Waendeshaji wawili wa sambamba wanarudishwa na sasa. Kondakta mbili zinazofanana

Sheria za Biot-Savart-Laplace na Ampere hutumiwa kuamua nguvu ya mwingiliano wa waendeshaji wawili sambamba na sasa. Fikiria conductors mbili zisizo na kipimo na mikondo I1 na I2, umbali kati ya ambayo ni sawa na a. Katika Mtini. 1.10 conductors ziko perpendicular kwa kuchora. Mikondo ndani yao inaelekezwa kwa njia sawa (kutokana na kuchora juu yetu) na inaonyeshwa na dots. Kila kondakta huunda uwanja wa sumaku unaofanya kazi kwa kondakta mwingine. I1 ya sasa huunda uwanja wa sumaku karibu na yenyewe, mistari ya induction ya sumaku ambayo ni miduara inayozingatia. Mwelekeo imedhamiriwa na sheria ya skrubu ya mkono wa kulia, na moduli yake imedhamiriwa na sheria ya Biot-Savart-Laplace. Kulingana na mahesabu hapo juu, moduli ni sawa na
Kisha, kwa mujibu wa sheria ya Ampere, dF1=I2B1dl au
na vivyo hivyo
. N
mwelekeo wa nguvu , ambayo shamba vitendo kwenye sehemu ya dℓ ya kondakta wa pili na sasa I 2 (Mchoro 1.10), imedhamiriwa na utawala wa kushoto (angalia Sehemu ya 1.2). Kama inavyoonekana kutoka kwenye Mchoro 1.10 na mahesabu, nguvu
kufanana kwa ukubwa na kinyume katika mwelekeo. Kwa upande wetu, wao huelekezwa kwa kila mmoja na waendeshaji huvutia. Ikiwa mikondo inapita kwa mwelekeo tofauti, basi nguvu zinazotokea kati yao huwafukuza waendeshaji kutoka kwa kila mmoja. Kwa hivyo, mikondo inayofanana (mwelekeo mmoja) huvutia, na mikondo ya antiparallel (maelekezo ya kinyume) huwafukuza. Kuamua nguvu F inayofanya kazi kwa kondakta wa urefu wa ℓ, ni muhimu kuunganisha usawa unaotokana na ℓ kutoka 0 hadi ℓ:
Wakati wa mwingiliano wa magnetic, sheria ya hatua na mmenyuko imeridhika, i.e. Sheria ya tatu ya Newton:

.

1.5. Athari ya uga wa sumaku kwenye chembe inayosonga ya chaji.@

Kama ilivyoelezwa tayari, kipengele muhimu zaidi shamba la sumaku ni kwamba inafanya kazi tu kwa malipo ya umeme ya kusonga. Kama matokeo ya majaribio, ilibainika kuwa chembe yoyote iliyochajiwa inayosonga kwenye uwanja wa sumaku hupata uzoefu wa nguvu F, ambayo inalingana na ukubwa wa uwanja wa sumaku katika hatua hii. Mwelekeo wa nguvu hii daima ni perpendicular kwa kasi ya chembe na inategemea angle kati ya maelekezo
. Nguvu hii inaitwa Nguvu ya Lorentz. Moduli ya nguvu hii ni sawa na
ambapo q ni kiasi cha malipo; v - kasi ya harakati zake; - vector ya induction ya shamba la sumaku; α - pembe kati ya vekta Na . Katika fomu ya vekta, usemi wa nguvu ya Lorentz ni
.

Kwa kesi wakati kasi ya malipo ni perpendicular kwa vector ya induction magnetic, mwelekeo wa nguvu hii imedhamiriwa kwa kutumia utawala wa mkono wa kushoto: ikiwa kiganja cha mkono wa kushoto kimewekwa ili vector. aliingia kwenye kiganja, na kuelekeza vidole pamoja (kwa q>0), kisha kidole gumba kilichopigwa kwa pembe ya kulia kitaonyesha mwelekeo wa nguvu ya Lorentz kwa q>0 (Mchoro 1.11, a). Kwa q< 0 сила Лоренца имеет противоположное направление (рис.1.11,б).

Kwa kuwa nguvu hii daima ni perpendicular kwa kasi ya mwendo wa chembe, inabadilisha tu mwelekeo wa kasi, na sio ukubwa wake, na kwa hiyo nguvu ya Lorentz haifanyi kazi yoyote. Hiyo ni, uwanja wa sumaku haufanyi kazi kwenye chembe iliyoshtakiwa inayohamia ndani yake na yake nishati ya kinetic haibadiliki wakati wa harakati kama hiyo.

Mchepuko wa chembe unaosababishwa na nguvu ya Lorentz inategemea ishara ya q. Huu ndio msingi wa kuamua ishara ya malipo ya chembe zinazohamia kwenye mashamba ya magnetic. Uga wa sumaku haufanyi kazi kwenye chembe iliyochajiwa (
) katika visa viwili: ikiwa chembe haina mwendo (
) au ikiwa chembe inasogea kwenye mstari wa uga wa sumaku. Katika kesi hii, vector
sambamba na sinα=0. Ikiwa vector ya kasi perpendicular , basi nguvu ya Lorentz huunda kuongeza kasi ya katikati na chembe itasonga kwenye mduara. Ikiwa kasi inaelekezwa kwa pembe kwa , kisha chembe ya kushtakiwa huenda kwa ond, mhimili ambao ni sawa na shamba la magnetic.

Jambo hili ni msingi wa uendeshaji wa accelerators zote za kushtakiwa za chembe - vifaa ambavyo mihimili ya chembe za juu-nishati huundwa na kuharakisha chini ya ushawishi wa mashamba ya umeme na magnetic.

Kitendo cha uga wa sumaku wa Dunia karibu na uso wa Dunia hubadilisha trajectory ya chembe zinazotolewa na Jua na nyota. Hii inaelezea kile kinachoitwa athari ya latitudo, ambayo inajumuisha ukweli kwamba nguvu ya miale ya ulimwengu inayofikia Dunia karibu na ikweta ni chini ya latitudo za juu. Kitendo cha uwanja wa sumaku wa Dunia kinaelezea ukweli kwamba aurora inazingatiwa tu kwenye latitudo za juu zaidi, Kaskazini mwa Mbali. Ni katika mwelekeo huu kwamba uwanja wa sumaku wa Dunia hupotosha chembe za ulimwengu zilizochajiwa, ambazo husababisha mwangaza katika angahewa inayoitwa aurora.

Mbali na nguvu ya sumaku, nguvu ya umeme inayojulikana tayari inaweza kuchukua hatua kwa malipo.
, na nguvu inayotokana na sumakuumeme inayofanya kazi kwenye chaji ina fomu

E
formula hiyo inaitwa Fomula ya Lorentz. Kwa mfano, elektroni katika mirija ya mionzi ya cathode ya televisheni, rada, oscilloscope za kielektroniki, na hadubini za elektroni huwekwa wazi kwa nguvu hii.

Wacha tutumie sheria ya Ampere kuhesabu nguvu ya mwingiliano kati ya waendeshaji wawili wa moja kwa moja wenye mikondo I 1 na I 2 iko kwa mbali d kutoka kwa kila mmoja (Mchoro 6.26).

Mchele. 6.26. Mwingiliano wa nguvu wa mikondo ya rectilinear:
1 - mikondo ya sambamba; 2 - mikondo ya antiparallel

Kondakta wa sasa wa kubeba I 1 huunda uwanja wa sumaku wa pete, ukubwa wa ambayo katika eneo la kondakta wa pili ni sawa na

Shamba hili linaelekezwa "mbali na sisi" orthogonally kwa ndege ya kuchora. Kipengele cha kondakta wa pili kinakabiliwa na hatua ya nguvu ya Ampere kutoka upande wa uwanja huu

Kubadilisha (6.23) hadi (6.24), tunapata

Katika mikondo sambamba nguvu F 21 inaelekezwa kwa kondakta wa kwanza (kivutio), na antiparallel - in upande wa nyuma(kukataa).

Vile vile, kipengele cha kondakta 1 kinaathiriwa na shamba la magnetic linaloundwa na kondakta wa sasa I 2 katika hatua katika nafasi na kipengele kwa nguvu F 12 . Kufikiri kwa njia hiyo hiyo, tunapata hiyo F 12 = –F 21, yaani, katika kesi hii sheria ya tatu ya Newton imeridhika.

Kwa hivyo, nguvu ya mwingiliano wa kondakta mbili za moja kwa moja zisizo na kikomo zinazofanana, zilizohesabiwa kwa kila kipengele cha urefu wa kondakta, ni sawia na bidhaa ya nguvu za sasa. I 1 na I 2 inapita katika kondakta hizi, na inawiana kinyume na umbali kati yao. Katika hali ya kielektroniki, nyuzi mbili zilizochajiwa kwa muda mrefu huingiliana kulingana na sheria inayofanana.

Katika Mtini. Mchoro 6.27 unaonyesha jaribio linaloonyesha mvuto wa mikondo inayofanana na kurudisha nyuma zile zinazopinga sambamba. Kwa kusudi hili, vipande viwili vya alumini hutumiwa, kusimamishwa kwa wima karibu na kila mmoja katika hali ya mvutano kidogo. Wakati mikondo ya moja kwa moja ya karibu 10 A inapitishwa kupitia kwao, ribbons huvutia. na wakati mwelekeo wa moja ya mikondo inabadilika kinyume chake, wao hufukuza.

Mchele. 6.27. Lazimisha mwingiliano wa makondakta mrefu wa moja kwa moja na wa sasa

Kulingana na formula (6.25), kitengo cha sasa kinaanzishwa - ampere, ambayo ni mojawapo ya vitengo vya msingi katika SI.

Mfano. Pamoja na waya mbili nyembamba, zilizopigwa kwa namna ya pete zinazofanana na radius R= 10 cm, mikondo sawa inapita I= 10 A kila moja. Ndege za pete ni sawa, na vituo vinalala kwenye mstari wa orthogonal kwao. Umbali kati ya vituo ni d= mm 1. Pata nguvu za mwingiliano kati ya pete.

Suluhisho. Katika tatizo hili haipaswi kuchanganya kwamba tunajua tu sheria ya mwingiliano wa makondakta mrefu wa moja kwa moja. Kwa kuwa umbali kati ya pete ni chini sana kuliko radius yao, vipengele vya kuingiliana vya pete "havioni" curvature yao. Kwa hiyo, nguvu ya mwingiliano hutolewa kwa kujieleza (6.25), ambapo lazima tubadilishe mduara wa pete Kisha tunapata

Ikiwa waendeshaji wenye mikondo ya mwelekeo huo iko karibu na kila mmoja, basi mistari ya sumaku ya waendeshaji hawa, inayofunika waendeshaji wote wawili, kuwa na mali ya mvutano wa longitudinal na kuelekea mkataba, itawalazimisha waendeshaji kuvutia (Mchoro 90, a. )

Mistari ya sumaku waendeshaji wawili wenye mikondo ya mwelekeo tofauti katika nafasi kati ya waendeshaji huelekezwa kwa mwelekeo mmoja. Mistari ya sumaku iliyo na mwelekeo sawa itafukuza kila mmoja. Kwa hiyo, waendeshaji walio na mikondo ya mwelekeo kinyume huwafukuza kila mmoja (Mchoro 90, b).

Wacha tuchunguze mwingiliano wa waendeshaji wawili wanaofanana na mikondo iliyo umbali kutoka kwa kila mmoja. Hebu urefu wa waendeshaji uwe l.

Uingizaji wa sumaku iliyoundwa na sasa I 1 kwenye mstari wa eneo la kondakta wa pili ni sawa na

Kondakta wa pili atatekelezwa na nguvu ya sumakuumeme

Uingizaji wa magnetic unaoundwa na sasa I 2 kwenye mstari wa eneo la kondakta wa kwanza utakuwa sawa na

na kondakta wa kwanza hutekelezwa na nguvu ya sumakuumeme

sawa kwa ukubwa wa kulazimisha F2

Kanuni ya uendeshaji wa vyombo vya kupima electrodynamic inategemea mwingiliano wa electromechanical wa waendeshaji na sasa; kutumika katika mzunguko wa moja kwa moja na hasa mbadala wa sasa.

Matatizo ya kutatua kwa kujitegemea

1. Amua nguvu ya uwanja wa sumaku iliyoundwa na mkondo wa 100 A, kupita kando ya kondakta ndefu iliyonyooka kwenye hatua ya mbali kutoka kwa kondakta kwa 10 sentimita.

2. Amua nguvu ya uwanja wa sumaku iliyoundwa na 20 ya sasa A, kupita kando ya kondakta wa pete na radius ya 5 sentimita katika hatua iko katikati ya coil.

3. Fafanua flux ya magnetic, kupita kwenye kipande cha nikeli kilichowekwa kwenye uwanja wa nguvu wa sumaku 500 gari Sehemu ya sehemu ya msalaba ya kipande cha nikeli ni 25 ohm 2 (upenyezaji wa nikeli 300).

4. Kondakta moja kwa moja urefu 40 sentimita kuwekwa kwenye uwanja wa sumaku sare kwa pembe ya 30 ° C hadi mwelekeo wa uwanja wa sumaku. Hupita kando ya kondakta § ya sasa 50 A. Uingizaji wa shamba ni 5000 ee. Amua nguvu ambayo kondakta anasukumwa nje ya uwanja wa sumaku.

5. Tambua nguvu ambayo waendeshaji wawili wa moja kwa moja, sambamba walio kwenye hewa hufukuza kila mmoja. Urefu wa kondakta 2 m, umbali kati yao ni 20 sentimita. Mikondo katika makondakta 10 kila moja A.

Maswali ya kudhibiti

1. Unawezaje kuthibitisha kwamba uwanja wa sumaku umeundwa karibu na kondakta anayebeba sasa?

2. Je, ni mali gani ya mistari ya magnetic?

3. Jinsi ya kuamua mwelekeo wa mistari ya magnetic?

4. Solenoid inaitwa nini na shamba lake la sumaku ni nini?

5. Jinsi ya kuamua miti ya solenoid?

6. Ni nini kinachoitwa sumaku-umeme na jinsi ya kuamua miti yake?

7. Hysteresis ni nini?

8. Je, ni maumbo gani ya sumaku-umeme?

9. Je, makondakta ambamo mtiririko wa umeme wa sasa huingiliana?

10.Ni nini kinachofanya kazi kwa kondakta wa sasa katika uwanja wa magnetic?

11.Jinsi ya kuamua mwelekeo wa nguvu inayofanya kazi kwenye kondakta wa sasa katika uwanja wa magnetic?

12.Ni kanuni gani ya uendeshaji wa motors za umeme kulingana na?

13.Ni miili gani inayoitwa ferromagnetic?