§ 7.14. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

• Работа электрического тока

,

где I - сила тока в цепи; U - напряжение на участке цепи; R - сопротивление; t - время.

Единица работы: джоуль (Дж).

Если ток проходит по неподвижному проводнику, то вся работа тока идет на нагревание проводника и, по закону сохранения энергии,

.

• Закон Джоуля - Ленца

,

где Q - количество теплоты, выделяющееся на участке цепи за время t.

• Мощность тока

.

Единица мощности: ватт (Вт).

§ 7.15. Магнитное поле и его характеристики

Магнитное поле - силовое поле в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты.

Магнитное поле создается только движущимися зарядами и действует только на движущиеся, заряды.

При исследовании магнитного поля используется замкнутый плоский контур с током (рамка с током), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация контура в пространстве характеризуется направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, связанное с током правилом правого винта, т. е. за положительное направление нормали принимается направление поступательного движения винта, головка которого вращается, в направлении тока, текущего в рамке (рис. 7.15).

I

I

S

N

Рис. 7.14

Рис. 7.15

I

I

S

N

Рис. 7.14

Рис. 7.15

Магнитная индукция - векторная величина, модуль которой определяется отношением максимальной силы F_max, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к силе этого тока I и длине участка Δl проводника:.

Единица магнитной индукции: тесла (1 Тл = 1H/(А · м)).

Так как магнитное поле является силовым, то его, по аналогии с электрическим, изображают с помощью линий магнитной индукции - линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора . Их направление задается правилом правого винта: головка винта, ввинчиваемого по направлению тока, вращается в направлении линий магнитной индукции. Линии магнитной индукций всегда замкнуты и охватывают проводники с током (рис. 7.16).

I

S

N

Рис. 7.16

Рис. 7.17

I

S

N

Рис. 7.16

Рис. 7.17

§ 7.16. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных

токов. Магнитная постоянная

Закон Ампера: Сила, с которой магнитное поле с индукцией действует на элемент Δl проводника с током, находящегося в этом поле:

,

где α - угол между направлением элемента проводника с током и магнитной индукцией .

Магнитная индукция поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током I в данной точке,

,

где - магнитная постоянная; µ - магнитная проницаемость среды; R - расстояние от оси проводника до точки.

Магнитная проницаемость среды показывает, во сколько раз сила взаимодействия токов в среде больше их силы взаимодействия в вакууме.

Проводник

Рис. 7.18

F

I

Проводник

Рис. 7.18

F

I

Взаимодействие параллельных токов. Два параллельных проводника с токами I₁ и I₂ находятся на расстоянии R друг от друга (рис. 7.19). Направление силы , с которой магнитное поле (создается проводником с током I₁ действует на участок Δl второго тока, определяется по правилу левой руки (также определяется направление силы ). Эти силы оказываются равными

.

Проводники с токами одинакового направления притягиваются, с токами разного направления - отталкиваются. Рис. 7.19

R

I₁

I₂

Рис. 7.19

R

I₁

I₂

между этими проводниками F = 2 и 10^-7 Н. Используя формулу (1) для взаимодействующих токов

,

можем записать

,

откуда

- магнитная постоянная.