2. Изучение магнитного поля и силы взаимодействия двух параллельных проводников с токами

Сначала изучим магнитное поле, создаваемое линейными токами. Для измерения магнитного поля, создаваемого проводником с током, будем использовать настоящую компьютерную модель, которая представляет собой два бесконечно длинных проводника с антипараллельными токами (слева ток течет к нам, справа – от нас). Направление тока можно менять, изменив его знак с помощью линейки выбора.

При протекании в проводнике тока появляется система силовых линий магнитного поля этого тока, охватывающая проводник.

Пусть в левом проводнике течет ток I₁, а в правом - I₂ = 0, тогда В₁₂ показывает величину и направление магнитной индукции поля, создаваемого первым током, в месте расположения второго проводника. Это позволяет, изменяя расстояние между проводниками, определять магнитную индукцию поля первого тока в различных точках на линии, соединяющей проводники.

Если теперь I₁ = 0, а ток течет только во втором проводнике (I₂), то таким же путем можно определить магнитную индукцию В₂₁ поля, создаваемого вторым током, в месте расположения первого проводника.

Для определения магнитной индукции поля, создаваемого двумя бесконечными прямыми проводниками с токами, в любой точке будем использовать принцип суперпозиции, согласно которому магнитная индукция в некоторой точке есть сумма магнитной индукции поля первого проводника в отсутствие второго и магнитной индукции поля второго проводника в отсутствие первого, создаваемых в этой точке.

Контрольное задание 1

Теперь вам необходимо выполнить указанный преподавателем вариант задания из следующего списка. Полученные результаты необходимо занести в лабораторную тетрадь.

Вариант 1.

По двум длинным параллельным проводам текут в одинаковых направлениях токи, причем I₁ = 2I₂. Расстояние между ними равно r = 1,5 м. На прямой, соединяющей оси проводников, определить положение точки, в которой магнитная индукция равна нулю.

Вариант 2.

По двум длинным параллельным проводам текут в одинаковых направлениях токи, причем I₁ = I₂. Расстояние между ними равно r = 1,4 м. На прямой, соединяющей оси проводников, определить положение точки, в которой магнитная индукция равна нулю.

Вариант 3.

Найти силу I₁ бесконечного прямого тока, при котором индукция поля на расстоянии от провода r = 1 м равна B₁₂ = 0,4 мкТл .

Вариант 4.

Два прямолинейных длинных проводника расположены параллельно на расстоянии r = 1 м друг от друга. По проводникам текут токи I₁ = 1 А и I₂ = -1 А в противоположных направлениях. Найти величину и направление магнитной индукции в точке, находящейся на прямой, соединяющей оси проводников, на расстоянии 0,5 м от каждого проводника.

Вариант 5.

По двум длинным проводам, расположенным параллельно друг другу на расстоянии r = 1,5 м, идут в одном направлении направлении токи I₁ = 1 А и I₂ = 2 А. Определить индукцию поля в точке, находящейся на прямой, соединяющей оси проводников и отстоящей на r₁ = 0,5 м от первого из проводов и на r₂ = 1 м от второго.

Вариант 6.

По двум длинным прямым проводникам, находящимся на расстоянии r = 1,2 м друг от друга, протекают токи силой I₁ = I₂ = 1 А в одном направлении. Определить индукцию магнитного поля в точке, находящейся на прямой, соединяющей оси проводников, на расстоянии r₁ = r₂ = 0,6 м от каждого проводника.

Вариант 7.

Найти индукцию магнитного поля в точке, отстоящей на r₁ = 1,5 м от бесконечно длинного прямого провода с током силой I₁ = 2 А.

Вариант 8.

По двум длинным параллельным проводам, расстояние между которыми r = 1 м, текут в противоположных направлениях токи силой I₁ = 2 А и I₂ = - 2 А каждый. Определить индукцию магнитного поля в точке, находящейся на прямой, соединяющей оси проводников, и расстояние которой от обоих проводов одинаково и равно r₁ = r₂ = 0,5 м.

Вариант 9.

По двум длинным параллельным проводам текут в одинаковых направлениях токи, причем I₂= 2I₁. Расстояние между ними равно r = 1,5 м. На прямой, соединяющей оси проводников, определить положение точки, в которой магнитная индукция равна нулю.

Вариант 10.

Найти силу I₁ бесконечного прямого тока, при котором индукция поля на расстоянии от провода r = 0,5 м равна B₁₂ = 0,16 мкТл .

Теперь изучим силу взаимодействия параллельных проводников с током. Напомним, что модель показывает силу F, действующую на единицу длины каждого из проводников. Следовательно, если каждый из проводников имеет длину l (в метрах), то результирующая сила получается перемножением силы, действующей на единицу длины, на длину l .