Единица измерения магнитной индукции - тесла.
|
По только что рассмотренной формуле можно сказать, что 1 тесла равен 1 ньютону, делённому на 1 ампер*метр. Или: магнитная индукция поля равна одному тесле, если в этом поле на проводник длиной в 1 метр с током в 1 ампер действует сила в 1 ньютон. |
Замечание: всё выше рассмотренное имело место для случая, когда линии магнитной индукции были перпендикулярны проводнику с током. В этом случае, как показал опыт, сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник, максимальна. Далее рассмотрим случай, когда угол между проводником с током и вектором магнитной индукции поля менее 90 градусов. |
|
Сила Ампера
МОДУЛЬ
СИЛЫ АМПЕРА. Пусть вектор магнитной
индукции B составляет
угол a
с направлением отрезка проводника с
током (элементом тока). (За направление
элемента тока принимают направление,
в котором по проводнику течёт ток, то
есть, от плюса источника тока к минусу
источника тока, если наблюдать движение
тока во внешней по отношению к источнику
тока цепи). Опыт показывает, что магнитное
поле, вектор индукции которого направлен
вдоль проводника с током, не оказывает
никакого действия на ток. Поэтому модуль
силы зависит лишь от модуля составляющей
вектора В, перпендикулярной проводнику,
т.е. от Вsin a,
и не зависит от составляющей В, направленной
вдоль проводника.
Макимальная сила Ампера равна: F=IBL. Ей соответствует a = 90 градусов. При произвольном значении углаa сила пропорциональна не В, а её перпендикулярной составляющей, то есть Вsin a. Поэтому выражение для модуля силы Ампера, действующей на малый отрезок проводника L, по которому течёт ток I, со стороны магнитного поля с индукцией В, составляющей с элементом тока угол , имеет вид: F = IBLsin a
F = IBLsin a - Это выражение называют законом Ампера.
Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника.
Правило левой руки
В рассмотренном выше опыте вектор F перпендикулярен элементу тока и вектору В. Его направление определяется "правилом левой руки": если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника с током, то есть силы Ампера.
На рисунке справа вы можете видеть правило левой руки в действии. Коричневым цветом показаны линии магнитной индукции, красной стрелкой показан вектор возникающей силы Ампера, действующей на проводник с током.
ВОПРОС: Какая физическая величина отражена зелёным цветом?
Применения силы Ампера. Электроизмерительные приборы
Поскольку было установлено, что рамка с током, помещённая в постоянное магнитное поле, поворачивается до момента, когда нормаль к её плоскости установится вдоль линий магнитного поля, это свойство удобно использовать в устройстве электроизмерительных приборов (амперметров и вольтметров) так называемой магнитоэлектрической системы. Название "магнитоэлектрическая система" говорит о том, что магнит (постоянный, природный) окружает рамку с электрическим током, который следует оценить и на шкале показать величину измеряемого тока. |
|
Конструкция
электроизмерительного
прибора.
|
Берут лёгкую алюминиевую рамку 2 прямоугольной формы, наматывают на неё катушку из тонкого провода. Рамку крепят на двух полуосях О и О', к которым прикреплена также стрелка прибора 4. Ось удерживается двумя тонкими спиральными пружинами 3. Силы упругости пружин, возвращающие рамку к положению равновесия в отсутствие тока, подобраны такими, чтобы были пропорциональными углу отклонения стрелки от положения равновесия. Катушку помещают между полюсами постоянного магнита М с наконечниками формы полого цилиндра. Внутри катушки располагают цилиндр 1 из мягкого железа. Такая конструкция обеспечивает радиальное направление линий магнитной индукции в области нахождения витков катушки (см рисунок). В результате при любом положении катушки силы, действующие на неё со стороны магнитного поля, максимальны и при неизменной силе тока постоянны. Векторы F и -F изображают силы, действующие на катушку состороны магнитного поля и поворачивающие её. Катушка с током будет поворачиваться до тех пор, пока силы упругости пружины не уравновесят силы Ампера, действующие на все витки катушки со стороны магнитного поля постоянного магнита. |
Схема, показывающая механизм
действия силы Ампера в приборе:
|
Увеличивая силу тока в рамке в 2 раза можно заметить, что рамка повернётся на угол, вдвое больший. Силы, действующие на рамку с током прямо пропорциональны силе тока, то есть можно, проградуировав прибор, измерять силу тока в рамке. Точно так же можно прибор настроить на измерение напряжения в цепи, если проградуировать шкалу в вольтах, причём сопротивление рамки с током должно быть выбрано очень большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряем напряжение, так как вольтметр подсоединяют параллельно к потребителю тока и вольтметр не должен отводить большой ток, чтобы не нарушить условия прохождения тока по потребителю тока и не исказить показания напряжения на изучаемом участке электрической цепи.
|
