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

Các định luật Biot - Savart - Laplace và Ampère được sử dụng để xác định lực tương tác của hai vật dẫn song song với dòng điện. Xét hai dây dẫn thuần trở vô hạn có dòng điện I1 và I2, khoảng cách giữa hai dây dẫn này bằng a. Trên hình. 1.10 dây dẫn nằm vuông góc với hình vẽ. Các dòng điện trong chúng được hướng theo cùng một cách (vì hình vẽ trên chúng tôi) và được biểu thị bằng các dấu chấm. Mỗi vật dẫn sẽ tạo ra một từ trường tác dụng lên vật dẫn kia. Dòng điện I1 tạo ra một từ trường xung quanh chính nó, các đường cảm ứng từ là những đường tròn đồng tâm. Chiều hướng được xác định bởi quy tắc của vít phải và mô-đun của nó theo định luật Biot-Savart-Laplace. Theo các tính toán trên, môđun bằng
Khi đó, theo định luật Ampère, dF1 = I2B1dl hoặc
Và tương tự
. H
hướng quyền lực , với lĩnh vực nào tác dụng lên tiết diện dℓ của dây dẫn thứ hai với dòng điện I 2 (Hình 1.10), được xác định bằng quy tắc bàn tay trái (xem Mục 1.2). Như có thể thấy từ Hình 1.10 và các tính toán, các lực
giống nhau về môđun và ngược chiều. Trong trường hợp của chúng ta, chúng hướng về nhau và các vật dẫn bị hút. Nếu các dòng điện chạy ngược chiều nhau, thì các lực phát sinh giữa chúng sẽ đẩy các vật dẫn ra khỏi nhau. Vì vậy, các dòng điện song song (cùng hướng) hút và chống lại các dòng điện song song (ngược chiều) đẩy nhau. Để xác định lực F tác dụng lên một vật dẫn có chiều dài hữu hạn ℓ, cần phải tích đẳng thức thu được trên ℓ từ 0 đến ℓ:
Với tương tác từ, quy luật hành động và phản ứng được đáp ứng, tức là Định luật thứ ba của Newton:

.

1.5. Tác động của từ trường lên một 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 nhận thấy rằng bất kỳ hạt tích điện nào chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của lực F, tỷ lệ với độ lớn của từ trường tại thời điểm này. Phương của lực này luôn vuông góc với vận tốc của hạt và phụ thuộc vào góc giữa các phương
. Lực này được gọi là Lực Lorentz. Môđun của lực này bằng
với 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 khi vận tốc điện tích vuông góc với vectơ cảm ứng từ thì phương của lực này được xác định bằng cách sử dụng quy tắc bàn tay trái: nếu lòng bàn tay trái được đặt sao cho vectơ vào lòng bàn tay và hướng các ngón tay theo (đối với q> 0), khi đó ngón tay cái uốn cong một góc vuông sẽ chỉ ra hướng của lực Lorentz đối với q> 0 (Hình 1.11, a). Đối với q< 0 сила Лоренца имеет противоположное направление (рис.1.11,б).

Vì lực này luôn luôn vuông góc với tốc độ của hạt, nó chỉ làm thay đổi hướng của tốc độ chứ không phải mô đun của nó, và do đó lực Lorentz không có tác dụng. Có nghĩa là, từ trường không hoạt động trên một hạt mang điện chuyển động trong nó và động năng không thay đổi trong quá trình chuyển động này.

Độ võng của hạt do lực Lorentz gây ra phụ thuộc vào dấu của q. Đây là cơ sở để xác định dấu của điện tích 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 vectơ vận tốc vuông góc , khi đó lực Lorentz tạo ra gia tốc hướng tâm và hạt sẽ chuyển động theo đường tròn. Nếu hướng vận tốc một góc tới , khi đó hạt mang điện chuyển động theo hình xoắn ốc, trục của hạt này 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 tăng tốc dưới tác dụng của điện trường và từ trường.

Tác 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 đến 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 ở các vĩ độ cao nhất, ở vùng Viễn Bắc. Theo hướng đó, từ trường của Trái đất làm lệch hướng các hạt vũ trụ tích điện, nguyên nhân gây ra sự phát sáng của bầu khí quyển, được gọi là cực quang.

Ngoài lực từ, lực điện vốn 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 điện tử trong ống tia âm cực của ti vi, rađa, máy hiện sóng điện tử và kính hiển vi điện tử chịu tác dụng của một lực như vậy.

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

Cơm. 6.26. Lực tương tác của dòng điện trực tuyến:
1 - dòng điện song song; 2 - dòng điện đối song song

Dây dẫn với dòng điện Tôi 1 tạo ra từ trường hình khuyên, giá trị của từ trường này tại vị trí của vật dẫn thứ hai là

Trường này hướng trực giao "cách xa chúng ta" với mặt phẳng của hình. Phần tử của vật dẫn thứ hai chịu tác dụng của lực Ampère từ phía của trường này

Thay thế (6.23) thành (6.24), chúng tôi nhận được

Tại dòng điện song song lực lượng F 21 được hướng đến dây dẫn đầu tiên (lực hút), với cực 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 công suất F 12. Lập luận theo cách tương tự, chúng tôi thấy rằng F 12 = –F 21, nghĩa là, trong trường hợp này, định luật thứ ba của Newton được thỏa mãn.

Vì vậy, lực tương tác của hai dây dẫn song song dài vô hạn tuyến tính, được tính trên mỗi phần tử của chiều dài của dây dẫn, tỷ lệ với tích của các lực hiện tại Tôi 1 và Tôi 2 chảy trong các dây dẫn này, và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa chúng. Trong tĩnh điện, hai sợi dây dài tích điện tương tác theo một quy luật tương tự.

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

Cơm. 6.27. Lực tương tác của dây dẫn thẳng dài với dòng điện

Dựa trên công thức (6.25), đơn vị của cường độ dòng điện được đặt - ampe, là một trong những đơn vị cơ sở trong SI.

Ví dụ. Trên hai sợi dây mảnh được uốn cong dạng vòng giống nhau có bán kính là R\ u003d 10 cm, các dòng điện giống nhau Tôi= 10 A mỗi cái. Các mặt phẳng của các vòng song song và các tâm nằm trên một đường thẳng trực giao với chúng. Khoảng cách giữa các tâm là d= 1 mm. Tìm lực tương tác của các vòng.

Quyết định. Trong bài toán này, không nên lúng túng khi chúng ta chỉ biết quy luật tương tác của các vật dẫn thẳng dài. Vì khoảng cách giữa các vòng nhỏ hơn nhiều so với bán kính của chúng, 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 cần thay chu vi của các vòng. Khi đó, chúng ta nhận được

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

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

Xét tương tác của hai dây dẫn song song với dòng điện cách nhau một khoảng a. Hãy để chiều dài của các dây dẫn là l.

Cảm ứng từ do dòng điện I 1 tạo ra trên vị trí của dây dẫn thứ hai bằng

Một lực điện từ sẽ tác dụng lên vật dẫn thứ hai

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

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

có độ lớn bằng lực F2

Nguyên lý hoạt động của các dụng cụ đo điện động dựa trên sự tương tác cơ điện của vật dẫn với dòng điện; dùng 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,đi dọc theo một dây dẫn thẳng dài tại điểm 10 cm.

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

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

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

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

câu hỏi kiểm tra

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

2. Đường sức từ có những tính chất gì?

3. Cách xác định chiều của đường sức từ?

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

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

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

7. Từ trễ là gì?

8. Nam châm điện có những dạng nào?

9. Các vật dẫn tương tác với nhau thông qua dòng điện nào chạy qua?

10. Chất nào tác dụng lên dây dẫn mang 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?