16.2. Сила Ампера

Сила, действующая на элемент тока в магнитном поле , называется силой Ампера (рис. 16.3) и определяется по формуле

Рис. 16.3.

Опыт 16.1. Сила Ампера

Цель работы:

Изучить силу Ампера

Оборудование:

1. Дюралевая проводящая трубка

2. Торец катушки

3. Параллельные направляющие

4. Два ключа

5. Соединительные провода

Рис. 16.4.

Ход работы.

1. Под параллельным направляющим, расположенном на торце катушки, может свободно кататься дюралевая проводящая трубка. Через катушку пропускают электрический ток, который подается путем замыкания ключа справа. Направление тока в контуре, содержащем проводящую трубку, коммутируется левым ключом.

2. При переводе коммутирующего ключа из одного положения в другое, трубка перекатывается из стороны в сторону.

Вывод:

Направление силы Ампера зависит от направления тока в рамке. 

Направление силы Ампера мы узнаем по правилу левой руки.

1. Направление линий магнитной индукции входит в левую ладонь.

1. Пальцы вытянуты по направлению тока.

1. Отогнутый большой палец указывает направление силы Ампера.

Рис. 16.5.

Применим правило левой руки для объяснения опыта Ампера (взаимодействие двух параллельных проводников с током):

Рис. 16.6.

На рисунке показано направление силы Ампера в случаях, когда токи I₁ и I₂ параллельны и антипараллельны.

В системе СИ основной единицей силы тока является ампер ([I]=A). Под силой тока в один ампер понимают силу такого неизменяющегося тока, который, протекая по двум бесконечно длинным и тонким проводникам, расположенным в вакууме на расстояние 1м друг от друга, вызывает силу взаимодействия 210^-7 Н на каждый метр длины проводника.

16.3. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

Введя понятие потока магнитной индукции, можно рассчитать работу по перемещению проводника с током в магнитном поле (рис 16.6). Пусть проводник CD под действием силы Ампера может перемещаться из начального положения в конечное положение C₁D₁. Тогда работа по его перемещению будет равна:

где S=lx – т.н. “покрытая” площадь,

=ВS – изменение магнитного потока.

Рис. 16.7.

16.4. Сила Лоренца

Рассчитаем силу, которая действует на один отдельно взятый движущийся заряд q (рис. 16.7)

Рис. 16.8.

Осуществим подстановки:

, (16.11)

где .

Сила Лоренца, действующая на один отдельно взятый движущийся заряд:

(16.12)

или, в векторной форме:

(16.13)

Если движется положительный заряд (q>0), то .

Если движется отрицательный заряд (q<0), то .

Рассмотрим частные случаи движения заряженной частицы в магнитном поле.

1. Движение прямолинейное и равномерное, т.е.

Рис. 16.9.

Уравнение движения x=vt.

2.

, где .

Отсюда .(16.15)

Траектория движения – окружность.

Рис. 16.10.

Период вращения по определению:

Подставив (16.15) в (16.16), получим :

3. Частица влетает под произвольным углом .

Выбираем систему координат и разложим вектор скорости на две составляющие.

Применим принцип независимости движений Галилея:

OY: равномерное движение по окружности в плоскости, перпендикулярной силовым линиям.

,

,

. (16.18)

Период обращения:

. (16.19)

Траектория – винтовая линия.

Параметры: радиус винта и шаг.

Шаг винта – расстояние, которое проходит заряд вдоль оси винта за время Т.

Рис. 16.11.

Измерив экспериментально параметры траектории, можно определить величину удельного заряда частицы .

Опыт 16.2. Сила Лоренца.

Цель работы:

Изучить силу Лоренца

Оборудование:

1. Осциллографическая трубка

2. Эбонитовая палочка, мех

3. Постоянный магнит

Рис. 16.12.

Ход работы.

1. Пучок заряженных частиц электронов в осциллографической трубке изменяет направление движения при поднесении как отрицательно заряженной эбонитовой палки, так и постоянного магнита. Обратите внимание, что изменение полярности конца подносимого магнита приводит к изменению направления смещения электронного пучка на противоположное.

Вывод:

Сила Лоренца зависит от индукции магнитного поля.