От чего зависит направление силы Ампера? укажите верные утверждения
Ответ: Г) 1 и 5.
Ампер был левшой. BIL (бил) сильно левой рукой. Правило левой руки для определения направления силы Ампера на фото.
Угол α между вектором В и направлением тока I.
Новые вопросы в Физика
Делимся планом урока на тему Магнитное поле для учеников 9 класса.
Основные понятия: магнетизм, электромагнитное поле, явление электромагнитной индукции, сила Ампера (действие магнитного поля на проводник с током).
Учите школьников и получайте от 40 до 100 000 рублей в месяц!
Приглашаем учителей физики с высшим образованием (или студентов последнего курса) и опытом подготовки к выпускным экзаменам
Магнитное поле
Магнитное поле — это одна из составляющих электромагнитного поля, которая создается движущимися зарядами (электрическими токами). Магнитное поле создается только движущимися зарядами и действует только на движущиеся заряды или на токи.
Основная характеристика магнитного поля — это вектор индукции магнитного поля. За направление вектора магнитной индукции принято брать направление от южного полюса к северному по стрелке компаса, располагающейся в магнитном поле. Снаружи стрелки поле направлено от северного полюса к южному.
Значение магнитной индукции определяется как отношение максимальной силы, с которой магнитное поле действует на проводник единичной длины к силе тока I в проводнике.
В системе СИ единицей магнитной индукции является 1 Тесла (1 Тл).
Главное свойство этих правил — их обратимость. Направления вектора магнитной индукции и направление силы тока можно менять между собой, и правило останется.
Внимательно рассмотрите рисунки и сформулируйте упомянутые правила для каждого случая.
Правило буравчика 1
Правило буравчика 2
Правило правой руки 1
Правило правой руки 2
Способ из старого учебника
Как и в случае с электрическим полем, магнитное поле изображают с помощью силовых линий, а мы проведем эксперимент.
Сколько платят в Skyeng преподавателю физики?
Из чего складывается доход учителей, рассказываем в специальной статье.
Эксперимент
Сформулируем свойства силовых линий магнитного поля:
Магнитное поле трех проводников с током
Итоги: доказали наличие магнитного поля вокруг движущихся электрических зарядов, получили картины различных магнитных полей, сформулировали свойства силовых линий магнитного поля.
Сила Ампера
Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током.
Модуль силы Ампера FА равен произведению модуля индукции магнитного поля B, в котором находится проводник с током, длины этого проводника l, силы тока в нем I и синуса угла между направлениями тока и вектора индукции магнитного поля sinα: FА=B∙I∙l∙sinα
Этой формулой можно пользоваться:
Для определения направления силы Ампера применяют правило левой руки
Ампер и параллельные проводники
Одним из важных примеров магнитного взаимодействия является взаимодействие параллельных токов. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Андре Мари Ампером.
Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток, и наоборот.
Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используется в международной системе единиц (СИ) для определения единицы силы тока — ампера.
Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2∙10-7 Н на каждый метр длины.
Сила Лоренца
Понимание магнитного поля строится на двух положениях: движущиеся заряды создают магнитное поле, и магнитное поле действует на движущиеся заряды. Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся заряд, называется силой Лоренца.
Сила Лоренца — это сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу.
Для определения направления силы Лоренца применяют правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направления скорости движения положительно заряженной частицы, тогда отогнутый на большой палец в плоскости ладони укажет направление силы Лоренца. Для отрицательной частицы четыре вытянутых пальца направляют против скорости движения частицы.
Движение частиц в магнитном поле
- Если скорость заряженной частицы массой направлена вдоль вектора индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по прямой с постоянной скоростью (сила Лоренца равна нулю).
- Если скорость заряженной частицы массой перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по радиусу окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции.
- Если скорость заряженной частицы массой m направлена под углом к вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по винтовой линии радиуса R и шагом h.
Действие силы Лоренца широко используют в различных электротехнических устройствах:
Действие магнитного поля на рамку с током
Рассмотрим проволочную проводящую рамку, находящуюся во внешнем магнитном поле. Если в этой рамке создать электрический ток I, то на рамку со стороны магнитного поля начнут действовать силы Ампера.
Если внешнее магнитное поле является однородным, то равнодействующая всех сил Ампера будет равна нулю, однако момент всех сил Ампера в нуль обращаться не будет, что означает то, что рамка начнет вращаться (создается вращающий момент, и рамка поворачивается в положение, в котором вектор).
На данном факте основано действие электродвигателя постоянного тока (электромотора).
Если внешнее магнитное поле является неоднородным, то равнодействующая всех сил Ампера и момент всех сил не будут равны нулю, то есть свободная рамка начнет поступательно двигаться плюс вращаться (неоднородное магнитное поле ориентирует, а также притягивает или отталкивает рамку с током).
Магнитные свойства вещества
Постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из немногих веществ, но все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами становятся источниками магнитного поля. В результате этого вектор магнитной индукции при наличии вещества отличается от вектора магнитной индукции.
Магнитная проницаемость вещества μпоказывает, во сколько раз вектор магнитной индукции в веществе больше, чем вектор магнитной индукции 0 в вакууме, то есть:
Магнитные свойства вещества определяют по тому, как эти вещества реагируют на внешнее магнитное поле и каким образом упорядочена их внутренняя структура. Существует три основных класса веществ с резко различающимися магнитными свойствами.
Магнитное поле Земли
Обойти вниманием самый большой магнит на планете, на которой мы живем было бы непростительно.
Магнитные поля и их влияние на Землю
Магнитные и географические полюса Земли находятся в разных местах. Южный магнитный полюс находится около северного географического полюса, рядом с озером Виктория в Канаде. Северный магнитный полюс, напротив, расположен около южного географического полюса, у берегов Антарктиды. Положение магнитных полюсов Земли может изменяться со временем.
Перемещение магнитных полюсов Земли
Магнитное поле Земли подвержено медленным изменениям со временем, известным как вековые вариации. Важно отметить, что с течением времени магнитные полюса могут перемещаться и даже инвертироваться — менять свое положение с севера на юг и наоборот.
Влияние солнечной активности на магнитное поле
В период повышенной солнечной активности интенсивность солнечного ветра увеличивается. Эти частицы ионизируют верхние слои атмосферы в северных широтах, вызывая северные сияния. Магнитное поле Земли играет важную роль в защите от солнечного ветра.
Магнитные бури и их последствия
Магнитные бури — это существенные изменения в магнитном поле Земли под воздействием усиленного солнечного ветра в результате солнечных вспышек и выбросов частиц. Эти бури обычно длится от 6 до 12 часов и сильно влияют на радиосвязь, электросети и людей.
Использование магнитного поля Земли
С XVII–XVIII века человечество начало активно использовать магнитное поле Земли. Компасы стали неотъемлемой частью мореплавания, помогая морякам ориентироваться на море.
Роль магнитного поля в организме живых существ
Магнитное поле Земли служит ориентиром для многих живых организмов, помогая им найти свой путь в пространстве.
Напряжение в проводнике в магнитном поле
С помощью силы Лоренца можно объяснить явления поляризации и возникновения электродвижущей силы (ЭДС) индукции в движущемся проводнике в магнитном поле.
Магнитный поток и его значение
Магнитный поток — это скалярная величина, описывающая прохождение магнитного поля через поверхность. Обозначается символом Ф и зависит от площади контура и индукции магнитного поля.
Эксперименты с магнитными полями могут быть интересны и доступны даже в домашних условиях. Узнайте больше о магнитных полях и их влиянии на окружающий мир.
Если вектор магнитной индукции перпендикулярен площади контура α=0о, то магнитный поток максимален и равен Фmax=B∙S
Если вектор магнитной индукции параллелен площади контура α=90о, то магнитный поток равен нулю Ф=0.
Явление электромагнитной индукции
Электромагнитная индукция — это явление возникновения тока в замкнутом проводнике при прохождении через него магнитного потока, изменяющегося со временем.
В настоящее время в основе многих устройств лежит явление электромагнитной индукции. Например, в двигателе или генераторе электрического тока, в трансформаторах, радиоприемниках и многих других устройствах.
Благодаря этому явлению мы можем преобразовывать механическую энергию в электрическую, а до открытия этого явления люди не знали о методах получения электрического тока кроме как от источников тока.
Опыт № 1
Если в соленоид (катушка индуктивности), который замкнут на гальванометр, вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его вдвигания или выдвигания мы видим отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток). При этом отклонения стрелки при вдвигании и выдвигании магнита имеют противоположные направления.
Отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки. При смене в опыте полюсов магнита направление отклонения стрелки также изменится. Для получения индукционного тока можно оставлять магнит неподвижным, тогда нужно относительно магнита перемещать соленоид.
Опыт № 2
Если рядом расположить две катушки (например, на общем сердечнике или одну катушку внутри другой) и одну катушку через ключ соединить с источником тока, то при замыкании или размыкании ключа в цепи первой катушки во второй катушке появится индукционный ток. В моменты включения или выключения тока наблюдается отклонение стрелки гальванометра, а также в моменты его уменьшения или увеличения, а также при перемещении катушек друг относительно друга. Направления отклонений стрелки гальванометра также имеют противоположные направления при включении или выключении тока, его увеличении или уменьшении, приближении или удалении катушек.
Исследуя результаты своих многочисленных опытов, Фарадей пришел к заключению, что индукционный ток возникает всегда, когда в опыте осуществляется изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции (магнитного потока).
Например, при повороте в однородном магнитном поле замкнутого проводящего контура в нем также появляется индукционный ток. В этом случае индукция магнитного поля вблизи контура остается постоянной, а меняется только поток магнитной индукции сквозь контур.
Открытие явления электромагнитной индукции дало возможность получать электрический ток с помощью магнитного поля и подтолкнуло разработку теории электромагнитного поля.
Закон электромагнитной индукции Фарадея
При изменении полного магнитного потока Ф, пронизывающего контур, в этом контуре возникает ЭДС индукции:
— скорость изменения магнитного потока Ф, пронизывающего этот контур.
Знак «-» в законе показывает то, как ориентирована возникающая ЭДС в контуре. Это так называемое правило Ленца.
По формуле Ф=B*S*cosα для магнитного потока отчетливо видно, что поток меняется:
Во всех этих случаях по закону Фарадея в контуре будет индуцироваться ЭДС индукции.
Правило Ленца: «ЭДС индукции, возникающая в контуре, ориентирована так, что индукционный ток, который она создает, направлен так, чтобы ослабить действие причины, возбуждающей эту ЭДС, а стало быть, и индукционный ток».
Рисунок иллюстрирует правило Ленца на примере неподвижного проводящего контура, который находится в однородном магнитном поле, модуль индукции которого увеличивается во времени.
В этом примере
Итоги
Выполнили все цели урока, провели несколько познавательных эксперимента, узнали новые физические величины и явления.
Эксперты Skyeng и Skysmart подготовили для вас методические подарки.
Выбирайте те, что нужны, или заберите все!
Кто такой этот грозный Ампер и в чем его сила? Может быть, он может ударить грушу в парке аттракционов круче всех? Будем разбираться! В этой статье откроем все его тайны.
17 ноября 2023 г.
Определение и формула силы Ампера
Нет, конечно, Ампер — это не боец UFC, и его сила никак не связана с умением вывести противника в нокаут. Господин Ампер — французский физик и математик, который занимался изучением электрических и магнитных полей. Поэтому мы будем говорить о том, что связывает эти два мира.
Сила Ампера — это сила, которая действует на проводник с током, когда он находится рядом с магнитом.
Она помогает нам понять, как электричество и магнит взаимодействуют между собой. Она зависит от силы тока, протекающего в проводнике, магнитного поля, который с ним взаимодействует, и угла между ними.
Господин Ампер сражался на полях научных боев и проводил много опытов с магнитными полями и электричеством. Ученые — ведь те еще проказники. Только что-то новое придумали и тут же хотят экспериментом это подтвердить. Так, видимо, и пришла в голову идея поместить проводящий материал в среду магнитного поля, и посмотреть, что будет. И произошло вот что: магнитному полю не понравился такой заряженный своей атмосферой элемент, и оно применило к нему силу. Ту самую силу Ампера, которая в честь экспериментатора и называется.
Соответственно, модуль силы Ампера рассчитывается по формуле, которую господин Ампер великодушно для нас вывел в ходе своих опытов, чтобы на экзамене мы были вооружены.
A = I * B * L * sin 𝛼
I — сила тока в проводнике, B — вектор индукции магнитного поля, L — длина проводника, 𝛼 — угол между проводником и линиями магнитной индукции.
Задачки про электрические и магнитные поля встречаются в первой части ОГЭ и ЕГЭ. Ты должен будешь знать, по какому принципу вычисляются значения в мире электромагнитных отношений. Поэтому будь внимательным, тебе точно пригодится все, что мы расскажем тебе об этих понятиях.
И не волнуйся за синус, на экзамене можно будет пользоваться непрограммируемым калькулятором с возможностью вычисления тригонометрических функций.
Итак, что мы знаем от господина Ампера о его силе? Ну, во-первых, наш ученый определил, что это величина векторная, а значит, она имеет определенное направление. Что, в принципе, логично, когда ты применяешь силу, чтобы, к примеру, сдвинуть шкаф, она имеет определенное направление — в ту сторону, куда ты его хочешь сдвинуть. Так и здесь, магнитное поле применяет силу вполне целенаправленно. А вот, куда именно, сейчас мы и узнаем.
Откладывай смартфон и посмотри на свою левую раскрытую ладонь. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки. Казалось бы, как? Ни электричества в твоей руке нет, — и это хорошо, если честно, — ни магнита никакого чтобы он создал вокруг себя магнитное поле. Придется напрягать воображение!
Представь, что твоя рука — это проводник, и заряды электричества бегут по ней туда, куда указывают твои пальцы. Но не все, есть диверсант — большой палец, он направлен перпендикулярно остальным. Просто запомни его, и представляй дальше: твою ладонь находится между двумя полярностями магнита, и индукция магнитного поля направлена прямо в твою ладонь. Время вспомнить о нашем диверсанте — направление большого пальца и является направлением силы Ампера.
Закон Ампера
Все, что мы узнали о силе Ампера, ученый собрал в единый закон, который тоже называется в честь него. И чтобы блеснуть знаниями не только на экзамене, но и обществе ученых, — кто знает, может быть, ты окажешься в их кругах, если будешь хорошо знать физику, — посмотрим, как он звучит.
Согласно закону Ампера, сила, действующая на проводник, в однородном магнитном поле пропорциональна длине проводника, магнитной индукции, силе тока и синусу угла между магнитной индукцией и проводником.
Этот закон является фундаментальным законом электромагнетизма и описывает принцип взаимодействия электрических и магнитных полей, а также помогает вычислять все нужные параметры.
Яркой иллюстрацией закона Ампера является поведение двух заряженных контуров.
Если поток электрических частиц в проводниках направлен в одну сторону, как показано на рисунке 1, то силы Ампера FА1 и FА2 действует так, что контуры притягиваются друг к другу. А если потоки направлены в разные стороны, как показано на рисунке 2, то силы FА1 и FА2 действует так, что наши контуры отталкиваются.
Чтобы понять этот принцип, учитывай, что контуры с током имеют собственное магнитное поле! Магнитное поле, созданное этими заряженными контурами, проходит вокруг них самих, а магнитные индукции каждого из полей обозначены B1 и B2.
Силы, действующие на проводники с током в магнитном поле
Итак, теперь мы знаем, что воздействует на элемент, проводящий электричество, в магнитном поле. Но этот поток состоит из заряженных частиц, которые несутся по своим делам в строго упорядоченном порядке. И есть еще одна сила, которая действует точечно на каждую движущуюся заряженную частицу в магнитном поле. Эта сила тоже имеет имя известного ученого — господина Лоренца. Величина ее рассчитывается по формуле:
F = q*v * B* sin 𝛼
q — заряд частиц, v — скорость упорядоченного движения, B — вектор индукции магнитного поля, 𝛼 — угол между скоростью и линиями магнитной индукции.
Единицы измерения силы Ампера
Обычно в задачах ОГЭ и ЕГЭ от нас требуют не только решить задачу, но и знать, в чем измеряется искомая величина.
Поэтому запоминай, все просто: в системе СИ сила Ампера измеряется в Ньютонах и обозначается буквой Н.
Не путай силу Ампера с силой электрического тока, которая измеряется в системе СИ в Амперах (А). Это две разные величины!
Проверь себя
С какой силой однородное магнитное поле действует на заряженный контур длиной 40 см, расположенный под углом 30 градусов к вектору магнитной индукции, если сила тока в нем 500 мА. Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.
Как определить направление силы Ампера?
В чем измеряется сила Ампера?