Підручник Фізика 9 клас з поглибленим вивченням - Т М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 1 МАГНІТНІ ЯВИЩА

§ 8. ДІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА ПРОВІДНИК ЗІ СТРУМОМ. СИЛА АМПЕРА

Ви дізнаєтесь

- Як взаємодіють між собою магнітні поля

Пригадайте

- Взаємодію двох провідників зі струмом

Дія магнітного поля на провідник зі струмом.

Ми з’ясували, що магнітне поле, створене провідником зі струмом, діє на магнітну стрілку (магніт). Виявляється, що магнітне поле постійного магніту, розташованого поблизу провідника зі струмом, діє на провідник. Дослідимо характер цієї взаємодії.

Закріпимо провідник на штативі. Розташуємо провідник між полюсами постійного підковоподібного магніту та замкнемо коло, що складається із джерела струму, провідників і вимикача (мал. 53).

Якщо замкнути коло, провідник почне рухатися (у випадку, зображеному на малюнку 53, б, — втягуватись до підковоподібного магніту). Якщо вимкнути струм, провідник повернеться в початкове положення (мал. 53, а).

Мал. 53. Дослідження дії магнітного поля на провідник зі струмом

Якщо поміняти напрямок магнітного поля (положення полюсів магніту) на протилежний (мал. 53, в), провідник у магнітному полі підковоподібного магніту буде рухатися у протилежний бік. Напрямок руху провідника зміниться на протилежний і у випадку зміни напрямку струму в провіднику.

Сила Ампера. Рух провідника пояснюється взаємодією двох полів: магнітного поля, що створюється струмом, і поля постійного магніту. Французький фізик Андре Марі Ампер був першим, хто дослідив таку взаємодію та взаємодію двох провідників зі струмом.

Силу, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, називають силою Ампера.

Сила Ампера, що діє на провідник у магнітному полі, тим більша, що більший струм проходить провідником й що сильнішим є магнітне поле, у якому він розміщений. Також сила Ампера залежить від довжини провідника зі струмом і його розташування в магнітному полі. До речі, ділянку магнітного поля між полюсами магніту можна вважати однорідним магнітним полем, силові лінії якого паралельні.

Напрямок дії магнітного поля на провідник зі струмом, тобто напрямок сили Ампера, зумовлений як напрямком струму в провіднику, так і напрямком вектора індукції магнітного поля, у якому він розміщений.

Нагадуємо, що для опису інтенсивності магнітного поля (або його силової дії), застосовують фізичну величину — індукцію магнітного поля В. Індукція магнітного поля — векторна величина, і у випадку однорідного магнітного поля напрямки вектора індукції магнітного поля та його силових ліній збігаються.

За одиницю магнітної індукції в СІ беруть магнітну індукцію такого поля, у якому на провідник довжиною 1 м, у якому протікає струм силою 1 А, з боку магнітного поля діє максимальна сила 1 Н. Цю одиницю називають тесла (Тл), 1 Тл = 1 Тл — дуже велика одиниця. Індукція магнітного поля Землі приблизно дорівнює 0,5 · 10-4 Тл. Великий лабораторний електромагніт може створити поле з індукцією не більш ніж 5 Тл.

Для визначення напрямку сили Ампера використовують правило лівої руки: якщо ліву руку розташувати таким чином, щоб лінії індукції магнітного поля входили в долоню (долонею до північного полюсу постійного магніту), а чотири пальці вказували напрямок струму в провіднику, то великий палець, відігнутий на 90°, укаже напрямок сили, яка діє на провідник зі струмом з боку магнітного поля (сили Ампера) (мал. 54).

Мал. 54. Визначення напрямку сили Ампера за правилом лівої руки

Формула для визначення модуля сили Ампера має вигляд:

FA = ВІ sin , тут — кут між напрямком струму I в провіднику та вектором індукції магнітного поля , — довжина ділянки провідника, що перебуває в однорідному магнітному полі.

Мал 55. Провідник зі струмом розташований перпендикулярно до ліній індукції магнітного поля. Сила Ампера в цьому разі є максимальною

На малюнку 55 показано випадки, коли провідник розташований перпендикулярно до ліній індукції магнітного поля. У цьому разі сила Ампера має максимальне значення FА max= ВІ (адже кут між напрямком струму I в провіднику та вектором індукції магнітного поля дорівнює 90°, а sin 90° = 1).

У кожній точці магнітного поля можна визначити напрямок вектора магнітної індукції та його модуль вимірюванням сили Ампера, що діє на ділянку провідника зі струмом.

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

1. Якою є одиниця магнітної індукції в СІ? Сформулюйте визначення цієї одиниці.

2. Поясніть, чому два прямолінійні провідники, по яким проходять струми в протилежних напрямках, — відштовхуються?

3. Чому виникає сила Ампера? Від чого залежить напрямок сили Ампера? За якою формулою визначають силу Ампера?

4. Якщо сила Ампера діє в магнітному полі на провідник зі струмом, тобто на провідник, у якому рухаються електрично заряджені частинки, то чи діє подібна сила на окрему електрично заряджену частинку, що рухається в магнітному полі?

Вчимося розв'язувати задачі

Задача. Визначте модуль сили Ампера, що діє на провідник зі струмом завдовжки 25 см у магнітному полі з індукцією 0,04 Тл, якщо кут між вектором магнітної індукції й напрямком струму становить 30°. Сила струму в провіднику дорівнює 0,25 А.

Розв’язання:

На провідник зі струмом у магнітному полі діє сила FА = ВІ sin .

Підставимо значення всіх величин, враховуючи, що sin 30° = 0,5 (див. на форзаці таблицю значень синусів і тангенсів для кутів 0-90°).

FА = 0,04 Тл · 0,25 А · 0,25 м · 0,5 = 1,25 · 10-3 Н.

Відповідь: FА = 1,25 · 10 3 Н.

Я можу застосовувати знання й розв'язувати задачі



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити