1Магнитное поле.Закон Био-Савара-Лапласа.

В 1820 году датский физик Эрстед экспериментально обнаружил, что если установить проводник вдоль свободно подвешенной магнитной стрелки, а затем пропустить по проводнику электрический ток, то стрелка начинает поворачиваться. Для объяснения этого явления было введено понятие магнитного поля. Из опыта Эрстеда следует, что магнитное поле имеет направленный характер, поскольку угол поворота стрелки зависит от величины протекающего по проводнику тока. Таким образом, магнитное поле – материальная среда, создающаяся движущимися электрическими зарядами, посредством которой осуществляется взаимодействие между собой проводников с током, (а также постоянных магнитов). Действие магнитного поля проявляется и в изменении траектории движущихся электрических зарядов. Магнитное поле, в отличие от электрического, не оказывает действия на покоящийся заряд.Силовой характеристикой магнитного поля служит физическая величина, называемая вектором магнитной индукции . В системе «СИ» единицей измерения является тесла (Тл). Опыт даёт, что для магнитного, как и для электрического, выполняется принцип суперпозиции полей, т.е. сложение полей Вi, создаваемых несколькими движущимися зарядами по правилу сложения векторов Подведем итоги:Итак, движущиеся заряды (следовательно, и токи) изменяют свойства окружающей среды – создают магнитное поле. Наличие магнитного поля можно определить по его действию на движущиеся в нём заряды (или токи). Логично начать изучение магнитного поля с магнитного поля движущегося заряда.

Закон Био-Савара-Лапласа Закон Б-С-Л позволяет определить вектор индукции магнитного поля, создаваемого токами разной формы. Опыт показывает, что вектор пропорционален силе тока, длине проводника, зависит от формы тока и расстояния до рассматриваемой точки. зависимость от расстояния исследовали для прямого и кругового токов - Био и Савар. Они пришли к выводу, что в данной точке обратно пропорциональна её расстоянию до тока. Зависимость от формы тока можно учесть, если, по предложению математика Лапласа, ввести понятие элемента тока . Элементом тока называется вектор, равный по модулю произведению силы тока на элемент длины проводника и направленный вдоль тока. Рассмотрим ток произвольной формы (см. рисунок). Одна (+) заряженная частица создаёт в точке А магнитное поле с направленным к нам от плоскости чертежа (если точка А лежит в плоскости чертежа). , где - скорость теплового хаотического движения, - дрейфовая скорость упорядоченного движения электрических зарядов под действием электрического поля. Заряд элемента проводника длины dl , имеющего поперечное сечение S и плотность носителей в единице объема n равен nSdl. Поскольку среднее значение скорости теплового движения электронов < >=0, то магнитное поле в точке А, создаваемое элементом длины dl ( если взять q=e ), так назывемый, элемент вектора магнитной индукции: .

т.к. ne< >= , то , сделаем замену, т.к. поскольку направления и совпадают, то а т.к. Sj=I, то окончательно, закон Био-Савара-Лапласа:

В скалярном виде индукция магнитного поля, создаваемая элементом тока (закон Б-С-Лапласа) принимает вид: где, r – радиус-вектор, проведенный из элемента тока Idl в точку А. Направление вектора dB перпендикулярно dl и r и по направлению совпадает с касательной к линии магнитной индукции и может быть найдено по правилу правого винта для тока, протекающего через элемент длины dl.

3Сила Ампера.Взаимодействие проводников с током.Определение единицы силы тока-а.

На каждый носитель тока в проводнике, находящемся в магнитном поле действует сила – сила, действующая на заряд , движущийся со скоростью . , если учесть, что среднее значение , то – средняя сила, действующая на один электрон в проводнике. Но электроны находятся в проводнике. Пусть их концентрация, т.е., число электронов в единице объема (1м³) – n. На элемент тока, заряд которого определяется общим количеством электронов в нем действует сила . По определению плотности тока имеем:

и имеют одно направление. Делаем замену:

– сила, действующая на элемент тока в магнитном поле.

– закон Ампера.

Направление силы Ампера определяется правилом левой руки. Вытянутые пальцы – направление тока; силовые магнитного поля входят в ладонь; отогнутый большой палец указывает направление силы F, действующей на проводник с током силы со стороны магнитного поля. Эта сила и является силой Ампера.

– для модуля силы Ампера

Это выражение было впервые экспериментально установлено Ампером, поэтому и носит его имя.

Применим закон Ампера для вычисления силы взаимодействия двух бесконечно длинных прямых проводников. Для прямого тока .

Если взять единице длины и , то .

Это позволяет ввести единицу измерения – Тл – это когда на 1 м длины проводников при силе тока действует сила, равная .

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 токо^ основан принцип действия электродинамических измерительных прИб&ров; используемых в цепях постоянного и в особенности переменного тока.

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.

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.

Рассмотрим взаимодействие двух параллельных проводников с токами, расположенными на расстоянии 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.

Сила тока ( I )- скалярная величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t , в течение которого шел ток.

Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Единица измерения силы тока в системе СИ:

[I] = 1 A (ампер)