Физика Кинематика примеры решения задач

Закон Ампера. Сила Лоренца.

Сила Ампера.

Силовое действие магнитного поля на проводники с током определяется законом Ампера:

  (11.1)

здесь dF - сила, действующая на элемент dl тока силой I со стороны магнитного поля В в том месте, где располагается участок проводника dl. Направление этой силы определяется по правилу “левой руки”. Полная сила, действующая на проводник конечной длины вычисляется, как обычно, суммированием (интегрированием) “элементарных воздействий”.

Проводниковые материалы Металлические проводниковые материалы разделяются на материалы высокой проводимости и материалы высокого сопротивления. Материалы высокой проводимости используются для изготовления проводов, обмоток электрических машин и аппаратов, электроизмерительных приборов и т.д. Материалы высокого сопротивления применяются в электронагревательных устройствах, лампах накаливания, реостатах и т.п. Металлические проводниковые материалы характеризуются удельным сопротивлением, температурными коэффициентами удельного сопротивления и линейного расширения, пределом прочности при растяжении и относительным удлинением при разрыве.

Сила Лоренца.

Движущийся электрический заряд q также представляет собой “элемент тока”, поэтому магнитное поле действует на него с силой, получившей название силы Лоренца:

,  (11.2)

где V – скорость движения заряда. Эта сила направлена перпендикулярно вектору скорости заряда и потому работы над ним не совершает. Часто обобщенной силой Лоренца называют силу, действующую на заряженную частицу в одновременно существующих электрическом и магнитном полях:

. (11.3)

Например, такая сила действует между двумя параллельно летящими с большой скоростью электронами. Соотношение этих сил выясняется в задаче 11.17. Проиллюстрируем применение законов взаимодействия электромагнитного поля с токами и заряженными частицами на примерах.

Задача

В одной плоскости с длинным прямым проводом, по которому течет ток силой I1 = 6 А, расположена квадратная рамка так, что две ее стороны параллельны проводу, а расстояние от провода до ближайшей из этих сторон равно ее длине а = 0,5 м. По рамке течет ток силой I2 = 1 А. Какую работу нужно совершить, чтобы перенести рамку параллельно самой себе вправо на расстояние l = 40 см?

Решение

На каждую сторону квадратной рамки будет действовать сила Ампера со стороны магнитного поля порожденного током, текущем по прямолинейному проводнику. Нетрудно определить (по правилу «левой руки»), однако, что на стороны рамки, перпендикулярные проводнику эти силы равны и противоположно направлены. Сила притяжения, действующая на ближнюю к проводнику сторону рамки больше силы отталкивания, действующей на дальнюю сторону. Для нахождения этих сил достаточно записать величину индукции магнитного поля длинного прямолинейного проводника с током (10.7) и применить закон Ампера (11.1)

.

Напомним, что работа в неоднородном силовом поле . Поэтому искомая работа, с учетом направления сил, будет равна разности:

.

Окончательно .

 


Электростатика примеры решения задач