Hai dây dẫn song song bị đẩy lùi bởi dòng điện. Hai dây dẫn song song

Định luật Biot - Savart - Laplace và Ampère được dùng để xác định lực tương tác của hai dây dẫn song song có dòng điện. Xét hai dây dẫn thẳng vô hạn có dòng điện I1 và I2, khoảng cách giữa chúng bằng a. Trên hình. 1.10 dây dẫn được đặt vuông góc với hình vẽ. Các dòng điện trong chúng được định hướng theo cùng một cách (do chúng ta vẽ) và được biểu thị bằng các dấu chấm. Mỗi dây dẫn tạo ra một từ trường tác dụng lên dây dẫn kia. Dòng điện I1 tạo ra xung quanh nó một từ trường có các đường cảm ứng từ là các đường tròn đồng tâm. Phương hướng được xác định theo quy tắc vít phải, và môđun của nó theo định luật Biot-Savart-Laplace. Theo các tính toán ở trên, mô-đun bằng
Khi đó, theo định luật Ampère, dF1=I2B1dl hay
Và tương tự
. h
hướng điện , với trường đó tác dụng lên tiết diện dℓ của dây dẫn thứ hai có dòng điện I 2 (hình 1.10), được xác định theo quy tắc bàn tay trái (xem mục 1.2). Như có thể thấy từ hình 1.10 và tính toán, các lực
giống hệt nhau về mô đun và ngược chiều nhau. Trong trường hợp của chúng ta, chúng hướng vào nhau và các dây dẫn bị hút. Nếu các dòng điện chạy ngược chiều nhau thì các lực phát sinh giữa chúng sẽ đẩy các dây dẫn ra xa nhau. Vì vậy, các dòng điện song song (cùng hướng) thu hút và chống song song (ngược hướng) đẩy lùi. Để xác định lực F tác dụng lên một dây dẫn có chiều dài hữu hạn ℓ, cần tích phân đẳng thức thu được trên ℓ từ 0 đến ℓ:
Với tương tác từ tính, quy luật tác dụng và phản ứng được đáp ứng, tức là Định luật III Newton:

.

1.5. Tác dụng của từ trường lên hạt mang điện chuyển động [email được bảo vệ]

Như đã lưu ý, tính năng quan trọng nhất từ trường là nó chỉ tác dụng lên các điện tích chuyển động. Kết quả của các thí nghiệm, người ta thấy rằng bất kỳ hạt tích điện nào chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của lực F, lực này tỷ lệ với độ lớn của từ trường tại điểm này. Phương của lực này luôn vuông góc với vận tốc của hạt và phụ thuộc vào góc hợp bởi phương
. Lực lượng này được gọi là lực Lorentz. Mô đun của lực này bằng
trong đó q là giá trị điện tích; v là tốc độ chuyển động của nó; là vectơ cảm ứng từ trường; α là góc giữa các vectơ Và . Ở dạng vectơ, biểu thức của lực Lorentz là
.

Đối với trường hợp vận tốc của điện tích vuông góc với vectơ cảm ứng từ thì chiều của lực này được xác định bằng quy tắc bàn tay trái: nếu lòng bàn tay trái đặt sao cho vectơ vào lòng bàn tay và chỉ các ngón tay dọc theo (với q>0), khi đó ngón tay cái gập một góc vuông sẽ chỉ hướng của lực Lorentz với q>0 (Hình 1.11, a). Đối với q< 0 сила Лоренца имеет противоположное направление (рис.1.11,б).

Vì lực này luôn vuông góc với tốc độ của hạt nên nó chỉ thay đổi hướng của tốc độ chứ không thay đổi môđun của nó, và do đó lực Lorentz không sinh công. Nghĩa là từ trường không tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong nó và động năng không đổi trong quá trình chuyển động này.

Độ lệch của hạt do lực Lorentz gây ra phụ thuộc vào dấu của q. Đây là cơ sở để xác định dấu của điện tích của các hạt chuyển động trong từ trường. Từ trường không tác dụng lên hạt mang điện (
) trong hai trường hợp: nếu hạt đứng yên (
) hoặc nếu hạt chuyển động dọc theo đường sức từ. Trong trường hợp này các vectơ
song song và sinα=0. Nếu véc tơ vận tốc vuông góc , thì lực Lorentz tạo ra gia tốc hướng tâm và hạt sẽ chuyển động theo đường tròn. Nếu vận tốc hướng một góc tới , thì hạt mang điện chuyển động theo đường xoắn ốc có trục song song với từ trường.

Hiện tượng này là cơ sở cho hoạt động của tất cả các máy gia tốc hạt tích điện - thiết bị trong đó các chùm hạt năng lượng cao được tạo ra và gia tốc dưới tác dụng của điện trường và từ trường.

Hoạt động của từ trường Trái đất gần bề mặt trái đất làm thay đổi quỹ đạo của các hạt do Mặt trời và các ngôi sao phát ra. Điều này giải thích cái gọi là hiệu ứng vĩ độ, bao gồm thực tế là cường độ của các tia vũ trụ chiếu tới Trái đất ở gần xích đạo ít hơn ở các vĩ độ cao hơn. Hoạt động của từ trường Trái đất giải thích thực tế là cực quang chỉ được quan sát thấy ở vĩ độ cao nhất, ở Viễn Bắc. Theo hướng đó, từ trường của Trái đất làm chệch hướng các hạt vũ trụ tích điện, gây ra hiện tượng phát sáng trong khí quyển gọi là cực quang.

Ngoài lực từ, lực điện đã quen thuộc với chúng ta cũng có thể tác dụng lên điện tích.
, và lực điện từ tác dụng lên điện tích có dạng

e
công thức đó được gọi là công thức Lorentz. Ví dụ, các electron trong ống tia âm cực của máy thu hình, ra-đa, máy hiện sóng điện tử và kính hiển vi điện tử tiếp xúc với tác động của một lực như vậy.

Hãy áp dụng định luật Ampère để tính lực tương tác giữa hai dây dẫn thẳng dài với dòng điện TÔI 1 và TÔI 2 ở khoảng cách xa đ nhau (Hình 6.26).

Cơm. 6.26. Tương tác lực của dòng điện thẳng:
1 - dòng điện song song; 2 - dòng điện đối song song

Dây dẫn có dòng điện TÔI 1 tạo ra một từ trường hình khuyên, giá trị của nó tại vị trí của dây dẫn thứ hai là

Trường này được định hướng trực giao "ra khỏi chúng ta" với mặt phẳng của hình. Phần tử của dây dẫn thứ hai chịu tác dụng của lực Ampère từ phía của trường này

Thay (6.23) vào (6.24), ta được

Tại dòng điện song song lực lượng F 21 được hướng đến dây dẫn đầu tiên (lực hút), với phản song song - trong mặt trái(mối thù ghét).

Tương tự, phần tử của dây dẫn 1 chịu tác dụng của từ trường tạo bởi dây dẫn có dòng điện TÔI 2 tại một điểm trong không gian với một phần tử có sức mạnh F 12 . Lập luận tương tự, ta thấy rằng F 12 = –F 21 , nghĩa là trong trường hợp này định luật III Newton được thỏa mãn.

Vì vậy, lực tương tác của hai dây dẫn thẳng hàng song song dài vô hạn, được tính trên mỗi phần tử chiều dài của dây dẫn, tỷ lệ thuận với tích của các lực hiện tại TÔI 1 và TÔI 2 chạy trong các dây dẫn này và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa chúng. Trong tĩnh điện, hai dây tóc dài tích điện tương tác theo một định luật tương tự.

Trên hình. 6.27 trình bày một thí nghiệm chứng minh lực hút của các dòng điện song song và lực đẩy của các dòng điện phản song song. Đối với điều này, hai dải nhôm được sử dụng, treo thẳng đứng cạnh nhau ở trạng thái kéo dài lỏng lẻo. Khi cho dòng điện một chiều song song khoảng 10 A chạy qua chúng, các cuộn băng bị hút. và khi hướng của một trong các dòng điện thay đổi ngược lại, chúng sẽ đẩy nhau.

Cơm. 6.27. Tương tác lực của dây dẫn thẳng dài với dòng điện

Dựa trên công thức (6.25), đơn vị cường độ hiện tại được đặt - ampe, là một trong những đơn vị cơ bản trong SI.

Ví dụ. Trên hai sợi dây mảnh uốn thành những vòng giống hệt nhau có bán kính r\u003d 10 cm, các dòng điện giống nhau TÔI= 10 A mỗi cái. Các mặt phẳng của các vòng song song với nhau và các tâm nằm trên một đường thẳng vuông góc với chúng. Khoảng cách giữa các tâm là đ= 1mm. Tìm lực tương tác của các vòng.

Giải pháp. Trong bài toán này, không nên xấu hổ khi ta chỉ biết định luật tương tác của dây dẫn thẳng dài. Do khoảng cách giữa các vòng nhỏ hơn nhiều so với bán kính của chúng nên các phần tử tương tác của các vòng "không nhận thấy" độ cong của chúng. Do đó, lực tương tác được cho bởi biểu thức (6.25), trong đó thay vì thế, cần phải thay chu vi của các vòng.

Nếu các dây dẫn có dòng điện cùng chiều được đặt gần nhau, thì các đường sức từ của các dây dẫn này, bao phủ cả hai dây dẫn, có đặc tính lực căng dọc và có xu hướng ngắn lại, sẽ buộc các dây dẫn hút nhau (Hình 90, a ).

đường sức từ hai dây dẫn có dòng điện ngược chiều đặt trong không gian giữa hai dây dẫn thì cùng chiều. Các đường sức từ cùng phương sẽ đẩy nhau. Do đó, các dây dẫn có dòng điện ngược chiều sẽ đẩy nhau (Hình 90, b).

Xét tương tác của hai dây dẫn song song có dòng điện đặt cách nhau một khoảng a. Gọi chiều dài của dây dẫn là tôi.

Cảm ứng từ do dòng điện I 1 tạo ra trên đường định vị của dây dẫn thứ hai có độ lớn bằng

Lực điện từ tác dụng lên dây dẫn thứ hai

Cảm ứng từ do dòng điện I 2 tạo ra trên dây định vị của vật dẫn thứ nhất sẽ bằng

và một lực điện từ tác dụng lên dây dẫn thứ nhất

có độ lớn bằng lực F2

Nguyên lý hoạt động của dụng cụ đo điện động dựa trên tương tác điện cơ của vật dẫn với dòng điện; được sử dụng trong các mạch điện một chiều và đặc biệt là xoay chiều.

Nhiệm vụ cho giải pháp độc lập

1. Xác định cường độ từ trường do dòng điện 100 tạo ra MỘT, chạy dọc theo một dây dẫn thẳng dài tại một điểm 10 cm.

2. Xác định cường độ từ trường do dòng điện 20 tạo ra MỘT,đi qua vòng dây dẫn có bán kính 5 cm tại một điểm ở trung tâm của vòng lặp.

3. Xác định từ thôngđi qua một miếng niken đặt trong từ trường đều 500 là. Diện tích mặt cắt ngang của một miếng niken là 25 ôm 2 (độ từ thẩm tương đối của niken là 300).

4. dây dẫn thẳng chiều dài 40 cm đặt trong từ trường đều và hợp với phương của từ trường đều một góc 30°C. Đi dọc theo dây dẫn § hiện tại 50 MỘT. Cảm ứng trường là 5000 ee. Xác định lực đẩy dây dẫn ra khỏi từ trường.

5. Xác định lực mà hai dây dẫn thẳng đặt song song trong không khí đẩy nhau. Chiều dài dây dẫn 2 tôi, khoảng cách giữa chúng 20 cm. Dòng điện trong dây dẫn 10 MỘT.

câu hỏi kiểm soát

1. Có thể sử dụng kinh nghiệm nào để chắc chắn rằng có từ trường hình thành xung quanh một dây dẫn có dòng điện?

2. Đường sức từ có những tính chất gì?

3. Cách xác định chiều đường sức từ?

4. Cái gì được gọi là solenoid và từ trường của nó là gì?

5. Làm thế nào để xác định các cực của điện từ?

6. Thế nào gọi là nam châm điện và cách xác định các cực của nó?

7. Độ trễ là gì?

8. Nam châm điện có mấy dạng?

9. Các chất dẫn điện tương tác với nhau như thế nào để dòng điện chạy qua?

10. Vật gì tác dụng lên dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường?

11. Làm thế nào để xác định chiều của lực tác dụng lên dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường?

12. Hoạt động của động cơ điện dựa trên nguyên tắc nào?

13. Những vật thể nào được gọi là sắt từ?