Interakce pohyblivých nábojů. Vzájemné působení pohybujících se nábojů (elektrických proudů) se liší od coulombovské interakce pevných nábojů.
Interakce pohybujících se nábojů se nazývá magnetická.

Příklady projevu magnetické interakce:

* přitahování nebo odpuzování dvou paralelních vodičů proudem;
* magnetismus některých látek, například magnetické železné rudy, ze které se vyrábí permanentní magnety; otáčení světelné šipky z magnetického materiálu v blízkosti vodiče s proudem
* rotace rámu proudem v magnetickém poli.
*

Magnetická interakce prováděno prostřednictvím magnetické pole.
Magnetické pole je zvláštní formou existence hmoty.
Vlastnosti magnetického pole:

* generované pohybujícími se náboji (elektrický proud) nebo střídavými elektrické pole;
* zjištěno akcí na elektřina nebo magnetickou jehlou.

Vektor magnetické indukce. Experimenty ukazují, že magnetické pole vytváří orientační účinek na proudový obvod a magnetickou jehlu, což je nutí, aby byly nastaveny v určitém směru. Pro charakterizaci magnetického pole by proto měla být použita hodnota, jejíž směr je spojen s orientací obvodu s proudem nebo magnetickou střelkou v magnetickém poli. Tato hodnota se nazývá vektor magnetické indukce B.
Směr vektoru magnetické indukce se bere:

* směr kladné normály k rovině obvodu s proudem,
* směr severního pólu magnetické střelky umístěné v magnetickém poli.

Modul vektoru B se rovná poměru maximálního točivého momentu působícího na rám s proudem v daném bodě pole k součinu síly proudu I a plochy obvodu S.
B \u003d Mmax / (IS). (1)

Točivý moment M závisí na vlastnostech pole a je určen součinem I·S.

Hodnota vektoru magnetické indukce, určená vzorcem (1), závisí pouze na vlastnostech pole.
Měrnou jednotkou B je 1 Tesla.

Grafické znázornění magnetických polí. Pro grafické znázornění magnetických polí se používají magnetické indukční čáry (magnetické siločáry). Čára magnetické indukce je čára, v jejímž každém bodě k ní směřuje vektor magnetické indukce tangenciálně.
Čáry magnetické indukce jsou uzavřené čáry.

Příklady magnetických polí:
1. Přímý vodič s proudem
Čáry magnetické indukce jsou soustředné kružnice se středem na vodiči.

2. Kruhový proud
Směr vektoru magnetické indukce souvisí se směrem proudu v obvodu pravidlem pravého šroubu.

3. Solenoid s proudem
Uvnitř dlouhého solenoidu s proudem je magnetické pole rovnoměrné a čáry magnetické indukce jsou vzájemně rovnoběžné. Směr B a směr proudu v závitech elektromagnetu souvisí podle pravidla pravého šroubu

Princip superpozice polí. Pokud je v jakékoli oblasti prostoru uloženo několik magnetických polí, pak se vektor magnetické indukce výsledného pole rovná vektorovému součtu indukcí jednotlivých polí:
B=SBi

Síly působící mezi pevnými elektrickými náboji jsou určeny Coulombovým zákonem. Každý náboj vytváří pole, které působí na jiný náboj a naopak. Mezi elektrickými náboji však mohou existovat i jiné síly. Lze je nalézt, pokud se provede následující experiment.

Vezmeme dva ohebné vodiče, upevníme je svisle a pak připevníme spodní konce k pólům zdroje proudu. Neexistuje žádná přitažlivost ani odpuzování. Pokud jsou ale ostatní konce spojeny drátem tak, že ve vodičích vznikají proudy opačného směru, pak se vodiče začnou navzájem odpuzovat. V případě proudů ve stejném směru se vodiče přitahují.

Fenomén interakce proudů objevil francouzský fyzik Ampère v roce 1820. V témže roce dánský fyzik Oersted zjistil, že magnetická střelka se otáčí, když elektrický proud prochází vodičem umístěným v její blízkosti.

Nazývají se interakce mezi vodiči s proudem, tj. interakce mezi pohybujícími se elektrickými náboji magnetický. Síly, kterými na sebe vodiče s proudem působí, se nazývají magnetické síly.

Magnetické pole

Stejně jako v prostoru obklopujícím nepohyblivé elektrické náboje vznikají i zde elektrické pole v prostoru obklopujícím pohybující se nálože, magnetické pole. Elektrický proud v jednom z vodičů vytváří kolem sebe magnetické pole, které působí na proud ve druhém vodiči. A pole vytvořené elektrickým proudem druhého vodiče působí na první.

Magnetické pole je speciální forma hmoty, jejímž prostřednictvím se provádí interakce mezi pohybujícími se elektricky nabitými částicemi.

Magnetické pole je vytvářeno nejen elektrickým proudem, ale také permanentními magnety. Ampere na základě svých experimentů dospěl k závěru, že vzájemné působení proudů s magnetem a magnety mezi sebou lze vysvětlit, pokud předpokládáme, že uvnitř magnetu existují netlumené molekulární kruhové proudy.

Průchod elektrického proudu může být doprovázen ohřevem a luminiscencí látky, jejími různými chemickými přeměnami a magnetickou interakcí. Ze všech známých akcí proudu pouze magnetická interakce doprovází elektrický proud za jakýchkoli podmínek, v jakémkoli prostředí a ve vakuu.

1. Pohybové pole nabít. Bio-Savvarův zákon (elektrické pole, které proudí)

Hlavní úkolem magnetostatiky je schopnost počítat. charakteristiky pole. B-S-L zákon využívající princip superpozice dává nejjednodušší metoda výpočet polí.

dB indukce, vytvořeno. přesně v A.

dB=(   (I dl sin/r 2)

dH=(I dl sin/(4r 2)

magnetická indukce pole vytvořené vodičovým prvkem dl s proudem I v bodě A ve vzdálenosti r od dl úměrné. proudová síla, dl, sinus úhlu mezi r a dl a arr. poměr. čtverec vzdálenosti r.

dB=(  ·(I· /r 3)

Hodnota s-na B-S-L spočívá v tom, že když znáte dH a dB z dl, můžete vypočítat H a B konečného vodiče. velikosti dif. formuláře.

Magnetické pole- je forma hmoty (jiná než hmota), která existuje v prostoru, který obklopuje permanentní magnety, vodiče s proudem a náboje, které se pohybují. Magnetické pole spolu s elektrickým polem tvoří jediné elektromagnetické pole.

Magnetické pole nevytvářejí pouze permanentní magnety, pohybující se náboje a proudy ve vodičích, ale také na ně působí.

Termín „magnetické pole“ zavedl v roce 1845 M. Faraday. V této době již byly známy některé jevy elektrodynamiky, které vyžadují vysvětlení:

1. Fenomén interakce permanentních magnetů (ustavení magnetické střelky podél magnetického poledníku Země, přitahování opačných pólů, odpuzování stejnojmenných pólů), známý již od starověku a systematicky studovaný W. Hilbert (výsledky byly publikovány v roce 1600 v jeho pojednání „O magnetu, magnetických tělesech ao velkém magnetu – Zemi“).

2. V roce 1820 dánský vědec G. X. Oersted zjistil, že magnetická střelka, která je umístěna vedle vodiče, kterým protéká proud, se otáčí a snaží se být kolmá k vodiči.

3. Ve stejném roce francouzský fyzik Ampère, který se začal zajímat o Oerstedovy experimenty, odhalil interakci 2 přímočarých vodičů s proudem: pokud proudy ve vodičích tečou jedním směrem (paralelně), pak se vodiče přitahují (obr. A), pokud jsou v opačných směrech (antiparalelní), pak se navzájem odpuzují (obr. b).

Nazývají se interakce mezi vodiči s proudem, tedy interakce mezi pohybujícími se elektrickými náboji magnetický a síly, kterými na sebe vodiče s proudem působí, - magnetické síly.

Na základě teorie působení krátkého dosahu, kterou následoval M. Faraday, nemůže proud v jednom z vodičů přímo ovlivnit proud ve druhém vodiči. Obdobně jako v případě stacionárních elektrických nábojů, v jejichž blízkosti se nachází elektrické pole, došlo k závěru, že v prostoru obklopujícím proudy je magnetické pole, které působí určitou silou na jiný proudonosný vodič umístěný v tomto poli, popř. na permanentní magnet. Na druhé straně magnetické pole vytvořené druhým vodičem s proudem působí na proud v prvním vodiči.

Stejně jako je elektrické pole detekováno svým účinkem na zkušební náboj zavedený do tohoto pole, lze magnetické pole detekovat orientačním účinkem magnetického pole na smyčku s proudem malým (ve srovnání se vzdálenostmi, na které magnetické pole se znatelně mění) rozměry.

Vodiče přivádějící proud do rámu by měly být tkané (nebo umístěny blízko sebe), pak bude výsledná síla působící ze strany magnetického pole na tyto vodiče rovna nule. Síly působící na takový rám s proudem jej pootočí, takže jeho rovina bude kolmá k čarám indukce magnetického pole. V příkladu na obrázku výše se bude rám otáčet tak, že vodič s proudem je v rovině rámu. Při změně směru proudu ve vodiči se rám otočí o 180°. V poli mezi póly permanentního magnetu se bude rám otáčet v rovině kolmé k magnetu siločáry magnet.

Úvod……………………………………………………………………….3

jáÚvod do fenoménu………………………………………………..5

1. Experimentální nastavení………………………………..5
2. Síla interakce paralelních proudů………………6

1.3 Magnetické pole v blízkosti dvou paralelních vodičů………………………………………………….………………….9

II.Kvantitativní velikost sil……………………………………10

2.1 Kvantitativní výpočet síly působící na

proud v magnetickém poli………………………………………………..10

III. elektrická interakce…………………………………13

3.1 Vzájemné působení paralelních vodičů……………13

Závěr…………………………………………………………………..15

Seznam použité literatury…………………………………16

Úvod

Relevantnost:

Pro úplnější pochopení tématu elektromagnetismu je nutné podrobněji zvážit úsek interakce dvou paralelních vodičů s proudem. V tomto článku jsou zvažovány vlastnosti interakce dvou paralelních vodičů s proudem. Je vysvětlena jejich vzájemná přitažlivost a odpuzování. Kvantitativní složka ampérových sil se vypočítá pro experiment prováděný během práce. Popisuje vzájemné působení magnetických polí existujících v okolí vodičů s proudem a přítomnost elektrické složky interakce, jejíž existence je často opomíjena.

Cílová:

Empiricky zvážit existenci sil, které se podílejí na interakci dvou vodičů s proudem a dát jim kvantitativní charakteristiku.

úkoly:

1. Experimentálně zvažte přítomnost ampérových sil ve vodičích, kterými prochází elektrický proud.
2. Popište interakci magnetických polí kolem vodičů s proudem.
3. Podejte vysvětlení probíhajících jevů přitahování a odpuzování vodičů.
4. Proveďte kvantitativní výpočet interakčních sil dvou vodičů.
5. Teoreticky zvažte přítomnost elektrické složky interakce dvou vodičů s proudem.

Předmět studia:

Elektromagnetické jevy ve vodičích.

Předmět studia:

Síla interakce paralelních vodičů s proudem.

Metody výzkumu:

Rozbor literatury, pozorování a experimentální studium.

I. Seznámení s jevem

1.1 Úvod do jevu

Pro naši demonstraci potřebujeme vzít dva velmi tenké proužky hliníkové fólie, dlouhé asi 40 cm, vyztužíme je v kartonové krabici, jak je znázorněno na obrázku 1. Proužky by měly být pružné, volné, měly by být blízko, ale neměly by se dotýkat. Vzdálenost mezi nimi by měla být pouze 2 nebo 3 mm. Po připojení proužků tenkými dráty k nim připojíme baterie, takže v obou proužcích proud teče v opačných směrech. Toto spojení způsobí zkrat baterie a krátkodobý proud 5A.

Aby se zabránilo selhání baterií, je nutné je pokaždé na několik sekund připojit.

Nyní připojíme jednu z baterií s opačnými znaménky a necháme proud téct jedním směrem.

Při úspěšném spojení je viditelný efekt malý, ale snadno pozorovatelný.

Věnujme pozornost tomu, že tento efekt v žádném případě nesouvisí se zprávami o nabíjení proužků. Zůstávají elektrostaticky neutrální. Aby se ujistil, že se s pruhy nic nestane, když skutečně jsou se nabíjejí na toto nízké napětí připojte oba proužky k jednomu pólu baterie nebo jeden k jednomu pólu a druhý k druhému. (Okruh však neuzavřeme, abychom se vyhnuli výskytu proudů v proužcích.)

1.2 Síla interakce paralelních proudů

Během experimentu jsme pozorovali sílu, kterou nelze vysvětlit z hlediska elektrostatiky. Když proud teče pouze jedním směrem ve dvou paralelních vodičích, působí mezi nimi přitažlivá síla. Když proudy tečou v opačných směrech, dráty se navzájem odpuzují.

Skutečná hodnota této síly působící mezi paralelní proudy, a jeho závislost na vzdálenosti mezi vodiči lze měřit pomocí jednoduchého zařízení v podobě váhy. Vzhledem k absenci takových, vezměme to s důvěrou, výsledky experimentů, které ukazují, že tato síla je nepřímo úměrná vzdálenosti mezi osami drátů: F1/r.

Protože tato síla musí být způsobena nějakým vlivem šířícím se z jednoho drátu na druhý, taková válcová geometrie vytvoří sílu, která závisí nepřímo na první mocnině vzdálenosti. Připomeňme, že elektrostatické pole se šíří z nabitého drátu, také v závislosti na vzdálenosti tvaru 1/r.

Na základě experimentů je také zřejmé, že síla vzájemného působení mezi dráty závisí na součinu proudů, které jimi protékají. Ze symetrie můžeme usoudit, že pokud je tato síla úměrná já1 , musí být přiměřená a já2. Že tato síla je přímo úměrná