила представляет собой вектор, и он пропорционален произведению двух других векторов, I и В.
Окончательная формула для силы, действующей на ток в магнитном поле, имеет вид:

Взаимное расположение этих векторов показано на рисунке 7. Сила F должна
[pic] быть перпендикулярна как напряженности магнитного поля В, так и проводу I.
Направление силы может быть найдено или с помощью правила правого винта для векторного произведения, или обращением к модели линий магнитного поля.
Модуль силы равен F=ILBsin( где ( — угол между линиями поля и проводом.
Когда угол ( = 90°, сила максимальна и имеет направление, которое считается положительным в соответствии с правилом правой руки. Когда (=0, действующая на провод сила равна нулю. Когда ( =270°, ток в проводе имеет противоположное по сравнению с первым случаем направление; сила максимальна, но теперь имеет направление, принимаемое за отрицательное.

Рассчитаем теперь, какие значения полей и сил создавались в опыте с двумя параллельными полосками алюминиевой фольги.

Примем, что замкнутая батарейка, (в начальный момент времени по показаниям мультиметра обеспечивала ток 5 А) и что алюминиевые полоски имели длину 40 см при расстоянии между ними всего 2 мм. Напряженность магнитного поля, создаваемого одной полоской на таком расстоянии от другой, равна

Сила, действующая на второй провод в таком. магнитном поле, равна:

F=ILBsin(= 5A*0,4м*5*10-4 Тл*sin90(=10*10-4 H.

Эта сила очень мала (масса 1г имеет вес только 1*10-2Н. Чтобы обнаружить столь малую силу, были выбраны легкие и гибкие полоски из алюминиевой фольги.

III. Электрическое взаимодействие

3.1 Взаимодействие параллельных проводников

В выше описанных примерах при рассмотрении был затронут вопрос о наличии на проводах избыточных поверхностных зарядов. При рассмотрении подобных ситуаций наличие этих зарядов игнорируется хотя они присутствуют на каждом из проводов, протекает по ним ток или нет.

Из этого следует что кроме магнитной силы Fм необходимо учитывать и электрическую Fэ.

Рассмотрим задачу:
Пусть дано два длинных провода с пренебрежительно малым сопротивлением R, а с другого конца подключены к источнику постоянного напряжения. Радиус сечения каждого провода в (=20 раз меньше расстояния между осями проводов.
При каком значении сопротивления R результирующая сила взаимодействия проводов обратится в нуль?

Решение:
Пусть на единицу длины провода приходится избыточный заряд (. Тогда электрическая сила, действующая на единицу длины провода со стороны другого провода, может быть найдена с помощью теоремы Гаусса:
Где L – расстояние между осями проводов. Магнитную силу, действующую на единицу длины провода можно найти с помощью теоремы о циркуляции вектора В:
Где I- сила тока в проводнике.

Дальше следует отметить, что обе силы – электрическая и магнитная – направлены в разные стороны.
Электрическая сила обусловливает притяжение проводов, в то время как магнитная – их отталкивание.
Найдем соотношение этих сил:

Между величинами I и ( существует определенная связь[6]

Где U=IR . поэтому из соотношения (2) следует, что

После подстановки (3) в (1) получим:

Результирующая сила взаимодействия обращается в нуль, когда последнее отношение равно единице. Это будет при R=R0
Если RFэ – провода отталкиваются, если R>R0,то Fм