Фізика. Повторне видання. 9 клас. Засєкіна
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 8. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера
Ви дізнаєтесь
- Як взаємодіють між собою магнітні поля
Пригадайте
- Взаємодію двох провідників зі струмом
Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Ми з’ясували, що магнітне поле, створене провідником зі струмом, діє на магнітну стрілку (магніт). Виявляється, що магнітне поле постійного магніту, розташованого поблизу провідника зі струмом, діє на провідник. Дослідимо характер цієї взаємодії.
Закріпимо провідник на штативі. Розташуємо провідник між полюсами постійного підковоподібного магніту та замкнемо коло, що складається із джерела струму, провідників і вимикача (мал. 53).
Якщо замкнути коло, провідник почне рухатися (у випадку, зображеному на малюнку 53, б, — втягуватись до підковоподібного магніту). Якщо вимкнути струм, провідник повернеться в початкове положення (мал. 53, а).
Мал. 53. Дослідження дії магнітного поля на провідник зі струмом
Якщо поміняти напрямок магнітного поля (положення полюсів магніту) на протилежний (мал. 53, в), провідник у магнітному полі підковоподібного магніту буде рухатися у протилежний бік. Напрямок руху провідника зміниться на протилежний і в разі зміни напрямку струму в провіднику.
Сила Ампера. Рух провідника пояснюється взаємодією двох полів: магнітного поля, що створюється струмом, і поля постійного магніту. Французький фізик Андре Марі Ампер був першим, хто дослідив таку взаємодію та взаємодію двох провідників зі струмом.
Силу, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, називають силою Ампера.
Сила Ампера, що діє на провідник у магнітному полі, тим більша, чим більший струм проходить провідником й чим сильніше магнітне поле, у якому він розміщений. Також сила Ампера залежить від довжини провідника зі струмом і його розташування в магнітному полі. До речі, ділянку магнітного поля між полюсами магніту можна вважати однорідним магнітним полем, силові лінії якого паралельні.
Напрямок дії магнітного поля на провідник зі струмом, тобто напрямок сили Ампера, зумовлений як напрямком струму в провіднику, так і напрямком вектора індукції магнітного поля, у якому він розміщений.
1 Тл — дуже велика одиниця. Індукція магнітного поля Землі приблизно дорівнює 0,5 • 10-4 Тл. Великий лабораторний електромагніт може створити поле з індукцією не більш ніж 5 Тл.
Для визначення напрямку сили Ампера використовують правило лівої руки: якщо ліву руку розташувати таким чином, щоб лінії індукції магнітного поля входили в долоню (долонею до північного полюсу постійного магніту), а чотири пальці вказували напрямок струму в провіднику, то великий палець, відігнутий на 90°, вкаже напрямок сили, яка діє на провідник зі струмом з боку магнітного поля (сили Ампера) (мал. 54).
Мал. 54. Визначення напрямку сили Ампера за правилом лівої руки
На малюнку 55 показано випадки, коли провідник розташований перпендикулярно до ліній індукції магнітного поля. У цьому разі сила Ампера має максимальне значення FАmax = ΒIΔl (адже кут між напрямком струму I в провіднику та вектором індукції магнітного поля дорівнює 90°, а sin 90° = 1).
Мал. 55. Провідник зі струмом розташований перпендикулярно до ліній індукції магнітного поля. Сила Ампера в цьому разі є максимальною
У кожній точці магнітного поля можна визначити напрямок вектора магнітної індукції та його модуль вимірюванням сили Ампера, що діє на ділянку провідника зі струмом.
Підбиваємо підсумки
• Сила Ампера, що діє на провідник у магнітному полі, залежить від сили струму, що проходить у провіднику, від інтенсивності магнітного поля, у якому він розміщений, та від довжини провідника зі струмом і його розташування в магнітному полі.
• Напрямок сили Ампера визначають за правилом лівої руки.
ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ
Я поміркую й зможу пояснити
- 1. Якою є одиниця магнітної індукції в СІ? Сформулюйте визначення цієї одиниці.
- 2. Поясніть, чому два прямолінійні провідники, по яким проходять струми в протилежних напрямках, — відштовхуються?
- 3. Чому виникає сила Ампера? Від чого залежить напрямок сили Ампера? За якою формулою визначають силу Ампера?
- 4*. Якщо сила Ампера діє в магнітному полі на провідник зі струмом, тобто на провідник, у якому рухаються електрично заряджені частинки, то чи діє подібна сила на окрему електрично заряджену частинку, що рухається в магнітному полі?
Вчимося розв'язувати задачі
Задача. Визначте модуль сили Ампера, що діє на провідник зі струмом завдовжки 25 см у магнітному полі з індукцією 0,04 Тл, якщо кут між вектором магнітної індукції й напрямком струму становить 30°. Сила струму в провіднику дорівнює 0,25 А.
Я можу застосовувати знання й розв'язувати задачі
Вправа 4
1. На малюнку 56 зображено випадки взаємодії магнітного поля постійного магніту з провідником зі струмом. Перемалюйте малюнок у зошит і позначте: у випадках а-в — напрямок сили ампера; у випадку г — напрямок струму в провіднику; у випадку д — полюси постійного магніту.
Мал. 56
2. На малюнку 57 зображено магнітне поле, силові лінії якого перпендикулярні до площини сторінки підручника (хрестики — поле, спрямоване від нас; кружечки — до нас). Визначте напрямок дії сили Ампера. У якому випадку магнітне поле не діє на провідник зі струмом?
Мал. 57
3. По паралельних провідниках (мал. 58) протікають струми однакової сили. У якому випадку в точці А буде відсутнє магнітне поле?
Мал. 58
4. На малюнку 59 зображені силові лінії магнітних полів двох провідників зі струмом. Перемалюйте малюнок у зошит. Позначте напрямок струму в провідниках. Притягаються чи відштовхуються ці провідники?
Мал. 59
5. Визначте індукцію магнітного поля, якщо в ньому на провідник, по якому проходить струм силою 25 А, діє сила Ампера величиною 50 мН. Довжина активної частини провідника — 5 см. Провідник розташовано перпендикулярно до силових ліній магнітного поля.
6. З якою силою діє магнітне поле з індукцією 10 мТл на провідник, якщо сила струму в ньому 50 А, а довжина активної частини провідника 0,1 м? Провідник розташовано перпендикулярно до силових ліній магнітного поля.
