Угол проводника и сила Ампера
Поле направлено вверх на экране. Поворачивай проводник от направления поля и меняй ток.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Длина участка l = 0,5 м. Проводник и B лежат в плоскости рисунка; сила направлена к наблюдателю (точка) или от него (крест). При отрицательном I фактическая стрелка тока обращается.
Модуль: ток, длина и угол
На прямой участок проводника длиной l с током I в однородном магнитном поле действует сила Ампера F = BIl sin α. Угол α измеряют между направлением тока и B⃗. Длину берут только для части проводника, находящейся в рассматриваемом поле.
При перпендикулярном расположении сила максимальна: Fmax = BIl. При параллельном или противоположном направлении тока и поля sin α = 0 и сила равна нулю. Наличие тока и поля само по себе не гарантирует ненулевой силы.
Общий угол
F = BIl sin α
Перпендикулярно
Fmax = BIl
Определение модуля B
B = Fmax/(Il)
Угол в формуле силы Ампера отсчитывают между током и полем.
Почему длинный провод не всегда испытывает большую силу?
Нужна длина его участка в поле, а также одинаковые ток, поле и ориентация. Остальная часть может не вносить этот вклад.
Направление: правило левой руки
Расположи левую ладонь так, чтобы B⃗ входил в неё, четыре пальца направь по условному току. Отогнутый большой палец покажет силу на проводник. Сила перпендикулярна и току, и полю.
Для тока вправо и поля в плоскость рисунка сила направлена вверх. Обращение только тока или только поля обращает силу; одновременное обращение обоих сохраняет её направление.
| Изменение | Результат |
|---|---|
| Обратили I | Сила обращается |
| Обратили B⃗ | Сила обращается |
| Обратили I и B⃗ | Направление силы прежнее |
| Ток вдоль поля | Сила нулевая |
При определении направления используют условный ток, а не дрейф электронов.
Почему нельзя одновременно обращать ток и ещё раз учитывать знак электрона?
Направление условного тока уже учитывает знак носителей. Повторная поправка дала бы неправильный результат.
Демонстрационный электрический двигатель
Сила на участки обмотки зависит от угла между током и полем. Парные силы могут создавать вращающий момент.
Rama · CC BY-SA 3.0 fr · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Железные опилки около полосового магнита
Направление магнитной индукции в выбранной точке нужно определить до применения правила направления силы Ампера.
MikeRun, Vera Wurmsdobler · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Суперпозиция: сначала поле, потом сила
Магнитные поля нескольких источников складывают векторно: B⃗ = ΣB⃗ᵢ. После этого находят действие результирующего поля на проводник. Собственное поле участка не подставляют как обычное внешнее поле для расчёта его силы на самого себя.
Если два поля в точке равны и противоположны, результирующая может быть нулевой. При перпендикулярных векторах 3 и 4 мТл модуль суммы равен 5 мТл. Простое сложение модулей 3 + 4 допустимо только для сонаправленных полей.
Найти поля источников
В одной и той же области
Сложить векторы
Получить внешнее B⃗
Найти силу
Учесть I, l и угол
Для силы на проводник используют результирующее внешнее поле.
Нужно ли добавлять силу от результирующего поля к силам от отдельных полей?
Нет. Это два равносильных способа вычислить один результат, а не независимые дополнительные воздействия.
Расчёт: сила и геометрия
При B = 0,2 Тл, I = 3 А, l = 0,5 м и α = 90° сила 0,3 Н. При α = 30° она равна 0,15 Н. Единица тесла соответствует Н/(А·м).
В модели поле направлено вверх на экране, а проводник поворачивается в плоскости рисунка. Сила показана точкой к наблюдателю или крестом от него. Значок показывает направление силы, а её модуль указан числом. Длину стрелки тока нельзя сравнивать с модулем силы: это разные физические величины.
Длина в метрах
50 см = 0,5 м
Угол
Между I и B⃗
Ответ
0,2·3·0,5·1 = 0,3 Н
Численный модуль и пространственное направление силы проверяют раздельно.
Если F = 0, обязательно ли B = 0?
Нет. Ток может идти параллельно полю либо отсутствовать; нужно проверить все множители.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 10 класс», § 29. Тема и содержание сверены с файлом «10 класс. Физика — § 29. Сила Ампера.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.