Меню

Взаимодействие двух параллельных проводников с токами одинакового направления



Ток в двух параллельных проводниках

Два проводника с током взаимодействуют друг с другом, поскольку каждый из них находится в магнитном поле другого.

Ток в двух параллельных проводниках

Если направления токов одинаковы, то параллельные проводники притягиваются, если же направления токов противоположны — отталкиваются.

F сила, действующая между параллельными проводниками, Ньютон
μа = μμ абсолютная магнитная проницаемость,
μ магнитная постоянная, 1.257 · 10 -6 Гн/м
μ относительная магнитная проницаемость
I1 сила тока в первом проводнике, Ампер
I2 сила тока во втором проводнике, Ампер
l длина проводников, метр
r расстояние между проводниками, метр

то на второй проводник, находящийся в поле первого проводника, действует сила

Поскольку напряженность магнитного поля $Н_<1>$ на расстоянии r от проводника дается выражением

получаем следующую формулу для силы, действующей между проводниками:

Из этой формулы следует определение единицы силы тока ампер (А): При $I_ <1>= I_ <2>= 1A$, $μ = 1$, $r = l = 1м$, $μ_<0>= 4π · 10^ <-7>B · c/(A · м)$ имеем $F = 2 · 10^<-7>H$.

Источник

§ 43. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ

Если близко один к другому расположены проводники с токами одного направления, то магнитные линии этих проводников, охватывающие оба проводника, обладая свойством продольного натяжения и стремясь сократиться, будут заставлять проводники притягиваться (рис. 90, а).

Магнитные линии двух проводников с токами разных направлений в пространстве между проводниками направлены в одну сторону. Магнитные линии, имеющие одинаковое направление, будут взаимно отталкиваться. Поэтому проводники с токами противоположного направления отталкиваются один от другого (рис. 90, б).

Рассмотрим взаимодействие двух параллельных проводников с токами, расположенными на расстоянии а один от другого. Пусть длина проводников равна l.

Магнитная индукция, созданная током I1 на линии расположения второго проводника, равна

На второй проводник будет действовать электромагнитная сила

Магнитная индукция, созданная током I2 на линии расположения первого проводника, будет равна

и на первый проводник действует электромагнитная сила

равная по величине силе F2

На электромеханическом взаимодействии проводников с током основан принцип действия электродинамических измерительных приборов; используемых в цепях постоянного и в особенности переменного тока.

Задачи для самостоятельного решения

1. Определить напряженность магнитного поля, создаваемого током 100 а, проходящим по длинному прямолинейному проводнику в точке, удаленной от проводника на 10 см.

2. Определить напряженность магнитного поля, создаваемого током 20 а, проходящим по кольцевому проводнику радиусом 5 см в точке, расположенной в центре витка.

3. Определить магнитный поток, проходящий в куске никеля, помещенного в однородное магнитное поле напряженностью 500 а/м. Площадь поперечного сечения куска никеля 25 ом 2 (относительная магнитная проницаемость никеля 300).

4. Прямолинейный проводник длиной 40 см помещен в равномерное магнитное поле под углом 30°С к направлению магнитного поля. По проводнику проходит § ток 50 А. Индукция поля равна 5000 ее. Определять силу, с которой проводник выталкивается из магнитного поля.

5. Определить силу, с которой два прямолинейных, параллельно расположенных в воздухе проводника отталкиваются один от другого. Длина проводников 2 м, расстояние между ними 20 см. Токи в проводниках по 10 А.

1. На каком опыте можно убедиться, что вокруг проводника с током образуется магнитное поле?

2. Каковы свойства магнитных линий?

3. Как определить направление магнитных линий?

4. Что называется соленоидом и каково его магнитное поле?

5. Как определить полюсы соленоида?

6. Что называется электромагнитом и как определить его полюсы?

7. Что такое гистерезис?

8. Каковы формы электромагнитов?

9. Как взаимодействуют между собой проводники, по которым течет электрический ток?

10.Что действует на проводник с током в магнитном поле?

11.Как определить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

12.На каком принципе основана работа электродвигателей?

Источник

Взаимодействие двух параллельных проводников с токами одинакового направления

Оборудование для демонстрационного эксперимента: ленты из фольги, штатив, ключ, цветные соединительные провода, источник постоянного тока на 12 В.

Оборудование для фронтального эксперимента: проволочные мотки, штатив, цветные соединительные провода и источник постоянного тока на 4 В.

Безусловно, компьютерные лабораторные работы рекомендуется проводить только после реальных физических экспериментов.

Читайте также:  Стабилизатор тока в щиток

I. Проведение демонстрационного эксперимента и проведение фронтального эксперимента.

Подготовить и провести демонстрационный эксперимент «Взаимодействие двух параллельных токов» с лентами из фольги, подробно разобранный в книге «Демонстрационный эксперимент по физике. Том 2» 1 [1, С.76-78]. При этом целесообразно показать взаимодействие токов на двух опытах, вначале на двух параллельных проводниках с током одинакового и противоположного направлений. Вокруг каждого проводника с током обнаруживается магнитное поле (рис. 1). Акцентировать внимание учащихся на то, что силовые линии магнитного поля вокруг проводника с током являются концентрическими окружностями и лежат в плоскости, перпендикулярной этому проводнику.

Затем перейти к фронтальному эксперименту взаимодействия катушек с током, который будут проводить сами учащиеся.

Объяснить учащимся, что первый эксперимент достаточно труден в исполнении и требует тщательной подготовки. Именно поэтому фронтально учащимся предлагается провести эксперимент по взаимодействию двух круговых токов, используя проволочные мотки, ключ, штатив, цветные соединительные провода и источник постоянного тока на 4 В.

Проведение фронтального эксперимента.

Отметить направление тока в каждом витке, используя цветные провода. Включив на непродолжительное время ток, пронаблюдать взаимодействие двух катушек с током.

Учащиеся должны зафиксировать притяжение и отталкивание двух катушек с током в зависимости от направления тока. Витки с током одинакового направления притягиваются, а противоположного – отталкиваются.

После первичного формирования представлений о взаимодействии двух проводников с токов, акцентируем внимание учащихся на вопросы:
1) Магнитное поле создается электрическим током каждого проводника. Силовые линии магнитного поля обозначены на рис. 2. красным цветом.
2) Магнитное поле обнаруживается по его действию на электрический ток. Соответствующие силы обозначены как 1 и 2 синим цветом.

Затем рекомендуется вначале ознакомиться с соответствующей интерактивной моделью (рис. 3).

Затем ответить на контрольные вопросы к лабораторной работе «Взаимодействие параллельных токов»:

1. Каковы направления тока в проводах и индукции магнитного поля от проводов, если параллельные провода притягиваются?
А) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в разные стороны.
Б) Токи протекают в разных направлениях, индукция магнитного поля от проводов направлена в одну сторону.
В) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в одну сторону.
Г) Токи протекают в разных направлениях, индукция магнитного поля от проводов направлена в разные стороны.
Д) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в ту же сторону.

2. Как взаимодействуют параллельные проводники с током, если токи протекают в разных направлениях, и как направлена индукция магнитного поля от каждого из проводов?
А) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в разные стороны.
Б) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в одну сторону.
В) Проводники отталкиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в одну сторону.
Г) Проводники отталкиваются, векторы индукции магнитного поля от каждого из проводов направлены в разные стороны.
Д) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от каждого из проводов параллельны направлению соответствующих токов.

3. По двум параллельным проводам в одном направлении протекает электрический ток 1 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами увеличить в 2 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Не изменится.

4. По двум параллельным проводам в разных направлениях протекает электрический ток 2 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами уменьшить в 2 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Не изменится.

5. По двум бесконечным параллельным проводникам протекают токи в разных направлениях. Определить направление индукции магнитного поля от каждого проводника.
А) Вектор индукции магнитного поля от каждого проводника направлен в ту же сторону, что и соответствующий ток.
Б) Вектор индукции магнитного поля от каждого проводника направлен в противоположную сторону к соответствующему току.
В) Векторы индукции магнитного поля от каждого проводника направлены в одну сторону по касательным к окружностям, центр которых находится на оси проводников.
Г) Индукция магнитного поля от каждого проводника направлена в разные стороны по касательным к окружностям, центр которых находится на оси проводников.
Д) Определить направление индукции магнитного поля от каждого проводника невозможно.

Читайте также:  Коэффициент передачи тока базы в схеме с оэ чему равен

6. По двум параллельным проводам в разных направлениях протекает электрический ток 1 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами уменьшить в 2 раза, а силу тока в одном из проводов увеличить в 4 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Увеличится в 8 раз.
Верные ответы: 1 – А, 2 – В, 3 – Б, 4 – А, 5 – В, 6 – Д. При решении учащимися соответствующих контрольных вопросов статистика верных и неверных ответов будет внесена в журнал достижений.

После этого провести компьютерные эксперименты по определенным заданиям и проверить свои решения. Компьютерные эксперименты к лабораторной работе, по которым можно провести соответствующий компьютерный эксперимент, специально составлены как задания с числами, соответствующими интерактивной лабораторной работе.

Эксперимент № 1. По двум бесконечным параллельным проводникам протекают токи 1 А и 2 А в разных направлениях. Расстояние между проводниками 0,8 м. Определить величину и направление индукции магнитного поля на расстоянии 0,8 м от каждого проводника. Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Индукция магнитного поля направлена в одну сторону. От первого тока , от второго тока .

Эксперимент № 2. Сила тока в проводниках, расположенных параллельно на расстоянии 1 м друг от друга, равна соответственно 1 А и 2 А. Токи протекают в одном направлении. Определить индукцию магнитного поля на расстоянии 1 м от каждого проводника. Во сколько раз по модулю индукция от второго проводника больше индукции от первого проводника? Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ. Индукция магнитного поля 12 = 2∙10 –7 Тл, 12 = –4∙10 -7 Тл.
Ответ. В 2 раза.

Эксперимент № 3. По двум длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии 0,5 м, течет ток соответственно 2 А и 1,5 А в разных направлениях. Определить, во сколько раз изменится сила взаимодействия, если расстояние увеличить в 2 раза. Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Уменьшится в 2 раза.

Эксперимент № 4. По двум длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии 0,5 м, протекают токи в одном направлении. Сила тока в проводниках 2 А. Во сколько раз изменится сила взаимодействия проводников, если расстояние увеличить в три раза? Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Уменьшится в 3 раза.

Все действия учащихся с заданиями к лабораторной работе также фиксируются в журнале достижений курса «Открытая Физика 2.6».

Умения учащихся творчески использовать полученные знания по теме «Взаимодействие параллельных токов» могут быть продемонстрированы на заданиях проблемного и творческого характера, которые предлагается составить самостоятельно. Примеры таких ожидаемых заданий:

  • В каком случае совпадают направления векторов магнитной индукции 1 и 2 при взаимодействии двух параллельных проводов с током?
  • Могут ли силы, действующие на два параллельных проводника с током быть разными по значению? А по направлению?
  • Как изменяется при взаимодействии двух параллельных током при увеличении расстояния между ними в 2 раза индукция магнитного поля и сила взаимодействия двух проводников?

В тетрадях для лабораторных работ у учащихся после выполнения компьютерной лабораторной работы «Взаимодействие параллельных токов» должны быть записи:

  • По проведению фронтального эксперимента.
  • Данные из журнала достижений по ответам на контрольные вопросы.
  • Данные из журнала достижений по проведению компьютерных экспериментов.

Отметка за выполнение компьютерной работы ставится по журналу достижений индивидуально каждому учащемуся.

Источник

Сила взаимодействия двух параллельных проводников с токами

date image2014-02-04
views image11504

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Если взять два параллельных проводника с токами, расположенных на расстоянии а друг от друга, то вокруг каждого из них будет возникать собственное магнитное поле, причем проводник с током I1 окажется в магнитном поле проводника с током I2 и наоборот. В результате на проводники будут действовать электромагнитные силы F1 и F2, направление которых определяется по правилу левой руки.

Þ провода с токами одинакового направления притягиваются друг к другу с силой F.

Намагничивание ферромагнитных материалов

У ферромагнетиков . Они используются во всех электрических машинах. Если ввести ферромагнитный сердечник в катушку с током, то магнитное поле этой катушки увеличивается в сотки и в тысячи раз.

В ферромагнетиках имеются произвольно намагниченные области, которые называют доменами, или области спонтанного намагничивания. Магнитные поля их направлены хаотически, а результирующее магнитное поле равно «0».

Если такой ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, например – в катушку с током, то домены будут разворачиваться в направлении внешнего магнитного поля, и результирующее поле резко возрастает. При этом говорят, что ферромагнетик намагнитился.

Процесс намагничивания ферромагнетика, помещенного в катушку с током, можно объяснить с помощью кривой намагничивания.

Под действием внешнего поля, создаваемого током в катушке, домены начнут ориентироваться в направлении внешнего поля.

Кривую можно разбить на три участка:

1. Участок ОА – здесь магнитная индукция растет пропорционально к увеличению напряженности магнитного поля;

2. Участок АВ (колено кривой) – здесь рост магнитной индукции замедляется, т.к. большинство доменов уже сориентированы в направлении внешнего поля; пропорциональность между В и Н нарушается;

3. Участок ВС – здесь все домены сориентированы в направлении внешнего поля, рост магнитной индукции прекращается. Наступает магнитное насыщения.

Перемагничивание ферромагнетиков

Если после достижения насыщения сердечника уменьшать ток в катушке (напряженность внешнего поля), то магнитная индукция также будет уменьшаться, т.к. часть доменов вернется в положение, которое они занимали до намагничивания. Однако другая часть останется сориентированной в направлении внешнего магнитного поля.

В точке А внешнее магнитное поле равно нулю, а магнитная индукция не равна нулю. Это значение магнитной индукции называется остаточной магнитной индукцией.

Чтобы размагнитить сердечник необходимо приложить внешнее поле обратного направления и довести его до значения, определяемого отрезком ОВ, который называют коэрцитивной силой. Если продолжать увеличивать внешнее поле, то вновь получим насыщение.

Выводы:

1. Изменение магнитной индукции отстает (запаздывает) во времени от изменения напряженности внешнего поля.

2. Это запаздывание называется магнитным гистерезисом, а кривая намагничивания, характеризующая этот процесс, называется петлей гистерезиса.

3. Перемагничивание ферромагнетиков связано с затратой энергии, которая превращается в тепло. Потери энергии, связанные с процессом перемагничивания, называются потерями гистерезиса.

Величина энергии, затраченной на 1 цикл перемагничивания, пропорциональна площади петли гистерезиса.

При перемагничивании происходит изменение размеров тел (10 -6 ). Это явление называется магнитострикцией.

Магнитожесткие и магнитомягкие материалы

Магнитомягкие – хорошо намагничиваются и хорошо размагничиваются. Площадь петли гистерезиса у них невелика. Коэрцитивная сила небольшая. Имеют большую магнитную проницаемость.

К ним относится электротехническая сталь, трансформаторная сталь, пермолон (железо с никелем). Они используются во всех электромагнитах.

Магнитожесткие – плохо намагничиваются и плохо размагничиваются. Характеризуются большой площадью петли гистерезиса, большой коэрцитивной силой и остаточной магнитной индукцией.

К ним относятся углеродистые, вольфрамовые, кобальтовые и другие сплавы.

Магнитные цепи

Магнитной цепью называют устройство, в котором замыкается магнитный поток. Бывают разветвленные и неразветвленные.

Неразветвленная цепь Разветвленная цепь

Кроме того, магнитные цепи бывают однородные и неоднородные. Однородные цепи изготавливают из одного материала, они имеют одинаковую площадь сечения.

Закон Ома и закон Кирхгофа для магнитных цепей

Закон Ома: магнитное напряжение на любом участке т.к. .

Если , то , где — магнитное сопротивление. .

Магнитный поток прямо пропорционален магнитному напряжению и обратно пропорционален магнитному сопротивлению.

Закон Кирхгофа

1 правило: алгебраическая сумма магнитных токов в точке разветвления равна 0.

2 правило: основано на законе полного тока .

Алгебраическая сумма МДС равна алгебраической сумме магнитных напряжений на отдельных участках цепи.

Закон Ома и закон Кирхгофа для расчета магнитных цепей не используют, т.к. магнитное сопротивление, в отличие от электрического, зависит от величины магнитного напряжения.

Для расчета магнитных цепей используют закон полного тока.

Источник