Проводник с током в магнитном поле
Проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает действие механической силы "F" со стороны поля, которая стремится двигать проводник под прямым углом к магнитным силовым линиям.
Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера .
Действие силы возникает в результате взаимодействия основного магнитного поля с магнитным полем проводника с током. Эта сила зависит от магнитной индукции "B", тока в проводнике "I" и длины той части проводника ℓ, которая находится в магнитном поле:
F=B·I·ℓ, H
Сила "F" будет наибольшей, когда проводник расположен перпендикулярно к магнитным силовым линиям. Если проводник расположен вдоль силовых линий, то поле не оказывает на него механического воздействия.
Направление действия силы определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы силовые линии входили в ладонь, четыре пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление действия силы на проводник.
Рис. 4.9. Правило левой руки
Возникновение механической силы, действующей на проводник с током, находящийся в магнитном поле, поясняет следующий рисунок:
Рис. 4.10. Возникновение механической силы, действующей на проводник с током
Справа от проводника с током основное магнитное поле и поле тока совпадают по направлению и общее магнитное поле усиливается. Слева от проводника основное магнитное поле действует навстречу полю тока и общее магнитное поле ослабляется.
Учитывая боковой распор магнитных силовых линий и их стремление сократить свою длину, появляется механическая сила, выталкивающая проводник влево.
Электромагнитная индукция
В проводнике, который двигаясь в магнитном поле, пересекает магнитные линии, возникает Э.Д.С. Это явление называется магнитной индукцией.
Рис. 4.11. Возникновение ЭДС в движущемся проводнике с током
При движении проводника со скоростью "v" с той же скоростью перемещаются элементарные заряженные частицы.
Т.к. движение провода происходит в магнитном поле, то на каждую заряженную частицу действует электромагнитная сила " F 0 ".
Под действием этих сил свободные электроны перемещаются на один край провода, создавая избыточный отрицательный заряд.
На другом крае провода возникает избыточный положительный заряд. По мере накопления зарядов усиливается напряженность электрического поля этих зарядов и на каждую заряженную частицу кроме силы " F 0 " , будет действовать сила "F" электрического поля, направленная противоположно силе " F 0 ".
По достижении равновесия этих сил движение зарядов прекратится. Разность потенциалов по краям проводника и есть индуктированная в проводе Э.Д.С.
Если соединить концы этого проводника через нагрузку, то по цепи потечет ток.
Величина индуктированной Э.Д.С., возникающей в проводе, пропорциональна магнитной индукции "B", длине провода "ℓ" и скорости его движения "v".
E=B·ℓ·v, B
Индуктированная Э.Д.С. возникает только в том случае, если проводник пересекает магнитное поле. Если проводник двигается вдоль силовых линий, то E=0.
Направление индуктированной Э.Д.С. определяется правилом правой руки: ладонь правой руки располагают так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, отставленный большой палец указывал направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной Э.Д.С.