Краткая биография

Разносторонний талант Ампера оставил след и в истории развития химии , которая отводит ему одну из почетных страниц и считает его, совместно с Авогадро , автором важнейшего закона современной химии.

В честь учёного единица силы электрического тока названа «ампером », а соответствующие измерительные приборы — «амперметрами ».

Некоторые исследования Ампера относятся к ботанике , а также к философии , в частности «Наброски по философии науки» (фр. «Essais sur la philosophie des Sciences» , 2 т., 1834-43; 2-е издание, ).

Напишите отзыв о статье «Ампер, Андре-Мари»

Примечания

См. также

• Закон Ампера (Сила Ампера)

Литература

Сочинения

• Ампер А. М. Электродинамика. М.: Изд-во АН СССР, 1954.

О нём

• Белькинд Л. Д. Андре-Мари Ампер. М.: Наука, 1968.
• Храмов Ю. А. Ампер Андре Мари // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера . — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М .: Наука , 1983. — С. 14-15. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)

Ссылки

• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890-1907.
• на официальном сайте РАН

Отрывок, характеризующий Ампер, Андре-Мари

Андре-Мари Ампер, родившийся 20 января 1775 г. в Лионе, был вторым ребёнком богатого купца Жана Жака Ампера и его жены Жанны Антуанетты Десютье-Сарсе Ампер. Отец мальчика не верил в академическое образование, и потому желал, чтобы сын «учился у самой природы». Жан Жак Ампер зачитывается философскими трудами Жана Жака Руссо, и эти теории ложатся в основы образования Андре. Почти всё детство отец всегда был рядом с сыном и направлял его в учёбе. Юный Ампер проявляет большой интерес к математике и геометрии, но, к его большому сожалению, в домашней библиотеке обнаруживается слишком мало книг по этим наукам. И тогда отец отводит сына в городскую библиотеку Лиона, а лучшего места для мальчика и придумать было нельзя. Единственным препятствием на пути к желанным знаниям становится то, что большинство трудов написано на латинском. Чтобы удовлетворить свой интерес к математике, Ампер решает изучать латынь. Мальчик вырос на трудах Леонарда Эйлера и Даниэля Бернулли.

Личная жизнь

Когда Французская революция вошла в свою решающую стадию, Ампер был ещё совсем юным, и всё происходившее оставило глубокий след в его душе. После формирования нового революционного правительства, его отца избирают мировым судьёй г. Лиона. Но революция приводит к целому ряду трагических событий в его жизни. Из-за политических разногласий, Жана Жака арестовывают, а 24 ноября 1793 г. отправляют на гильотину. Андре так тяжело переживает смерть отца, что даже оставляет изучение “Mécanique analytique” («Аналитической механики») и на целых восемь месяцев забрасывает труды по математике.

К жизни он возвращается только тогда, когда встречает Жюли, в которую влюбляется с первого взгляда. Помолвка Андре Мари Ампера и Жюли Каррон состоялась в 1797 г., и, чтобы обеспечить будущей семье достойное материальное положение, жених берётся давать уроки по математике. В 1799 г. Андре и Жюли женятся, а в 1800 г. рождается их сын, которому родители дают имя Жан-Жак.

Учительские странствия

Ампер продолжает давать уроки, и в 1802 г. ему предлагают стать учителем математики и химии в Центральной школе г. Буржа. Хотя в его ведении находятся обе науки, свои основные усилия Ампер направляет именно на математику. Его исследования в области «теории вероятности» в 1803 г. приводят его в Парижскую академию, где он представляет свой труд «Математическая теория игр». Но в июле этого же года в его жизни происходит ещё одна личная трагедия: к большому горю, умирает его Жюли, страдавшая слабым здоровьем. Оставаться в Лионе, где всё напоминает о горячо любимой жене, уже невыносимо, и Ампер окончательно перебирается в Париж. К тому времени он уже заслужил признание и за свои преподавательские способности, и за талант исследователя в области математики. И вот, в 1804 г. он поступает на службу в Политехническую школу в качестве «répétiteur» (младшего преподавателя).

В 1809 г. Ампер, невзирая на то, что был самоучкой, получает звание профессора, чему во многом поспособствовала его преподавательская репутация. Этот пост он будет занимать до 1828 г. Профессор Ампер даже станет читать в Парижском университете лекции по философии и астрономии, в 1819 г. и 1820 г. соответственно. Очередным поворотным моментом в его трудах на поприще науки становится его принятие в члены Академии наук в 1814 г.

Работы в области электродинамики

В сентябре 1820 г., на одной из встреч Французской академии наук, Амперу и его товарищам по цеху представляют удивительное открытие датского физика Ханса Эрстеда в области электродинамики. Открытие это касается действия, оказываемого электрическим проводом на намагниченную иглу. Это пробуждает, в свою очередь, любопытство Ампера, который, продолжая опыт, исследует взаимосвязь электричества и магнетизма. Уже через две недели он обнародует результаты своих экспериментов, показавших, что два параллельных провода, по которым идёт электрический ток, взаимно притягиваются, если ток идёт в одном направлении, и взаимно отталкиваются, если ток идёт в противоположных направлениях. Открытие оказывается революционным и ляжет в основы зарождающейся электродинамики. Ампер продолжает ставить опыты, и все результаты вносит в еженедельные отчёты для академии. Позже они будут опубликованы в труде «Хроники опытов по химии и физике», который считается первой работой по электродинамике. Следующие научные заметки он представит публике в 1822 г. Все исследования и результаты опытов Ампера получают широкое распространение, и в 1826 г. выходит в свет самая значимая его работа – «Научный очерк математической теории электродинамических феноменов». Эта публикация стала истоком множества идей XIX столетия в отношении взаимодействия электричества и магнетизма. Этим трудом в своих работах руководствовались такие учёные, как Фарадей, Вебер, Томсон и Максвелл. В поисках подходящего названия для новой области науки впервые появляется термин «электродинамика». В 1827 г. Ампера избирают иностранным членом Королевского общества, а в 1828 г. и иностранным членом Королевской академии наук Швеции.

Смерть и наследие

В последние годы жизни Ампер страдал душевными расстройствами и испытывал отвращение почти ко всем знаниям, а к математике и прочим наукам в особенности. 10 июня 1836 г., в Марселе, его сразила лихорадка, ставшая причиной смерти. Имя Ампера, вошедшее в науку как одного из основоположников электромагнетизма, было увековечено в 1881 г. подписанием международной конвенции, согласно которой устанавливалась новая единица измерения электрических параметров «ампер». С тех пор «ампер» является общепринятой единицей измерения силы электрического тока. Последняя работа учёного, “Essai sur la philisophie des sciences” («Аналитическое изложение натуральной классификации всех знаний человечества»), была посмертно издана его сыном, Жаном-Жаком Ампером, который к тому времени успел стать именитым литературным критиком и писателем.

АМПЕР (Ampere), Андре Мари

Андре Мари Ампер – французский физик, математик и химик, один из основоположников электродинамики. Родился в Лионе в аристократической семье; получил домашнее образование. В 1801 г. занял кафедру физики в Центральной школе г. Бурк-ан-Брес, в 1805-1824 гг. работал в Политехнической школе в Париже (с 1809 – профессор), с 1824 г. – профессор Коллеж де Франс. Член Парижской АН (1814) и многих других академий, в частности Петербургской АН (1834).

Основные научные работы посвящены физике, прежде всего электродинамике; некоторые исследования относятся также к математике, химии, философии, психологии, лингвистике, зоологии и ботанике. В 1802 г. опубликовал труд «Соображения о математической теории игры». Занимался приложениями вариационного исчисления к механике (в частности доказал принцип возможных перемещений). Одновременно с А. Авогадро высказал (1814) близкие к современным представления о соотношении между понятиями атома и молекулы. В 1820 г. сформулировал «правило пловца» (иначе пр авило Ампера) для определения направления действия магнитного поля тока на магнитную стрелку. Выполнил множество экспериментов по исследованию взаимодействия между электрическим током и магнитом, сконструировав для этого несколько приборов. Обнаружил влияние магнитного поля Земли на движущиеся проводники с током. Открыл взаимодействие электрических токов и установил закон этого взаимодействия (закон Ампера), разработал теорию магнетизма (1820). Согласно его теории все магнитные взаимодействия сводятся к взаимодействию скрытых в телах так называемых круговых электрических молекулярных токов, каждый из которых эквивалентен плоскому магниту – магнитному листку (теорема Ампера). По Амперу, большой магнит состоит из огромного количества таких элементарных плоских магнитов. Т. о., Ампер впервые указал на тесную «генетическую» связь между электрическими и магнитными процессами и последовательно проводил чисто токовую идею происхождения магнетизма. Открыл (1822) магнитный эффект катушки с током – соленоида, сделал вывод, что соленоид, обтекаемый током, является эквивалентом постоянного магнита, выдвинул идею усиления магнитного поля путем помещения внутрь соленоида железного сердечника из мягкого железа. В 1820 г. предложил использовать электромагнитные явления для передачи сигналов. Изобрел коммутатор, электромагнитный телеграф (1829). Сформулировал понятие «кинематика».

Впервые после древних греков ввёл в 1834 г. термин «кибернетика» в предложенной им классификации наук для обозначения науки об общих законах управления сложными системами. Разработал классификацию науки своего времени, изложенную в работе «Опыт философии наук…» (1834)

Андре-Мари Ампер | ldsound.ru

Андре Мари Ампер родился 22 января 1775 года. Его отец Жан-Жак Ампер вместе со своими братьями торговал лионскими шелками. Мать Жанна Сарсе – дочь одного из крупных лионских торговцев. Детство Андре прошло в небольшом поместье Полемье, купленном отцом в окрестностях Лиона.

Он никогда не ходил в школу, но чтению и арифметике выучился очень быстро. Уже в 14 лет он прочитал все двадцать восемь томов французской “Энциклопедии”. Особый интерес Андре проявлял к физико-математическим наукам. Андре начал посещать библиотеку Лионского колледжа, чтобы читать труды великих математиков.

В возрасте тринадцати лет, он представил в Лионскую академию свои первые работы по математике.

В 1793 году в Лионе вспыхнул мятеж, который вскоре был подавлен. За сочувствие мятежникам был обезглавлен Жан-Жак Ампер. По приговору суда почти все имущество было конфисковано. Ампер решил переселиться в Лион и давать частные уроки математики.

В 1802 году Ампера пригласили преподавать физику и химию в Центральную школу города Бурк-ан-Бреса, в шестидесяти километрах от Лиона.

В конце 1804 года Ампер покинул Лион и переехал в Париж, где он получил должность преподавателя Политехнической школы. Основная задача школы заключалась в подготовке высокообразованных технических специалистов с глубокими знаниями физико-математических наук.

В 1807 году Ампер был назначен профессором Политехнической школы. В 1808 году он получил место главного инспектора университетов. Время расцвета научной деятельности Ампера приходится на 1814-1824 годы и связано с Академией наук, в число членов которой он был избран 28 ноября 1814 года за свои заслуги в области математики.

Практически до 1820 года основные интересы ученого сосредоточивались на проблемах математики, механики и химии. Вопросами физики в то время он занимался очень мало. Ампер всегда рассматривал математику как мощный аппарат для решения разнообразных прикладных задач физики и техники. Не оставляет он и занятий химией. К его достижениям в области химии отнестится открытие, независимо от Авогадро, закона равенства молярных объемов различных газов.

В 1820 году физик Эрстед обнаружил, что вблизи проводника с током отклоняется магнитная стрелка. Так было открыто свойство электрического тока – создавать магнитное поле. Ампер подробно исследовал это явление и открыл взаимодействие токов.

Он установил, что два параллельных провода, по которым течет ток в одинаковом направлении, притягиваются друг к другу, а если направления токов противоположны, провода отталкиваются. Ампер объяснил это явление взаимодействием магнитных полей, которые создают токи. О полученных результатах Ампер сразу же сообщил в Академию. На заседании 25 сентября он развил эти идеи далее, демонстрируя опыты, в которых спирали, обтекаемые током (соленоиды), взаимодействовали друг с другом как магниты.

Ампер решил найти закон взаимодействия токов в виде строгой математической формулы и нашел этот закон, который носит теперь его имя. Так шаг за шагом в работах Ампера вырастала новая наука – электродинамика, основанная на экспериментах и математической теории. С 1820 по 1826 год Ампер публикует ряд теоретических и экспериментальных работ по электродинамике. В 1826 году выходит из печати “Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта”.

В 1824 году Ампер был избран на должность профессора Коллеж де Франс. Ему предоставили кафедру общей и экспериментальной физики.

В 1835 году он опубликовал работу, в которой доказал сходство между световым и тепловым излучениями и показал, что все излучения при поглощении превращаются в тепло. Ампер разработал систему классификации наук, которую намеревался изложить в двухтомном сочинении. В 1834 году вышел первый том “Опыты философии наук или аналитического изложения естественной классификации всех человеческих знаний”. Ампер ввел такие слова, как “электростатика”, “электродинамика”, “соленоид”. Ампер высказал мысль о том, что, вероятно, возникнет новая наука об общих закономерностях процессов управления. Он предложил именовать ее “кибернетикой”.

Ампер умер от воспаления легких 10 июля 1836 года в Марселе во время инспекционной поездки. Там же он и был похоронен.

Закон ампера формула и определение кратко. Закон ампера применение закона закон ампера. Магнитное поле и его свойства

Закон Ампера показывает, с какой силой действует магнитное поле на помещенный в него проводник. Эту силу также называют силой Ампера.

Ампер первым установил, что проводники, по которым течет электрический ток, взаимодействуют механически (притягиваются или отталкиваются).

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера. Ее обозначения: \(\overrightarrow{F} \) ,\(\overrightarrow{F}_{A} \) . Сила (\(\overrightarrow{F} \) ), которая действует на прямолинейный проводник с током (I ), всегда перпендикулярна проводнику и направлению вектора магнитной индукции (\(\overrightarrow{B} \) ). В том случае, если прямолинейный проводник расположен параллельно вдоль направления линий магнитного поля, поле не действует.

Конкретное направление силы Ампера можно найти с помощью правила левой руки. Левую руку надо расположить так, чтобы линии поля входили в ладонь, четыре пальца были направлены по току, тогда отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление силы Ампера.

Еще Ампер установил, что два параллельных проводника с током притягиваются, если токи имеют одинаковые направления и отталкиваются, если токи текут в противоположные стороны. Это просто объяснить, если представить, что один проводник создает магнитное поле, а другой проводник в него помещен и это поле действует на него. Можно использовать правило левой руки и выяснить, как направлена сила.

Закон Ампера

Сила Ампера – сила, действующая на проводник тока, находящийся в магнитном поле и равная произведению силы тока в проводнике, модуля вектора индукции магнитного поля, длины проводника и синуса угла между вектором магнитного поля и направлением тока в проводнике.

Для прямолинейного проводника сила Ампера имеет вид:

\[ \large{\overrightarrow{F}_{A}} = I \cdot \overrightarrow{B} \cdot \overrightarrow{l} \cdot sin(α) \]

где: \(I \) — сила тока, которая течет в проводнике, \(\overrightarrow{B} \) — вектор индукции магнитного поля, в которое проводник помещен, \(\overrightarrow{l} \) — длина проводника в поле, направление задано направлением тока, \(\alpha \) — угол между векторами \(\overrightarrow{l\ }и\ \overrightarrow{B} \) .

Этой формулой можно пользоваться:

• если длина проводника такая, что индукция во всех точках проводника может считаться одинаковой;
• если магнитное поле однородное (тогда длина проводника может быть любой, но при этом проводник целиком должен находиться в поле).{-2} \) кг, длина l=0,4м. Индукция магнитного поля равна 0,25Тл. Определите величину угла, на который отклонятся нити, на которых висит проводник с током. Проводник весь находится в поле.

  Решение

  Проводник расположен перпендикулярно плоскости рисунка (ток направлен от нас). Запишем условие равновесия для проводника:

  \[ \overrightarrow{F_A}+\overrightarrow{mg}+2\overrightarrow{N}=0\ \left(1.1\right), \]

  где \(\overrightarrow{F_A} \) — сила Ампера, \(\overrightarrow{mg} \) — сила тяжести, \(\overrightarrow{N} \) — сила реакции нити.

  Проектируем (1.1) на оси:

  \[ X:\ -F_A-2Nsin\alpha =0\ \left(1.2\right). \]

  \[ Y:\ -mg+2Ncos\alpha =0\ \left(1.3\right). \]

  Разделим (1.2) на (1.3), получим:

  \[ \frac{F_A}{mg}=tg\alpha \ \left(1.4\right). \]

  Модуль силы Ампера для прямолинейного проводника с током, который подвешен в поле с током, причем \(\overrightarrow{B}\bot \overrightarrow{l}\ \) равен:

  \[ F_A=IBl\ \left(1.\circ \) .

  Пример 2

  Задача

  Один проводник с током имеет форму квадрата, по нему утечет ток I. В одной плоскости с рамкой лежит бесконечно длинный прямой проводник с таким же током. Расположение проводников задано на рис.3. Найдите, какова сила, действующая на рамку, если расстояние между одной из сторон рамки и проводом равно длине стороны квадрата.

  Решение

  Магнитное поле создается бесконечно длинным проводником с током. Модуль индукции этого поля нам известен его можно записать как:

  \[ B\left(r\right)=\frac{{\mu }_0}{2\pi }\frac{I}{r}\left(2.2\right), \]

  где r — расстояние от блинного проводника до точки поля.

  Поле провода имеет цилиндрическую симметрию, для всех точек рамки оно будет направлено перпендикулярно. Если рассмотреть по очереди силы Ампера, которые действуют на каждый из четырех составных частей рамки, то выражение для модуля силы Ампера можно использовать в виде:

  \[ F=IBlsin\alpha \ \left(2.2}{a}. \)

  Пример 3

  Задача

  Однородное магнитное поле величиной двадцать Тесла удерживает от падения помещенный в него (перпендикулярно линиям магнитной индукции) прямолинейный проводник. Масса проводника четыре килограмма, длина пол метра.

  Необходимо: определить силу тока в проводнике.

  Данные

  m=4 кг; l=0,5 м; B=20 Тл; I — ?

  Решение

  На прямолинейный проводник воздействуют две силы: \(F=m \cdot g \) – сила тяжести и \(F=B \cdot I \cdot l \) – сила Ампера.

  Поскольку проводник не падает – эти силы равны \(m \cdot g=B \cdot I \cdot l \).

  Из полученного равенства выведем формулу для определения силы тока в проводнике, помещенном в магнитное поле \(I=\dfrac{m\cdot g}{B\cdot l} \)

  Подставив численные значения физических величин в формулу, определим силу тока в проводнике

  \(I=\dfrac{m\cdot g}{B\cdot l}=\dfrac{4\cdot 9,8}{20\cdot 0,5}=3.92 A \)

  Ответ

  сила тока в проводнике равна три целых девяносто две сотых Ампера \(3.92 A \).

  Пример 4

  Задача

  Прямой проводник длиной \(l = 20\) см и массой \(m = 105\) г подвешен горизонтально на двух легких нитях в однородном вертикальном магнитном поле. Модуль индукции магнитного поля \(В = 0,20\) Тл. Если по проводнику пропустить ток \(I = 5,0\) А, то нити, поддерживающие проводник, отклонятся от вертикали на угол \(\alpha \). Сколько градусов будет составлять угол \(\alpha \).

  Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.

  Сила действия однородного магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником:

  F=B . I . ℓ . sin α — закон Ампера.

  Сила, действующая на заряженную движущуюся частицу в магнитном поле, называется силой Лоренца:

  Если вектор v частицы перпендикуляренвектору В , то частица описывает траекторию в виде окружности:

  Роль центростремительной силы играет сила Лоренца:

  При этом радиус окружности: ,

  Если вектор скорости и частицы не перпендикулярен В, то частица описывает траекторию в виде винтовой линии (спирали).

  44. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Применение теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции для расчета поля прямого тока. Циркуляция вектора магнитной индукции через замкнутый контур=произведению магнитной постоянной на алгебраическую сумму токов, охватываемых контуром.

  ∫BdL=μ 0 I; I=ΣI i

  Теорема говорит о том, что магнитное поле не является потенциальным, а является вихревым.

  Применение в тетради

  45. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца

  Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции ε инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

  Эта формула носит название закона Фарадея .

  Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение, сформулированное в 1833 г., называется правилом Ленца .

  Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что ε инд ивсегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея). Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

  ε i =-N, гдеN- кол-во витков

  Способ возникновения ЭДС:

  1.рамка неподвижна, но изменяется магнитный поток за счёт движения ккатушки или за счет изменения силы тока в ней.

  2.рамка перемещается в поле непожвижной катушки.

  46. Явление самоиндукции.

  Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется явлением самоиндукции.

  Магнитный поток, обусловленный собственным током контура (сцепленный с контуром), пропорционален магнитной индукции, которая, в свою очередь, по закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току.

  Где L –коэффициент самоиндукции или индуктивность, «геометрическая» характеристика проводника, так как зависит от его формы и размеров, а также от магнитных свойств среды.

  47. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Свойства уравнений Максвелла.

  Закон Гаусса Поток электрической индукции через замкнутую поверхность s пропорционален величине свободного заряда, находящегося в объёме v, который окружает поверхность s.

  Закон Гаусса для магнитного поля Поток магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю (магнитные заряды не существуют).

  Закон индукции Фарадея Изменение потока магнитной индукции, проходящего через незамкнутую поверхность, взятое с обратным знаком, пропорционально циркуляции электрического поля на замкнутом контуре, который является границей поверхности.

  Теорема о циркуляции магнитного поля

  Полный электрический ток свободных зарядов и изменение потока электрической индукции через незамкнутую поверхность , пропорциональны циркуляции магнитного поля на замкнутом контуре, который является границей поверхности.

  Свойства уравнений Максвелла.

  А. Уравнения Максвелла линейны . Они содержат только первые производные полейEиBпо времени и пространственным координатам, а так же первые степени плотности электрических зарядов ρ и токов γ. Свойство линейности уравнений непосредственно связано с принципом суперпозиции.

  Б. Уравнения Максвелла содержат уравнение непрерывности , выражающее закон сохранения электрического заряда:

  В. Уравнения Максвелла выполняются во всех инерциальных системах отсчёта . Они являются релятивистски-инвариантными, что подтверждается опытными данными.

  Г. О симметрии уравнений Максвелла .

  Уравнения не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это обусловлено тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет магнитных зарядов. Вместе с тем в нейтральной однородной среде, где ρ = 0 и j=0 ,уравнения Максвелла приобретают симметричный вид, т.е.Eтак связано с(dB/dt) , какBсdE/dt.

  Д. Об электромагнитных волнах .

  Из уравнений Максвелла следует важный вывод о существовании принципиально нового физического явления: электромагнитное поле способно существовать самостоятельно без электрических зарядов и токов. При этом изменение его состояния обязательно имеет волновой характер. Всякое изменение во времени магнитного поля возбуждает поле электрическое, изменение электрического поля, в свою очередь, возбуждает магнитное поле. За счёт непрерывного взаимопревращения они и должны сохранятся. Поля такого рода называются электромагнитными волнами . Выяснилось также, что ток смещения(dD/dt) играет в этом явлении первостепенную роль.

  Магнитное поле и его свойства.

  Магнитное поле это материя, которая возникает вокруг источников электрического тока, а также вокруг постоянных магнитов. В пространстве магнитное поле отображается как совокупление сил, которые способны оказать воздействие на намагниченные тела. Это действие объясняется наличием движущих разрядов на молекулярном уровне.

  Магнитное поле формируется только вокруг электрических зарядов, которые находятся в движении. Именно поэтому магнитное и электрическое поле являются, неотъемлемыми и вместе формируют электромагнитное поле . Компоненты магнитного поля взаимосвязаны и воздействуют друг на друга, изменяя свои свойства.

  Свойства магнитного поля:
  1. Магнитное поле возникает под воздействие движущих зарядов электрического тока.
  2. В любой своей точке магнитное поле характеризуется вектором физической величины под названием магнитная индукция , которая является силовой характеристикой магнитного поля.
  3. Магнитное поле может воздействовать только на магниты, на токопроводящие проводники и движущиеся заряды.
  4. Магнитное поле может быть постоянного и переменного типа
  5. Магнитное поле измеряется только специальными приборами и не может быть воспринятым органами чувств человека.
  6. Магнитное поля является электродинамическим, так как порождается только при движении заряженных частиц и оказывает влияние только на заряды, которые находятся в движении.
  7. Заряженные частицы двигаются по перпендикулярной траектории.

  Магнитные линии, определение их направления.

  Направление линий магнитного поля тока зависит от направления тока в проводнике.

  Эта связь может быть выражена простым правилом, которое на­зывают правилом буравчика (или правилом правого винта).

  Правило буравчика заключается в следующем:

  если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направ­ление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий, магнитного поля тока .

  С помощью правила буравчика по направлению тока можно оп­ределить направление линий магнитного поля, создаваемого этим током, а по направлению линий магнитного поля — направление тока, создающего это поле.

  Сила Ампера (определение, формула, направление).

  Сила Ампера это та сила, с которой магнитное поле действует на проводник, с током помещённый в это поле. Величину этой силы можно определить с помощью закона Ампера. В этом законе определяется бесконечно малая сила для бесконечно малого участка проводника. Что дает возможность применять этот закон для проводников различной формы.

  Направление силы Ампера находится по правилу левой руки. Когда левая рука расположена таким образом, что лини магнитной индукции внешнего поля входят в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывают направление движения тока в проводнике, при этом отогнутый под прямым углом большой палец будет указывать направление силы, которая действует на элемент проводника.

  — один из важнейших и полезнейших законов в электротехнике, без которого немыслим научно-технический прогресс. Этот закон был впервые сформулирован в 1820 году Андре Мари Ампером. Из него следует, что два расположенные параллельно проводника, по которым проходит электрический ток, притягиваются, если направления токов совпадают, а если течёт в противоположных направлениях, то проводники отталкиваются. Взаимодействие здесь происходит посредством магнитного поля, которое перманентно возникает при движении заряженных частиц. Математически закон Ампера в простой форме выглядит так:

  F = BILsinα,

  где F — это сила Ампера (сила, с которой проводники отталкиваются или притягиваются), где B — ; I — сила тока; L — длина проводника; α — угол между направлением тока и направлением магнитной индукции.

  Интересное видео с уроком о силе Ампера:

  Любые узлы в электротехнике, где под действием происходит движение каких-либо элементов, используют закон Ампера. Самый широко распространённый и используемый чуть-ли не во всех технических конструкциях агрегат, в основе своей работы использующий закон Ампера — это электродвигатель, либо, что конструктивно почти то же самое, генератор.
  

  Именно под действием силы Ампера происходит вращение ротора, поскольку на его обмотку влияет магнитное поле статора, приводя в движение. Любые транспортные средства на электротяге для приведения во вращение валов, на которых находятся колёса, используют силу Ампера (трамваи, электрокары, электропоезда и др). Также магнитное поле приводит в движение механизмы электрозапоров (электродвери, раздвигающиеся ворота, двери лифта). Другими словами, любые устройства, которые работают на электричестве и имеющие вращающиеся узлы основаны на эксплуатации закона Ампера. Также он находит применение во многих других видах , например, в громкоговорителях.

  В громкоговорителе или динамике для возбуждения мембраны, которая формирует звуковые колебания используется постоянный магнит. На него под действием электромагнитного поля, создаваемого расположенным рядом проводником с током, действует сила Ампера, которая изменяется в соответствии с нужной звуковой частотой.

  Ещё одно видео о законе Ампера смотрите ниже:

• Основные законы Динамики. Законы Ньютона — первый, второй, третий. Принцип относительности Галилея. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Силы упругости. Вес. Силы трения — покоя, скольжения, качения + трение в жидкостях и газах.
• Кинематика. Основные понятия. Равномерное прямолинейное движение. Равноускоренное движение. Равномерное движение по окружности. Система отсчёта. Траектория, перемещение, путь, уравнение движения, скорость, ускорение, связь линейной и угловой скорости.
• Простые механизмы. Рычаг (рычаг первого рода и рычаг второго рода). Блок (неподвижный блок и подвижный блок). Наклонная плоскость. Гидравлический пресс. Золотое правило механики
• Законы сохранения в механике. Механическая работа, мощность, энергия, закон сохранения импульса, закон сохранения энергии, равновесие твердых тел
• Движение по окружности. Уравнение движения по окружности. Угловая скорость. Нормальное = центростремительное ускорение. Период, частота обращения (вращения). Связь линейной и угловой скорости
• Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания. Гармонические колебания. Упругие колебания. Математический маятник. Превращения энергии при гармонических колебаниях
• Механические волны. Скорость и длина волны. Уравнение бегущей волны. Волновые явления (дифракция. интерференция…)
• Гидромеханика и аэромеханика. Давление, гидростатическое давление. Закон Паскаля. Основное уравнение гидростатики. Сообщающиеся сосуды. Закон Архимеда. Условия плавания тел. Течение жидкости. Закон Бернулли. Формула Торричели
• Молекулярная физика. Основные положения МКТ. Основные понятия и формулы. Свойства идеального газа. Основное уравнение МКТ. Температура. Уравнение состояния идеального газа. Уравнение Менделеева-Клайперона. Газовые законы — изотерма, изобара, изохора
• Волновая оптика. Корпускулярно-волновая теория света. Волновые свойства света. Дисперсия света. Интерференция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света. Поляризация света
• Термодинамика. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты. Тепловые явления. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Уравнение теплового балланса. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели
• Электростатика. Основные понятия. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Теория близкодействия. Потенциал электрического поля. Конденсатор.
• Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для полной цепи. Закон электролиза Фарадея. Электрические цепи — последовательное и параллельное соединение. Правила Кирхгофа.
• Электромагнитные колебания. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Переменный электрический ток. Конденсатор в цепи переменного тока. Катушка индуктивности («соленоид») в цепи переменного тока.
• Электромагнитные волны. Понятие электромагнитной волны. Свойства электромагнитных волн. Волновые явления
• Вы сейчас здесь: Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Правило буравчика. Закон Ампера и сила Ампера. Сила Лоренца. Правило левой руки. Электромагнитная индукция, магнитный поток, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, самоиндукция, энергия магнитного поля
• Квантовая физика. Гипотеза Планка. Явление фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Фотоны. Квантовые постулаты Бора.
• Элементы теории относительности. Постулаты теории относительности. Относительность одновременности, расстояний, промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Зависимость массы от скорости. Основной закон релятивистский динамики…
• Погрешности прямых и косвенных измерений. Абсолютная, относительная погрешность. Систематические и случайные погрешности. Среднее квадратическое отклонение (ошибка). Таблица определения погрешностей косвенных измерений различных функций.

История магнетизма и электричества

600 до н.э. — магнитный камень

Магнитные свойства природных ферритных ферритовых (Fe ₃ O ₄ ) камней (магнитов) были описаны греческими философами.

600 до н.э. — Электрический заряд

Янтарь — желтоватый полупрозрачный минерал. Еще в 600 г. до н.э. греческий философ Аристофан знал об его особенном свойстве: при натирании куска меха янтарь развивает способность притягивать к себе небольшие кусочки материала, например перья.На протяжении веков это странное, необъяснимое свойство считалось уникальным для янтаря. Этот странный эффект оставался загадкой более 2000 лет, пока примерно в 1600 году нашей эры доктор Уильям Гилберт не исследовал реакции янтаря и магнитов и впервые записал слово «электрический» в отчете по теории магнетизма.

Позже, в 1895 г., Х.А. Лоренц разработал теорию электронов. Теперь мы знаем, что есть три способа производства электричества: статическая, электрохимическая и электромагнитная индукция.

1175 — Первое упоминание о компасе

Александр Некем, английский монах из Сент-Олбанса, описывает работу компаса.

1269 — Первое подробное описание компаса

Петрус Перегринус де Маринкур, французский крестоносец, описывает плавающий компас и компас с точкой поворота.

1600 — Статическое электричество (De Magnete)

В 16 веке Уильям Гилберт (1544–1603), придворный врач королевы Елизаветы I, доказал, что многие другие вещества являются электрическими (от греческого слова янтарь, электрон) и что они обладают двумя электрическими эффектами.При натирании мехом янтарь приобретает смолистое электричество; однако стекло, натираемое шелком, приобретает стекловидное электричество. Электричество отталкивает одно и то же и притягивает противоположный вид электричества. Ученые думали, что трение действительно создало электричество (их слово для обозначения заряда). Они не осознавали, что на мехе или шелке остается равное количество противоположного электричества. Доктор Уильям Гилберт понял, что сила создается, когда кусок янтаря (смолы) натирается шерстью и притягивает легкие предметы.Сегодня, описывая это свойство, мы говорим, что янтарь «наэлектризован» или обладает «электрическим зарядом». Эти термины произошли от греческого слова «электрон», означающего янтарь, и отсюда и возник термин «электричество». Лишь в конце 19 века это «нечто» состояло из отрицательного электричества, известного сегодня как электроны.

Гилберт также изучал магнетизм и в 1600 году написал «De magnete», который дал первое рациональное объяснение таинственной способности стрелки компаса указывать север-юг: сама Земля была магнитной .«Де Магнет» открыл эру современной физики и астрономии и положил начало веку, отмеченному великими достижениями Галилея, Кеплера, Ньютона и других.

Гилберт записал три способа намагничивания стальной иглы: прикосновением к грузоподъемному камню; холодным волочением в направлении Север-Юг; и при длительном воздействии магнитного поля Земли при ориентации Север-Юг.

1660 — Генератор статического электричества

Отто фон Герике изобретает грубую машину для производства статического электричества.

1729 — Проводники и непроводники

Стивен Грей описывает, что мощность, которой обладает одно наэлектризованное тело, может передаваться другому путем их соединения.

1734 — Электрическое притяжение и отталкивание

Шарль Франсуа де Систерне Дю Фай первым распознал два вида электричества.

1730 — Составной магнит

Servigton Savery производит первый составной магнит, связывая вместе несколько искусственных магнитов с общим полюсным наконечником на каждом конце.

1740 — Первый коммерческий магнит

Gowen Knight производит первые искусственные магниты для продажи научным исследователям и наземным мореплавателям.

1745 — Электрическая сила, конденсатор

Лейденская банка — одна из самых ранних и простых форм электрического конденсатора, независимо изобретенная около 1745 года голландским физиком Питером ван Мушенбруком из Лейденского университета и Эвальдом Георгом фон Клейстом из Померании. Первоначальная лейденская банка представляла собой стеклянную банку с водой с закрытой пробкой, через которую в воду выходила проволока или гвоздь.Банку заряжали, держа ее в одной руке и приводя оголенный конец провода в контакт с электрическим устройством. Если контакт между проводом и источником электричества был прерван, а провод касался другой рукой, происходил разряд, который воспринимался как сильный ток.

Если заряд Q помещается на металлические пластины, напряжение повышается до величины V. Показателем способности конденсатора накапливать заряд является емкость C, где C = Q / V. Заряд проходит от конденсатора так же, как от аккумулятора, но с одним существенным отличием.Когда заряд покидает пластины конденсатора, без подзарядки ничего нельзя получить. Это происходит потому, что электрическая сила консервативна. Выделяемая энергия не может превышать запасенную. Способность выполнять работу называется электрическим потенциалом .

Тип сохранения энергии также связан с ЭДС. Электрическая энергия, получаемая от батареи, ограничена энергией, хранящейся в химических молекулярных связях. И ЭДС, и электрический потенциал измеряются в вольтах, и, к сожалению, термины напряжение, потенциал и ЭДС используются довольно свободно.Например, термин потенциал батареи часто используется вместо ЭДС.

1747 — Стекловидное электричество, сохранение заряда

Бенджамин Франклин (1706-90) был американским печатником, писателем, философом, дипломатом, ученым и изобретателем.

После открытия Гилбертом того факта, что сила электрического заряда создается трением различных материалов, Бенджамин Франклин в 1747 году улучшил это, объявив, что этот электрический заряд существует двух типов электрических сил, силы притяжения и силы отталкивания .(Уильям Уотсон (1715-87) в Англии независимо пришел к такому же выводу.) Чтобы идентифицировать эти две силы, он дал названия, положительный и отрицательный заряды, и для их обозначения он использовал знаки + и -, обозначающие положительный и отрицательный заряды. the — для отрицательного. Бенджамин Франклин понял, что все материалы обладают одним видом электрической «жидкости», которая может свободно проникать в материю, но не может быть ни создана, ни разрушена. Действие трения просто передает жидкость от одного тела к другому, электризуя оба.Франклин и Ватсон разработали принцип сохранения заряда: общее количество электричества в изолированной системе постоянно. Франклин определил жидкость, которая соответствует электричеству стекловидного тела, как положительное, а отсутствие жидкости как отрицательное. Следовательно, согласно Франклину, направление потока было от положительного к отрицательному, — противоположное тому, что сейчас считается истинным. В дальнейшем была разработана теория двух жидкостей, согласно которой образцы одного типа притягиваются, а образцы противоположных типов — отталкиваются.

Франклин был знаком с лейденской банкой (стеклянной банкой, покрытой изнутри и снаружи оловянной фольгой), как она может хранить заряд и как она вызывала электрический ток при разрядке. Франклин задался вопросом, были ли молния и гром также результатом электрических разрядов. Во время грозы 1752 года Франклин запустил воздушного змея с металлическим наконечником. В конце влажной проводящей веревки из конопли, по которой летел змей, он прикрепил металлический ключ, к которому привязал непроводящую шелковую веревку, которую держал в руке.Эксперимент был чрезвычайно опасным, но результаты были безошибочными: когда он держал костяшки пальцев возле ключа, он мог вытянуть из него искры. Следующие двое, пытавшиеся провести этот чрезвычайно опасный эксперимент, были убиты.

1750 — Первая книга по изготовлению магнитов

Джон Митчелл издает первую книгу по изготовлению стальных магнитов.

1757 — Power, Steam Engine

Джеймс Ватт (1736-1819) не проводил электрических экспериментов. Он был мастером по профессии и в 1757 году основал ремонтную мастерскую в Глазго.Ватт измерил скорость работы, выполняемой лошадью, поднимающей мусор в старую шахту, и обнаружил, что она составляет около 22 000 фут-фунтов в минуту. Он добавил, что запас в 50% составляет . 33000 фут-фунтов равняются одной лошадиных сил.

Джеймс Ватт, также изобрел паровой конденсационный двигатель. Его усовершенствования паровых двигателей были запатентованы в течение 15 лет, начиная с 1769 года, и его именем была названа электрическая единица мощности — Ватт. Когда генератор Эдисона был соединен с паровой машиной Ватта, производство электроэнергии в больших масштабах стало практическим предложением.

1767 — Электрическая сила

Уже в 1600 году было известно, что сила притяжения или отталкивания уменьшается по мере разделения зарядов . Эта взаимосвязь была впервые поставлена ​​на числовую или количественную основу Джозефом Пристли, другом Бенджамина Франклина. В 1767 году Пристли косвенно вывел, что когда расстояние между двумя маленькими заряженными телами увеличивается в какой-то раз, силы между телами уменьшаются на квадрат множителя.Например, если расстояние между зарядами увеличивается втрое, сила уменьшается до одной девятой своего прежнего значения. Доказательство Пристли, хотя и строгое, было настолько простым, что он не стал его настойчиво защищать. Этот вопрос не считался решенным до 18 лет спустя, когда Джон Робинсон из Шотландии провел более прямые измерения задействованной электрической силы.

1780 — Электрический ток

Из-за несчастного случая итальянский ученый 18 века Луиджи Гальвани начал цепочку событий, кульминацией которых стало развитие концепции напряжения и изобретение батареи.В 1780 году один из помощников Гальвани заметил, что рассеченная лягушачья лапа дергалась, когда он касался ее нерва скальпелем. Другой помощник подумал, что в то же время он видел искру от ближайшего заряженного электрогенератора. Гальвани предположил, что электричество было причиной мышечных сокращений. Однако он ошибочно полагал, что этот эффект был вызван переносом особой жидкости или «животным электричеством», а не обычным электричеством.

Подобные эксперименты, в которых лапы лягушки или птицы стимулировались контактом с различными типами металлов, привели Луиджи Гальвани в 1791 году к выдвижению теории о том, что ткани животных генерируют электричество.Экспериментируя с тем, что он назвал атмосферным электричеством, Гальвани обнаружил, что мышца лягушки подергивается, когда ее подвешивают за медный крючок на железной решетке.

1792 — Электрохимия, гальванический элемент

К 1792 году другой итальянский ученый, Алессандро Вольта, не согласился: он понял, что главными факторами открытия Гальвани были два разных металла — стальной нож и оловянная пластина, на которых лежала лягушка. . различные металлы, разделенные влажной тканью лягушки, производили электричество.Нога лягушки была просто детектором.

В 1800 году Вольта показал, что когда влага проникает между двумя разными металлами, возникает электричество. Это побудило его изобрести первую электрическую батарею, гальваническую батарею, которую он сделал из тонких листов меди и цинка, разделенных влажным картоном (войлок, пропитанный рассолом).

Таким образом был открыт новый вид электричества — электричество, которое непрерывно текло, как водяной поток, а не разряжалось одной искрой или ударом.Вольта показал, что электричество можно заставить перемещаться из одного места в другое по проводам, тем самым сделав важный вклад в науку об электричестве.

1820 — Электромагнетизм, ток

В 1820 году физик Ганс Кристиан Эрстед узнал, что ток, протекающий по проводу, будет двигать стрелку компаса, расположенную рядом с ним. Это показало, что электрический ток создает магнитное поле.

Андре Мари Ампер, французский математик, посвятивший себя изучению электричества и магнетизма, был первым, кто объяснил электродинамическую теорию.Он показал, что два параллельных провода, по которым протекает ток, притягиваются друг к другу, если токи текут в одном направлении, и противодействуют друг другу, если токи текут в противоположных направлениях. Он сформулировал в математических терминах законы, которые управляют взаимодействием токов с магнитными полями в цепи, и в результате от его имени была получена единица измерения электрического тока , усилитель . Электрический заряд в движении называется электрическим током. Сила тока — это количество заряда, проходящего через данную точку в секунду, или I = Q / t, где Q кулонов заряда проходит за t секунд.Единица измерения тока — это ампер или ампер, где 1 ампер = 1 кулон / сек. Поскольку ток также является источником магнетизма, он является связующим звеном между электричеством и магнетизмом.

1822 — Преобразования Фурье

Барон Жозеф Фурье (1768-1830) был французским математиком. Его метод анализа волн, опубликованный в 1822 году, был результатом его работы о потоке тепла. Он показывает, как любую волну можно построить из более простых волн. Этот мощный раздел математики, преобразования Фурье, внес свой вклад в важные современные разработки, такие как распознавание электронной речи.

1826 — Сопротивление — токи, вызывающие нагрев

В 1826 году немецкий физик Георг Симон Ом исследовал принцип Вольта для электрической батареи и соотношение токов в цепи Ампер. Он отметил, что когда в цепи был ток, время от времени возникало тепло, и количество тепла было связано с разными металлами. Он обнаружил, что существует связь между током и теплом, существует некое «сопротивление» протеканию тока в цепи.Обнаружив это, он обнаружил, что если разность потенциалов (вольт) остается постоянной, ток пропорционален сопротивлению. Эта единица электрического сопротивления — ом — была названа в его честь. Он также сформулировал закон, показывающий соотношение между вольт, ампер и сопротивлением , и этот закон был назван «законом Ома», также названным в его честь. Этот закон, каким мы его знаем сегодня, лежит в основе электричества.

1830 — Индуктивность

В 1830 году Джозеф Генри (1797-1878) обнаружил, что изменение магнетизма может заставить токи течь, но он не смог опубликовать это.В 1832 году он описал самоиндукцию — основное свойство индуктора. В знак признания его работы индуктивность измеряется в генри. Затем была подготовлена ​​почва для всеобъемлющей электромагнитной теории Джеймса Клерка Максвелла. Разброс реальных токов огромен. Современный электрометр может обнаруживать токи величиной до 1/10000000000000000 ампер, что составляет всего 63 электрона в секунду. Ток в нервном импульсе составляет примерно 1/100 000 ампер; 100-ваттная лампочка рассчитана на 1 ампер; разряд молнии достигает пика примерно 20 000 ампер; А атомная электростанция мощностью 1200 мегаватт может выдавать 10 миллионов ампер при напряжении 115 В.

1836 — Ячейка Даниэля

В 1836 году Джон Даниэлл (1790-1845) предложил усовершенствованную электрическую ячейку, которая обеспечивала равномерный ток во время непрерывной работы. Ячейка Даниэля дала новый импульс исследованиям в области электричества и нашла множество коммерческих применений. В 1837 году Даниэлю была вручена высшая награда Королевского общества — медаль Копли за изобретение ячейки Даниэля.

1837 — Телеграф, электромагнит

После открытия электрической батареи и электромагнита Сэмюэл Морс (1791-1872) представил электрический телеграф.Закодированные сообщения передавались по проводам с помощью электрических импульсов (обозначенных точками и тире), известных как азбука Морзе. Это действительно было началом использования электроэнергии в коммерческих целях. Электрический телеграф известен как первое практическое применение электричества и первая система электрической связи. Здесь интересно отметить, что в то время почтовое отделение в Австралии играло важную роль в организации связи.

1840 — Механический компьютер

Чарльз Бэббидж (1791–1871), британский математик, сконструировал несколько машин для создания безошибочных таблиц для навигации.Механические устройства будут служить моделями для более поздних электронных компьютеров.

1850 — Термоэлектричество

Томас Зеебек, немецкий физик, открыл «эффект Зеебека». Он скрутил два провода, сделанных из разных металлов, и нагрел соединение в месте их встречи, создав небольшой ток. Ток — это результат перетекания тепла от горячего спая к холодному. Это называется термоэлектричеством. Термо — это греческое слово, означающее тепло.

1854 — Булева алгебра

Джордж Буль был полностью самоучкой.Он опубликовал способ использования символов, который идеально выражает правила логики. Используя эту систему, можно четко и часто упрощать сложные правила.

1855 — Электромагнитная индукция

Майкл Фарадей (1791-1867) англичанин, сделал одно из самых значительных открытий в истории электричества: электромагнитную индукцию. Его новаторская работа касалась того, как работают электрические токи. Многие изобретения явились результатом его экспериментов, но они появились на пятьдесят или сто лет спустя.Неудачи никогда не разочаровывали Фарадея. Он бы сказал; «неудачи так же важны, как и успехи». Он чувствовал, что неудачи тоже учат. Фарад, единица емкости названа в честь Майкла Фарадея.

Фарадей очень интересовался изобретением электромагнита, но его блестящий ум продвинул предыдущие эксперименты еще дальше. Если электричество может производить магнетизм, почему магнетизм не может производить электричество . В 1831 году Фарадей нашел решение.Электричество могло быть произведено посредством магнетизма движением. Он обнаружил, что когда магнит перемещается внутри катушки с медной проволокой, через нее течет крошечный электрический ток. H.C. Эрстед в 1820 году продемонстрировал, что электрические токи создают магнитное поле. Фарадей заметил это и в 1821 году экспериментировал с теорией, согласно которой, если электрические токи в проводе могут создавать магнитные поля, то магнитные поля должны производить электричество. К 1831 году он смог доказать это и с помощью своего эксперимента смог объяснить, что эти магнитные поля представляют собой силовые линии.Эти силовые линии заставят ток течь в катушке с проволокой, когда катушка вращается между полюсами магнита. Затем это действие показывает, что катушки проволоки, перерезанные магнитными силовыми линиями, каким-то странным образом вырабатывают электричество. Эти эксперименты убедительно продемонстрировали открытие электромагнитной индукции при производстве электрического тока путем изменения напряженности магнитного поля.

1860 — Arc Lights

По мере того, как практическое использование электричества стало очевидным и электрический телеграф начал работать, вскоре ученые начали искать пути дальнейшего использования этого электричества.Следующим очень важным достижением было внедрение электрической угольной дуги, которая была продемонстрирована в экспериментальной форме в 1808 году сэром Хамфри Дэви. Он использовал большую батарею, чтобы обеспечить ток для своей демонстрации, поскольку эти дуговые лампы требуют сильного тока, а средства механической выработки электричества еще не были разработаны. Принцип этих дуговых ламп состоит в том, что когда два угольных стержня в цепи соединяются, образуется дуга. Эта дуга, которая излучает блестящее накаливание, сохраняется до тех пор, пока стержни просто разъединены и механически подаются таким образом, чтобы поддерживать дугу.Поскольку дуговые лампы потребляли сильный ток от этих батарей, практическое применение они получили только в 1860 году. К этому времени были разработаны адекватные источники генерации, которые затем использовались в основном только для уличного освещения и в кинотеатрах. Хотя дуговое освещение все еще использовалось до начала 1900-х годов, в конечном итоге они были вытеснены лампами накаливания, за исключением того, что большинство кинотеатров используют их в своих проекторах даже сегодня.

1860 — Двигатель постоянного тока

История электродвигателя начинается с Ганса Христиана Эрстеда, который в 1820 году обнаружил, что электричество создает магнитное поле, как упоминалось ранее.Фарадей продолжил это в 1821 году, разработав принцип электродвигателя собственной конструкции. Среди них стоит упомянуть Якоби в 1834 году, Элиас в 1842 году, Фромент в 1844 году и Пачинотти в 1860 году. Пачинотти использовал арматуру с кольцевой обмоткой, которая использовалась в 1860 году и была выдающимся достижением по сравнению с любыми предыдущими попытками. Большинство этих двигателей находились на экспериментальной стадии, но только в 1871 году Зеноб Теофиль Грамм представил свой двигатель, который на самом деле был развитием машины Пачинотти.Этот двигатель был назван первым электродвигателем, имеющим коммерческое значение. В этот период ученые сосредоточились на «двигателе», но тем временем эксперименты с машинами, производящими электричество динамически, продолжались.

1866 — LeClanche Cell

Лекланш (1839–1882) — французский инженер, который примерно в 1866 году изобрел батарею, носящую его имя. В слегка измененном виде батарея Leclanché, теперь называемая сухим элементом, производится в больших количествах и широко используется в таких устройствах, как фонарики и портативные радиоприемники.Эта ячейка состоит из цинкового корпуса, заполненного влажной пастой, содержащей сульфат аммония. В центре этой электролитной пасты находится угольный стержень, покрытый диоксидом марганца, который является сильным окислителем.

1871 — Генератор постоянного тока

С разработкой Эдисоном в 1879 году угольной лампы накаливания, генератор постоянного тока стал одним из важнейших компонентов систем освещения с постоянным потенциалом. Раньше для уличного освещения использовались только дуговые лампы. Затем коммерческое и жилое освещение, к чему стремились изобретатели, стало практичным, и так родилась электроэнергетика и электроэнергетика.Когда Х. К. Эрстед в 1820 году обнаружил, что электрический ток создает магнитные поля, был разработан двигатель постоянного тока. В 1831 году Майкл Фарадей открыл принцип электромагнитной индукции. Он обнаружил, что перемещение магнита через катушку с проволокой вызывает электрический ток, протекающий по проволоке, поэтому теперь можно разработать электрический генератор. Но только в 1871 году, когда Грамм представил свой двигатель и генератор, электрический генератор стал использоваться в коммерческих целях. К 1872 году Сименс и Хальске из Берлина усовершенствовали генератор Грамма, изготовив якорь барабана.Были внесены и другие улучшения, такие как якорь с прорезями в 1880 году, но к 1882 году Эдисон завершил разработку системы, которую мы все еще используем для распределения электроэнергии от электростанций.

1876 — Телефон

С тех пор, как телеграф был изобретен Самуэлем Морсом в 1837 году, в его использовании были достигнуты большие успехи, но он продолжал работать как телеграфная система, использующая азбуку Морзе для связи. Александр Грэм Белл в 1875 году интересовался телеграфией и понял, что при использовании кода Морзе по телеграфным проводам должны быть другие способы связи с использованием электричества.Он также интересовался акустикой и звуком и работал по принципу, что если азбука Морзе создает электрические импульсы в электрической цепи, некоторые звуковые средства, вызывающие вибрацию в воздухе, могут также создавать электрические импульсы в цепи. В эксперименте он использовал «диафрагму», связанную с электрической цепью, и любой звук, достигающий диафрагмы, вызывал электрические импульсы, которые передавались на другой конец цепи. Тогда они вызовут вибрацию другой диафрагмы на этом конце и будут находиться по отношению к первой диафрагме, следовательно, звук будет электрически передаваться от одного конца цепи к другому.Он продолжал работать над этими экспериментами, и 7 марта 1876 года его телефон был официально запатентован, и его успешная демонстрация была проведена в выставочном зале в Филадельфии. Грэм Белл как раз успел запатентовать свой телефон, поскольку другой изобретатель Элиша Грей также экспериментировал с аналогичным изобретением. Позже Эдисон усовершенствовал диафрагму, которую тогда называли передатчиками, но Белл победил, удостоившись чести изобрести «телефон».

Александр Грэм Белл (1847-1922) родился в Шотландии, вырос в семье, которая интересовалась наукой о звуке.Отец и дед Белла учили глухих речи. Аппарат уровня звука назван в его честь белом. Уровни звука измеряются в десятых бел, или децибелах. Аббревиатура децибела — дБ.

1879 — Генерация постоянного тока, лампа накаливания

Томас Альва Эдисон (1847–1931) был одним из самых известных изобретателей всех времен с 1093 патентами. Самоучка, Эдисон интересовался химией и электроникой. За всю свою жизнь Эдисон получил только три месяца формального обучения и был исключен из школы как отсталый, хотя на самом деле из-за приступа скарлатины в детстве он был частично глухим.

Прошло почти 40 лет, прежде чем Томас Эдисон построил действительно практичный генератор постоянного тока. Многие изобретения Эдисона включали фонограф и улучшенный печатный телеграф. В 1878 году британский ученый Джозеф Суон изобрел лампу накаливания, а через двенадцать месяцев Эдисон сделал аналогичное открытие в Америке. Позже Свон и Эдисон создали совместную компанию по производству первой практичной лампы накаливания. До этого электрическое освещение было моими примитивными дуговыми лампами.

Эдисон использовал свой генератор постоянного тока, чтобы обеспечить электричеством свою лабораторию, а затем в сентябре 1882 года осветить первую улицу Нью-Йорка, освещенную электрическими лампами. постоянного тока для выработки электроэнергии, другие ученые в Европе и Америке признали, что постоянный ток имеет серьезные недостатки.

1880 — Слой Хевисайда

Оливер Хевисайд (1850-1925) Британский математик понял, что информация распространяется по кабелю в виде волны в пространстве между проводниками, а не через сами проводники.Его концепции позволили проектировать междугородные телефонные кабели. Он также обнаружил, почему радиоволны огибают Землю. Это привело к дальнему радиоприему.

1880 — Абсолютные температуры, законы Кирхгофа, законы Кулона, магнитный поток, микрофон

Уильям Томсон, лорд Кельвин (1824–1907) был наиболее известен своим изобретением новой температурной шкалы, основанной на концепции абсолютного нуля температуры. при -273 ° C (-460 ° F). До конца своей жизни Томсон яростно сопротивлялся идее о том, что энергия, излучаемая радиоактивностью, исходит изнутри атома.Одно из величайших научных открытий XIX века, Томсон умер, выступая против одного из самых важных нововведений в истории науки.

Московиц, Л. Р .: Руководство по проектированию и применению постоянных магнитов , Cahners Books International, Inc. (1976)

Магнитные поля, создаваемые токами: закон Ампера

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Вычислить ток, создающий магнитное поле.
• Используйте правило правой руки 2, чтобы определить направление тока или направление контуров магнитного поля.

Какая сила тока необходима для создания значительного магнитного поля, возможно, такого же сильного, как поле Земли? Геодезисты скажут вам, что воздушные линии электропередач создают магнитные поля, которые мешают их показаниям компаса. Действительно, когда Эрстед в 1820 году обнаружил, что ток в проводе воздействует на стрелку компаса, он не имел дела с очень большими токами.Как форма проводов, по которым проходит ток, влияет на форму создаваемого магнитного поля? Ранее мы отметили, что токовая петля создает магнитное поле, подобное магнитному полю, но как насчет прямого провода или тороида (бублика)? Как направление создаваемого током поля связано с направлением тока? Ответы на эти вопросы исследуются в этом разделе вместе с кратким обсуждением закона, регулирующего поля, создаваемые токами.

Магнитное поле, создаваемое длинным прямым проводом с током: Правило правой руки 2

Магнитные поля имеют направление и величину.Как отмечалось ранее, один из способов исследовать направление магнитного поля — это использовать компасы, как показано для длинного прямого токоведущего провода на рисунке 1. Датчики Холла могут определять величину поля. Поле вокруг длинной прямой проволоки находится в виде кольцевых петель. Правило правой руки 2 (RHR-2) возникло в результате этого исследования и справедливо для любого текущего сегмента — направьте большой палец в направлении тока, а пальцы сгибаются в направлении петель магнитного поля , созданных Это. {- 7} \ text {T } \ cdot \ text {m / A} \\ [/ latex] — проницаемость свободного пространства .( μ ₀ — одна из основных констант в природе. Позже мы увидим, что μ ₀ связано со скоростью света.) Поскольку провод очень длинный, величина поля зависит только от на расстоянии от проволоки r , а не в положении вдоль проволоки.

Пример 1. Расчет тока, создающего магнитное поле

Найдите ток в длинном прямом проводе, который создаст магнитное поле, вдвое превышающее земное, на расстоянии 5.0 см от проволоки.

Стратегия

Поле Земли составляет около 5,0 × 10 ⁻⁵ Тл, поэтому здесь B из-за проволоки принимается равным 1,0 × 10 ⁻⁴ Тл. Уравнение [латекс] B = \ frac {\ mu_ {0} I} {2 \ pi r} \\ [/ latex] можно использовать для поиска I , так как все остальные величины известны.

Решение

Решение для I и ввод известных значений дает

[латекс] \ begin {array} {lll} I & = & \ frac {2 \ pi rB} {\ mu _ {0}} = \ frac {2 \ pi \ left (5.{-7} \ text {T} \ cdot \ text {m / A}} \\ & = & 25 \ text {A} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Таким образом, умеренно большой ток создает значительное магнитное поле на расстоянии 5,0 см от длинного прямого провода. Обратите внимание, что ответ состоит только из двух цифр, поскольку поле Земли в этом примере указано только из двух цифр.

Закон Ампера и другие

Магнитное поле длинного прямого провода имеет большее значение, чем вы можете сначала подумать. Каждый сегмент тока создает магнитное поле, подобное тому, которое имеет длинный прямой провод, а полное поле тока любой формы представляет собой векторную сумму полей, создаваемых каждым сегментом. Формальное определение направления и величины поля, создаваемого каждым сегментом, называется законом Био-Савара . Интегральное исчисление необходимо для суммирования поля для тока произвольной формы. Это приводит к более полному закону, называемому закон Ампера , который связывает магнитное поле и ток в общем виде.Закон Ампера, в свою очередь, является частью уравнений Максвелла , которые дают полную теорию всех электромагнитных явлений. Рассмотрение того, как уравнения Максвелла выглядят для разных наблюдателей, привело к современной теории относительности и к осознанию того, что электрические и магнитные поля являются разными проявлениями одного и того же. Большая часть этого выходит за рамки данного текста как на математическом уровне, требующем расчетов, так и на объеме места, которое может быть отведено под него. Но для заинтересованного студента, и особенно для тех, кто продолжает заниматься физикой, инженерией или подобными занятиями, дальнейшее углубление в эти вопросы откроет описания природы, как элегантные, так и глубокие.В этом тексте мы будем иметь в виду общие особенности, такие как RHR-2 и правила для линий магнитного поля, перечисленные в разделе «Магнитные поля» и «Линии магнитного поля», концентрируясь при этом на полях, создаваемых в определенных важных ситуациях.

Установление связей: относительность

Слушая все, что мы делаем об Эйнштейне, у нас иногда создается впечатление, что он из ничего изобрел теорию относительности. Напротив, одной из мотиваций Эйнштейна было решить трудности, связанные с пониманием того, как разные наблюдатели видят магнитные и электрические поля.

Магнитное поле, создаваемое токонесущей круговой петлей

Магнитное поле около токоведущей петли показано на рисунке 2. Как направление, так и величина магнитного поля, создаваемого токоведущей петлей, являются сложными. RHR-2 можно использовать для определения направления поля около петли, но для получения более подробной информации необходимы картографирование с помощью компасов и правила о силовых линиях, приведенные в разделах «Магнитные поля» и «Линии магнитного поля».Существует простая формула для напряженности магнитного поля в центре круговой петли . Это

[латекс] B = \ frac {\ mu_ {0} I} {2R} \ left (\ text {в центре петли} \ right) \\ [/ latex],

, где R — радиус петли. Это уравнение очень похоже на уравнение для прямого провода, но действительно только в центре круговой петли провода. Сходство уравнений указывает на то, что аналогичная напряженность поля может быть получена в центре петли.Один из способов получить большее поле — это N петель; тогда поле B = Nμ ₀ I / (2 R ). Обратите внимание, что чем больше петля, тем меньше поле в ее центре, потому что ток дальше.

Рис. 2. (a) RHR-2 показывает направление магнитного поля внутри и снаружи токоведущей петли. (б) Более подробное картирование с помощью компасов или зонда Холла завершает картину. Поле похоже на поле стержневого магнита.

Магнитное поле, создаваемое токопроводящим соленоидом

Соленоид представляет собой длинную катушку провода (с большим количеством витков или петель, в отличие от плоской петли). Из-за своей формы поле внутри соленоида может быть как очень однородным, так и очень сильным. Поле сразу за катушками почти равно нулю. На рисунке 3 показано, как поле выглядит и как его направление задается RHR-2.

Рис. 3. (a) Из-за своей формы поле внутри соленоида длиной l заметно однородно по величине и направлению, на что указывают прямые и равномерно разнесенные силовые линии.Поле вне катушек почти равно нулю. (b) Этот разрез показывает магнитное поле, создаваемое током в соленоиде.

Магнитное поле внутри соленоида с током очень однородно по направлению и величине. Только ближе к концам он начинает ослабевать и менять направление. Поле снаружи имеет те же сложности, что и плоские контуры и стержневые магниты, но напряженность магнитного поля внутри соленоида просто равна

.

[латекс] B = {\ mu} _ {0} nI \ left (\ text {внутри соленоида} \ right) \\ [/ latex],

, где n — количество петель на единицу длины соленоида ( n = N / l , где N — количество петель, а l — длина).Обратите внимание, что B — это напряженность поля в любом месте однородной внутренней части, а не только в центре. Как следует из примера 2, с соленоидами возможны большие однородные поля, распределенные по большому объему.

Пример 2. Расчет напряженности поля внутри соленоида

Что такое поле внутри соленоида длиной 2,00 м, имеющего 2000 петель и пропускающего ток 1600 А?

Стратегия

Чтобы найти напряженность поля внутри соленоида, мы используем [latex] B = {\ mu} _ {0} nI \\ [/ latex].{-1} \ right) \ left (1600 \ text {A} \ right) \\ & = & 2.01 \ text {T} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Это большая напряженность поля, которая может быть установлена ​​над соленоидом большого диаметра, например, при использовании в медицине магнитно-резонансной томографии (МРТ). Однако очень большой ток указывает на то, что поля такой силы нелегко получить. Такой большой ток через 1000 петель, сжатых до метра, приведет к значительному нагреву.Более высокие токи могут быть достигнуты с помощью сверхпроводящих проводов, хотя это дорого. Существует верхний предел тока, поскольку сверхпроводящее состояние нарушается очень сильными магнитными полями.

Есть интересные варианты плоской катушки и соленоида. Например, тороидальная катушка, используемая для удержания реактивных частиц в токамаках, очень похожа на соленоид, изогнутый в круг. Поле внутри тороида очень сильное, но круглое. Заряженные частицы движутся по кругу, следуя силовым линиям, и сталкиваются друг с другом, возможно, вызывая синтез.Но заряженные частицы не пересекают силовые линии и не покидают тороид. Целый ряд форм катушек используется для создания всевозможных форм магнитного поля. Добавление ферромагнитных материалов создает большую напряженность поля и может существенно повлиять на форму поля. Ферромагнитные материалы имеют тенденцию улавливать магнитные поля (силовые линии изгибаются в ферромагнитный материал, оставляя более слабые поля за его пределами) и используются в качестве экранов для устройств, на которые неблагоприятно влияют магнитные поля, в том числе магнитное поле Земли. {- 7} \ text {T } \ cdot \ text {m / A} \\ [/ latex] — проницаемость свободного пространства.

• Направление магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом, определяется правилом правой руки 2 (RHR-2): Направьте большой палец правой руки в направлении тока, и пальцы согнуты в направлении магнитного поля. создаваемые им полевые петли .
• Магнитное поле, создаваемое током, идущим по любому пути, является суммой (или интегралом) полей из-за сегментов вдоль пути (величина и направление, как для прямого провода), в результате чего возникает общая связь между током и полем, известная как закон Ампера. .
• Напряженность магнитного поля в центре круговой петли определяется выражением

  [латекс] B = \ frac {\ mu_ {0} I} {2R} \ left (\ text {в центре петли} \ right) \\ [/ latex]

  , где R — радиус петли. Это уравнение принимает вид B = μ ₀ nI / (2 R ) для плоской катушки из N петель. RHR-2 дает направление поля вокруг петли. Длинная катушка называется соленоидом.

• Напряженность магнитного поля внутри соленоида равна

  [латекс] B = {\ mu} _ {0} \ text {nI} \ left (\ text {внутри соленоида} \ right) \\ [/ latex]

  , где n — количество витков на единицу длины соленоида.Поле внутри очень однородно по величине и направлению.

Концептуальные вопросы

1. Сделайте чертеж и используйте RHR-2, чтобы найти направление магнитного поля токовой петли в двигателе (например, на Рисунке 1 из «Крутящий момент на токовой петле»). Затем покажите, что направление крутящего момента на петле такое же, как и при отталкивании одинаковых полюсов и притяжении противоположных полюсов.

Глоссарий

линейка правая 2 (RHR-2):

Правило для определения направления магнитного поля, создаваемого токоведущим проводом: направьте большой палец правой руки в направлении тока, а пальцы согнуты в направлении петель магнитного поля

Напряженность (величина) магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом с током:

определяется как [latex] B = \ frac {\ mu_ {0} I} {2 \ pi r} \\ [/ latex], где I — ток, r — кратчайшее расстояние до провода, и μ ₀ — проницаемость свободного пространства

проницаемость свободного пространства:

— мера способности материала, в данном случае свободного пространства, поддерживать магнитное поле; константа [латекс] \ mu_ {0} = 4 \ pi \ times 10 ^ {- 7} T \ cdot \ text {m / A} \\ [/ latex]

Напряженность магнитного поля в центре круговой петли:

определяется как [латекс] B = \ frac {{\ mu} _ {0} I} {2R} \\ [/ latex], где R — радиус петли

соленоид:

Тонкая проволока, намотанная на катушку, которая создает магнитное поле при прохождении через нее электрического тока

Напряженность магнитного поля внутри соленоида:

определяется как [латекс] B = {\ mu} _ {0} \ text {nI} \\ [/ latex], где n — количество петель на единицу длины соленоида n = N / l , где N — количество петель и l — длина)

Закон Био-Савара:

физический закон, который описывает магнитное поле, создаваемое электрическим током, с помощью специального уравнения

Закон Ампера:

физический закон, который гласит, что магнитное поле вокруг электрического тока пропорционально току; каждый сегмент тока создает магнитное поле, подобное тому, которое имеет длинный прямой провод, а полное поле тока любой формы представляет собой векторную сумму полей, создаваемых каждым сегментом

Уравнения Максвелла:

Набор из четырех уравнений, описывающих электромагнитные явления

Электричество и магнетизм

Сводка

Магнетизм

Китайцы открыли магнитный компас еще в 200 году до нашей эры.Древние греки знали, что железо притягивает магнитный камень или магнетит. Известно, что викинги использовали магнитный камень для навигации. Позже, в конце XII века европейцы использовали этот простой компас для облегчения навигации. Стальная игла, которую ударили таким магнитом, тоже стала «магнитной».

В 1600 году Уильям Гилберт из Колчестера, врач королевы Елизаветы I, в своей работе «Де Магнет» предложил объяснение действия компаса. Сама Земля была гигантским магнитом, а ее магнитные полюса находились на некотором расстоянии от географических (т.е. около точек, определяющих ось вращения Земли).

Магнитное поле

Магнитное поле — это силовые линии, создаваемые магнитом. Обычно острие стрелки на линиях магнитного поля указывает на южный магнитный полюс и от северного магнитного полюса. Магнитные полюса всегда встречаются парами, никто никогда не обнаруживал магнитного монополя, хотя есть исследования их возможного существования. Если стержневой магнит сломан пополам, в месте разрушения образуются новые северный и южный полюса.

Ток, текущий через проводник

Электричество и магнетизм — не отдельные явления, они тесно связаны.Когда ток течет по проводнику, он создает магнитное поле вокруг проводника. Это было обнаружено Хан Кристианом Эрстедом в 1820 году, когда он после лекции заметил, что ток, протекающий по проводу, отклоняет стрелку компаса, расположенную параллельно проводу.

Эксперимент Эрстеда, демонстрирующий, что ток создает магнитное поле

Для получения измеримого эффекта требуется довольно большой ток, который может объяснить то, что он не был обнаружен ранее.

Ток вызывает появление силовых линий магнитного поля вокруг диаметра провода.

Плотность магнитного потока

Плотность потока в магнитном поле определяется силой F / Il , где F — сила, действующая на провод, I — ток, протекающий через провод, и l — длина провод в поле.

Плотность магнитного потока или поле B определяется как сила, действующая на провод под прямым углом к ​​магнитному полю на единицу длины на единицу тока. B = F / IL.

Сила на проводнике, проводящем ток

Сила Лоренца

Для частицы со скоростью, перпендикулярной магнитному полю, сила перпендикулярна скорости, что заставляет заряженную частицу двигаться по круговой траектории.Ускорение, обеспечивающее центростремительную силу, равно a = v ² r . Величина ускорения частицы определяется как a = qBv / m . Приравнивая два. мв ² / r = qBv / м.

Следовательно, радиус определяется как r = mv / qB. Это известно как радиус Ламура.

Расстояние, которое проходит частица, если она вращается по окружности с радиусом r , составляет 2π r . Если он движется со скоростью v, то время, T , чтобы совершить один оборот, равно v / (2 & pi r) = 2πqB / m.

Обратное к этому, или f _c = m / 2πqB дает частоту цикла Cylcotron.

Циклотрон

Циклотрон — это устройство, которое ускоряет частицы с помощью высокочастотного электрического поля. Физически он состоит из двух D-образных металлических коробок, известных как деи в магнитном поле. Заряженная частица вводится в деэ, и электрическое поле ускоряет частицу, в то время как магнитное поле удерживает частицу по круговой траектории. По мере того как частица ускоряется электрическим полем, радиус пути частицы увеличивается, и частица изгибается по спирали наружу.

Масс-спектрометрия

Определение ампера

Единица заряда — кулум, [Кл], а единица СИ — [As ^-1 ] ампер. Почему это? Проще говоря, это потому, что мы можем измерить ток более точно, чем заряд. А ампер определяется как магнитное поле, создаваемое током, протекающим по двум параллельным проводам. Чтобы быть более конкретным, определение:

Ампер — это постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с ничтожно малым круглым поперечным сечением и помещать на расстоянии 1 метра в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу, равную 2 x 10 ^-7. Нм ^-1 длины.

Рис. 2. Определение силы тока определяется как сила между параллельными проводами, по которой протекает ток 1 А.

Величина силы силы провода 1 на провод 2 определяется по формуле F ₁ = B ₁ I ₁ l из закона Био-Савара, магнитное поле задается по B = μ ₀ I ₁ I ₂ / (2π d ). Переписав силу как силу на единицу длины, получим F ₁ / l = μ ₀ I ₁ I ₂ / (2π d ).Для I ₁ и I ₂ = 1, d = 1 м сила на единицу длины составляет 2 x 10 ^-7 Нм ^-1 , что дает определение ампер.

Закон Ампера

Закон Ампера гласит, что расстояние вокруг линий магнитного поля B.ds вокруг любого замкнутого пути равно μ _{0 в} раз больше тока, I — это полный установившийся ток, перехваченный поверхностью, ограниченной замкнутым контуром.

Математически, ∮ B .d s = & mu ₀ I

Закон Био-Савара

Закон Био-Савара является магнитным эквивалентом закона Колумба для электрических полей. Это позволяет нам связать магнитные поля с токами, которые являются их источниками. Где, согласно закону Кулона, электрическое поле связывается с точечными зарядами, которые являются их источниками. Закон Био-Савара выражается в виде дифференциала, а результирующее магнитное поле решается с помощью исчисления, часто упрощенного из-за симметрии конкретной задачи.

Закон Био-Савара дан в

Величины B для общей геометрии проводника

Результаты расчета величины магнитного поля B, полученные путем применения закона Био-Савара для различных геометрических форм, показаны ниже. Отводы можно найти отдельно на этой странице.

Круглый токопроводящий проводник

Где R — длина петли в метрах.

Катушка N витков

Длинный прямой токопроводящий провод

В данном случае , — это расстояние от провода.

Из листа действующего

Магнитные монополи

Одна из самых старых головоломок в физике — это асимметрия между электрическим и магнитным полями. Электрическое поле может быть образовано одним положительным или отрицательным зарядом. Однако магнитные поля могут быть созданы только диполем. Почему магнитное поле не может быть создано одним магнитным полюсом? Теория магнитных монополей была первоначально предложена Полем Дираком. Однако до сих пор все экспериментальные поиски существования магнитного монополя ни к чему не привели.Магнитный монополь еще никто не наблюдал. Однако, если бы магнитные монополи были обнаружены, это объяснило бы квантование заряда.

Ошибка при добавлении к количеству просмотров этой страницы!

Ampère закладывает основы электродинамики (сентябрь 1820 — январь 1821) · Histoire de l’électricité et du magnétisme (сайт Ampère)

Accueil> Un parcours Historique … de la boussole à la Fée électricité> Des lois pour le courant: Ampère, Ohm et quelques autres…> Ампер закладывает основы электродинамики (сентябрь 1820 г. — январь 1821 г.)

Французский

Кристин Блондель и Бертран Вольф
Перевод Эндрю Бутрика

Случай в жизни Ампера?

Покинув свою деревню Полеймье в 1797 году, чтобы заработать на жизнь в Лионе, молодой человек открыл дома небольшую лабораторию и давал частные уроки математики, физики и химии. Начиная с 1801 года, мотивированный объявлением Наполеона о присуждении ему главного приза в области гальванизма после открытия Вольта электрической батареи («гальванической батареи»), Ампер работал над электричеством и даже начал писать книгу на эту тему.Но он быстро отказался от физики в пользу математики. В 1804 году он был назначен ассистентом преподавателя («répétiteur») по анализу в Политехнической школе, и именно благодаря его математическим работам по теории игр он поступил в Академию наук в 1814 году. Тем не менее, хотя он стал будучи математиком, он интересовался не меньше вопросов химии, а также философскими, метафизическими и религиозными вопросами. Фактически, единственное исследование, которое занимало его практически без перерыва с 1802 года до его смерти в 1836 году, было поиском классификации наук.Ампер стремился уловить единство и основу всех человеческих знаний. Переходя от одного предмета к другому, он стремился понять методы каждой науки и ее отношение к другим наукам.

Между 1809 и 1814 годами, до своих работ по электродинамике, Ампер был очарован химией, психологией и дебатами, которые взволновали Академию наук по поводу новой теории света Френеля. Он стал ярым защитником волновой теории света Френеля против корпускулярной теории Ньютона.Короче говоря, в 1820 году Ампер был математиком, который хотел сделать себе имя как философ, и чья самая важная работа, несомненно, была в области химии!

[Чтобы узнать больше о жизни и творчестве Ампера, см. Documents et études sur Ampère и Une vie en images ]

1820: Странный эксперимент появляется из северных туманов

Читатель сразу же склонен интерпретировать это как означающее «когда по проводу течет ток», но «электрический конфликт», которому Эрстед приписывал магнитный эффект, имел мало общего с современной концепцией электрического тока.Как мы увидим ниже, именно из эксперимента Эрстеда Ампер пришел к определению «электрического тока» как циркуляции электрического флюида (жидкостей) в замкнутом контуре.

Итак, между электричеством и магнетизмом существует прямая связь. Эту связь искал Эрстед, который, чувствительный к «романтическому» видению природы, преобладавшему в то время в германских странах, долгое время поддерживал единство физических явлений. Он даже утверждал, что в основе этого единства лежит электричество.Но в Париже математики и физики, такие как Лаплас, Пуассон или Био, были убеждены в полной независимости между электричеством и магнетизмом. Конечно, Кулон показал, что электрические и магнитные силы подчиняются законам, идентичным законам Ньютона для гравитации, причем эти три силы уменьшаются пропорционально квадрату расстояния. Но вряд ли было больше причин верить в связь между электричеством и магнетизмом, чем верить в магнитное притяжение между Землей и Луной.

Более того, вращающийся характер наблюдаемого эффекта был поразительным. Ньютоновские силы, действующие между массами, между электрическими зарядами или между магнитными полюсами, направлены вдоль прямой линии, соединяющей взаимодействующие элементы. Эксперимент Эрстеда не укладывался в эти рамки. Если преодолеть магнитное воздействие Земли на иглу, что вскоре достигнет Ампера, игла фактически повернулась перпендикулярно проводу, как если бы ее приводил в движение вихрь, вращающийся вокруг проволоки.Вихри, которые вызвал Эрстед, восходили к тем, которые Декарт утверждал для объяснения небесных движений, и это, казалось, было шагом назад к устаревшей науке. Редко были те физики, которые соглашались с объяснением вихря Эрстеда.

Эксперимент Эрстеда: «важное событие в моей жизни»

Физик Франсуа Араго, посетивший Женеву в августе 1820 года, присутствовал на экспериментах Де Ла Рива. По возвращении в Париж, полный энтузиазма, он доложил об экспериментах на заседании Академии наук 4 сентября 1820 года.Но членов Института это не убедило, поскольку Ампер писал другу:

[Кулоновская теория электричества и магнетизма] «полностью исключила любую идею действия [одного на другой]. Предрассудки были таковы, что, когда г-н Араго рассказал об этих новых явлениях в Институте, они отвергли их точно так же, как и они. отвергли идею падения камней с неба … Все решили, что это невозможно ». [ Ампер Жаку Ру-Бордье, 21 февраля 1821 г., ]

Чтобы открыть глаза, Араго пришлось повторить эксперимент на следующей неделе.Ампер присутствовал. Это было отправной точкой для нескольких недель творчества, изобретений, необычайной страсти к исследованиям, в течение которых он заложил основы электродинамики:

«Все мои моменты были заняты важным событием в моей жизни. С тех пор, как я впервые услышал о прекрасном открытии М. Эрстеда … о действии гальванических токов на намагниченную иглу, я думал об этом постоянно. Все мое время было посвящено написанию великой теории об этих явлениях и всех тех теорий, уже известных о магните, и попыток проведения экспериментов, обозначенных этой теорией, все из которых оказались успешными и сделали мне известно так много новые факты…. и теперь существует новая теория магнита … Она не похожа ни на что, что было сказано о ней до сих пор ». [ Ампер своему сыну Жан-Жаку, 19-25 сентября 1820 г., ]

Расходящиеся направления исследований

Что это за «великая теория», о которой писал Ампер? Это было объединение двух областей физики путем сведения всех магнитных явлений к чисто электрическим явлениям. Эти электрические явления — взаимодействия между токами — впервые были продемонстрированы Ампером в продолжении его работы над экспериментом Эрстеда и были радикально новыми.Магнитные жидкости для Ампера стали «беспричинным предположением», которое можно было исключить из области науки.

Среди большинства других французских ученых преобладало мнение, что с теориями Ньютона и Кулона физика превратилась в почти законченное здание, «науку возведенную, стабильную и невозможно повернуть вспять», как писал Био в 1824 году. Естественным процессом было преобразование неизвестного — эксперимент Эрстеда — в известное, то есть как свойства магнитных жидкостей. Поэтому Био предложил свести взаимодействие между проводником и компасом к чисто магнитным взаимодействиям, основываясь на принципе, согласно которому могут взаимодействовать только похожие объекты.Если проводящий провод действовал как магнитная игла, это потому, что он временно стал магнитом.

Открыв полностью личный подход к взаимодействию между электрическими токами , Ампер основал новую отрасль электричества: электродинамику . С 18 сентября он объявил свою фундаментальную гипотезу о существовании электрических токов в магнитах. Он предположил, что обычная ориентация компаса может быть объяснена электрическими токами внутри Земли, аналогичными тем, которые, как он предполагал, находятся внутри магнитов.Он объявил — и экспериментально подтвердил, — что между электрическими токами существуют силы притяжения и отталкивания. По его мнению, математический закон, который нужно найти, будет тем, который задает взаимное действие между двумя небольшими токовыми элементами. Требовалось пересмотреть словарь электротехники:

«Термин электромагнитное действие , который я использую здесь только для соответствия обычаю, больше не может подходить для обозначения этого вида действия. Я думаю, что его следует называть электродинамическим действием .Этот термин выражает идею о том, что явления притяжения и отталкивания, которые характеризуют его, производятся электричеством, движущимся в проводниках [а не притягивающими или отталкивающими действиями электрических жидкостей в состоянии покоя], которые известны давно и должны отличаться от предыдущее с обозначением , электростатическое действие . «[Recueil d’abservations électrodynamiques, 1822, p. 200]

Одна неделя для объявления фундаментальных гипотез

Инструмент и доброжелательность, предназначенные для светлого будущего

То, что здесь Ампер обозначает «энергией» тока, через несколько страниц будет называться его «интенсивностью»: «электрический ток существует везде [в цепи] с той же силой .«Но определение силы тока как потока электричества оставалось неявным. Кроме того, Ампер был немного поспешен, когда дал название« гальванометр »тому, что было всего лишь концепцией инструмента. В рукописи своих мемуаров он назвал это вернее «гальваноскоп». Действительно, чтобы превратить его в измерительный прибор, все же необходимо было знать, как учесть влияние земного магнетизма, действующего на компас. Этим несколько лет занимался итальянский физик Леопольдо Нобили. потом.

Сила тока, измеряемая, если не измеряемая, по углу отклонения иглы, как можно определить «направление» тока? Первоначальная идея Ампера о природе тока в металлическом проводе заключалась в том, что существуют два одновременных и противоположных тока: положительное электричество и отрицательное электричество. Он произвольно назвал направление тока положительным электричеством. Какая связь существует между этим — условным — направлением тока и магнитным эффектом? Ампер сформулировал простое правило, позволяющее избежать длинного списка возможных сценариев, составленного Эрстедом:

«Напряжение электричества» и «текущее электричество»: две категории явлений

Определение силы тока как потока электричества в 1820 году может предполагать, что Ампер придерживался идеи движения электричества в проводнике.Однако он задавался вопросом, согласно точке зрения, сходной с точкой зрения Эрстеда, не существует ли вместо этого постепенного, шаг за шагом распространения своего рода поляризации частиц проводника.

С другой стороны, вопрос о причине токов оставался открытым. Что касается батареи, Ампер поддержал ошибочный тезис Вольта, согласно которому электродвижущее действие было вызвано простым контактом двух разных металлов, но он отметил неадекватность этой гипотезы, когда дело дошло до объяснения токов, ответственных за земной магнетизм.

Это будет работа Ампера на протяжении нескольких лет. Математическая теория электродинамических феноменов, уникальный детективный опыт [ Записка по математической теории электродинамических явлений, выведенная исключительно на основе эксперимента ].

Дополнительная литература

АМПЕР, Андре-Мари. Mémoire […] sur les effets des courants électriques, Анналы химии и тела , 1820, том. 15, стр. 59-75, с. 170-218.
АМПЕР, Андре-Мари. Recueil d’abservations électrodynamiques , Paris, 1822.
AMPERE, André-Marie. Теория [математика] электродинамических феноменов, уникальный опыт анализа , Париж, 1826 г.
АМПЕР, Андре-Мари. Теория электро-динамических феноменов, уникальный опыт, в Société Française de Physique. Коллекция релевантных воспоминаний о телосложении. т. 2: Mémoires sur l’électrodynamique. 1ère partie . Париж: Готье-Виллар, 1885, стр. 1-193. [Voir le pdf]

БЛОНДЕЛЬ, Кристина. Avec Ampère le courant Passe, Математические исследования, исследующие лес природы. Le cas du champ électromagnétique. Les Cahiers de Science & Vie , 67, 2002, 20–27.
ЛОКЕНЕ, Роберт. Ampère, encyclopédiste et métaphysicien. Les Ulis: EDP Sciences, 2008.
ХОФМАНН, Джеймс Р. Андре-Мари Ампер . Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 1996.
БЛОНДЕЛЬ, Кристина. Ampère et la création de l’électrodynamique , 1820-1827 . Париж: Национальная библиотека, 1982 г.

Библиография «вторичных источников» по ​​истории электричества.

Французская версия: март 2009 г. (перевод на английский: январь 2013 г .; последняя редакция: март 2021 г.)

Два проводника [19] в (a), как на рис.1-a, несущие токи с …

Контекст 1

… электрического тока в проводе, создаваемые магнитные кривые в индукции, уменьшающиеся с расстоянием, могут быть связаны другими кольцами, перпендикулярными проводу или относящимися к току в пределах он напоминает эти кривые с магнитными полюсами [18], если Фарадей предположил, что второй провод несет электрический ток, то он может получить форму, показанную на рис. 5-б и рис. 6-а, следовательно, какова важность это в полях взаимодействия? В проводниках электричество создает вокруг себя силовые линии магнитного поля, их направление зависит от направления электрической циркуляции [20], взаимодействие полей определяется уравнением.(A), обобщенный для всех полей, как задано формулой. (10) для электростатических полей; в то время как для двух проводников …

Контекст 2

… 1), проводник два (C 2), несущий ток (I 2), произвел CMF-B 2, и поскольку оба тока движутся в одном Таким образом, создаваемые CMF B 1 и B 2 таковы, как и предполагал Майкл Фарадей, они укорачиваются [25], создавая таким образом магнитную силу, ее механизм силы притяжения показан поперечным сечением двух полей притяжения на рис.6-a, в то время как на рис. 6-b показаны два поля, похожих по направлению, создаваемой отталкивающей силе, направление создаваемого CMF связано с протеканием тока [61], CMF направлено по часовой стрелке для входящего тока на рис. 6-a, и против часовой стрелки для выходящего тока в левой части рис. 6-б. Рис.4. Переосмысление эксперимента Эрстеда, в (а) проводник не несет …

Контекст 3

… они укорачиваются [25], создавая таким образом магнитную силу, показан его механизм силы притяжения. поперечным сечением двух полей притяжения на рис.6-a, в то время как на рис. 6-b показаны два поля, похожих по направлению, создаваемой отталкивающей силе, направление создаваемого CMF связано с протеканием тока [61], CMF направлено по часовой стрелке для входящего тока на рис. 6-a, и против часовой стрелки для выходящего тока в левой части рис. 6-б. Рис.4. Переосмысление эксперимента Эрстеда, в (а) по проводнику не проходит электрический ток, когда ток включен, как в (б), магнит на стрелке компаса взаимодействует с создаваемым круговым магнитным полем (ЦМФ). по течению…

Контекст 4

… для силы притяжения показано поперечным сечением двух полей притяжения на рис. 6-a, а на рис. 6-b показаны два поля, похожих по направлению, создаваемых силой отталкивания, направление производимого CMF связано с протеканием тока [61], CMF — по часовой стрелке для входящего тока на рис. 6-a и против часовой стрелки для внешнего тока в левой части рис. 6-b. Рис.4. Переосмысление эксперимента Эрстеда, в (а) по проводнику не проходит электрический ток, когда ток включен, как в (б), магнит на стрелке компаса взаимодействует с создаваемым круговым магнитным полем (ЦМФ). током и притягивается к нему, следовательно, отклоняется к отрицательному полюсу, и в (c)…

Контекст 5

… сила притяжения и отталкивания между двумя проводниками, несущими электрический ток, возникает из-за укороченного и отталкивающего кругового магнитного поля (CMF) [61], показанного на рисунке 6, CMF обнаруженный Эрстедом 21 июля 1820 г. [15], возникает в результате движения заряженного, составляющего потоки тока [61], линией магнитной силы, или магнитной силовой линией, или магнитной кривой, Фарадей означал, что применение магнитной силы, проявляется в линиях, обычно называемых магнитными кривыми, она в равной степени существует как переход от магнитных полюсов или к ним, или образуя концентрические круги вокруг электрического тока (CMF), это сила, действующая в линиях, соединяющих два тела, действующих друг на друга в соответствии с принципами статической электрической индукции, которая также может иметь форму изогнутых или прямых линий [22], таким образом, CMF представляет собой определенную и неизменную величину силы [21], вызывающую силу притяжения или отталкивания между двумя проводниками, несущими электроны. постоянного тока, и поскольку каждый проводник создавал CMF вдоль проводника, как показано на рис.5-b, поэтому каждые два CMF или -B 1 и -B 2 укорачивают друг друга, как на рис. 6-a, числа CMF укорачиваются, таким образом притягиваясь друг к другу, поля противоположных направлений отталкиваются друг от друга [25], показано на рис. 6-b два CMF или + B 1 и -B 2 токами противоположного направления, отталкиваясь друг от друга, создают силу отталкивания; Притяжение и отталкивание двумя стержневыми магнитами, выровненными вдоль их осей, было воспроизведено Ампером электродинамически с помощью двух плоских токонесущих спиралей, расположенных друг перед другом в параллельных вертикальных плоскостях, которые он также воспроизвел с помощью двух спиральных проводов, показанных на рис.7-a, он подумал о силе отталкивания, обусловленной направлением тока, показанном на рис. 7-b, и предположил взаимодействие спиралей AB и CD на рис. 7-a, которое он предположил как четырехчастное взаимодействие, а именно: (I) прямолинейная составляющая AB, взаимодействующая с прямолинейной составляющей CD; (II) прямолинейная составляющая AB, взаимодействующая с азимутальным током CD; (III) азимутальный ток AB, взаимодействующий с прямолинейным током CD; и (IV) азимутальный ток AB, взаимодействующий с азимутальным током CD, таким образом, прямые провода, несущие токи в одном и том же смысле, притягиваются друг к другу [15], эта странная интерпретация явно не хватает Ампера и из-за нечетности уравнения.(11). …

Context 6

… в изогнутых или прямых линиях [22], таким образом, CMF представляет определенную и неизменную величину силы [21], вызвавшую силу притяжения или отталкивания между двумя проводниками, по которым проходит электрический ток. , и поскольку каждый проводник создает CMF вдоль проводника, как показано на рис. 5-b, поэтому каждые два CMF или -B 1 и -B 2 укорачивают друг друга, как на рис. 6-a, количество CMF сокращается, таким образом, притягивается друг друга поля противоположных направлений отталкивали друг друга [25], показанные на рис.6-b, два CMF или + B 1 и -B 2 токами противоположного направления, отталкиваясь друг от друга, создавали силу отталкивания; притяжение и отталкивание двумя стержневыми магнитами, выровненными вдоль их осей, воспроизводилось с помощью …

Context 7

… силы отталкивания между двумя проводниками, несущими электрический ток, и поскольку каждый проводник создавал CMF вдоль проводника, как показано на рис. 5-b, поэтому каждые два CMF или -B 1 и -B 2 укорачивают друг друга, как на рис. 6-a, несколько CMF укорачиваются, таким образом притягиваясь друг к другу, поля противоположных направлений отталкиваются друг от друга [25 ], показанный на рис.6-b, два CMF или + B 1 и -B 2 токами противоположного направления, отталкиваясь друг от друга, создавали силу отталкивания; притяжение и отталкивание двумя стержневыми магнитами, выровненными вдоль их осей, было воспроизведено Ампера электродинамически с помощью двух плоских токонесущих спиралей, расположенных друг перед другом в параллельных вертикальных плоскостях, которые …

Context 8

. .. 10.9790 / 4861-1005015774 www.iosrjournals.org 66 | Сила страницы, противоположные поля в направлении, показанном на рис.6-b создавал силу отталкивания, поэтому силы притяжения и отталкивания можно вывести как продолжение силовых линий между полюсами, указывающее на притяжение между полюсами; и там, где силовые линии от полюсов избегают друг друга, рассредоточены в пространстве, полюса отталкиваются друг от друга, в обоих случаях они тянутся в направлении …

Катушки индуктивности ― Часть 1 Основы индукторов ① Электроника ABC ｜ TDK Techno Magazine

Магнитные свойства тока и катушек

Электрический ток, протекающий в проводнике, создает магнитное поле, которое может оказывать влияние на окружающую его область.Это известно как электромагнитный эффект тока, открытый в 1820 году Гансом Кристианом Эрстедом. Благодаря этому два параллельных проводника, в которых ток течет в одном направлении, притягиваются друг к другу. Напротив, они отталкиваются друг от друга, если ток течет в противоположных направлениях. Чтобы измерить силу этой притягивающей или отталкивающей силы, Андре-Мари Ампер построил устройство, в котором проводники подвешивались в прямоугольной конструкции. Ампер также построил катушку с проводником, намотанным цилиндрической формы, и назвал ее соленоидом.Это источник соленоидной катушки, используемой в антенных катушках и т.п. Примерно в то же время было обнаружено, что катушка соленоида, в которой протекает ток, проявляет свойства, аналогичные свойствам магнита.

Ориентацию магнитных силовых линий можно определить с помощью так называемого правила правого винта. Если направление тока можно сравнить с правым винтом, вбиваемым в материал, силовые линии магнитного поля ориентированы в том же смысле, что и винт, который вращается.￥

Если электрический ток в двух параллельных проводниках течет в одном направлении, на проводники действует сила притяжения. Если ток течет в противоположных направлениях, на них действует сила отталкивания.

Катушка и силовые линии магнитного поля

Когда в катушке течет ток, силовые линии магнитного поля объединяются и также проходят через сердечник катушки.

Линейка для большого пальца правой руки

Это правило позволяет легко понять направление силовых линий магнитного поля по отношению к току.

Электромагнитная индукция и индуктивность катушки

Принцип электромагнитной индукции был открыт Майклом Фарадеем в 1831 году.Это относится к электродвижущей силе, которая вызвана изменениями магнитного потока, явлением, противоположным току, создающему силовые линии магнитного поля, которые приводят к магнитному эффекту. Например, если две катушки намотаны на железный сердечник круглой формы, и если катушка первичной стороны подключена к батарее через переключатель, включение и выключение переключателя приведет к протеканию тока в катушке на вторичной стороне. , за счет действия электродвижущей силы (индуцированной электродвижущей силы). Это явление электромагнитной индукции также называется взаимной индукцией.

Взаимная индукция

Самоиндукция и индуктивность катушки

Эффект электромагнитной индукции также возникает в установке с одной катушкой. Когда ток, протекающий через катушку, изменяется, создаваемый магнитный поток также изменяется соответствующим образом, создавая в катушке электродвижущую силу. Это называется самоиндукцией.Электродвижущая сила (V) в это время выражается приведенной ниже формулой, где константа пропорциональности L выражает самоиндукцию. Обычно, когда дается катушка индуктивности, это относится к собственной индуктивности.

Индуктивность — самый важный параметр катушки. Магнитный поток (φ), создаваемый в катушке, пропорционален индуктивности (L) и протекающему току (I).

Закон Ленца

Так называемый закон Ленца предлагает простой способ узнать направление, в котором будет течь ток, индуцированный электромагнитной индукцией. Закон гласит, что индуцированный ток противодействует изменению магнитного потока или изменению тока и течет таким образом, чтобы поддерживать исходное состояние. Отношения — это одно из соотношений «толкать, если толкать, тянуть, если тянуть», что напоминает реакцию в механике и поэтому также называется законом реакции.

Конструкция и индуктивность катушки

Индуктивность катушки изменяется в зависимости от формы катушки. Например, индуктивность однослойной соленоидной катушки можно рассчитать, используя уравнение, показанное ниже.Коэффициент Нагаока (k) — это поправочный коэффициент для формы катушки, введенный физиком профессором Хантаро Нагаока. Он создает график, подобный показанному ниже, для катушки с радиусом r площади поперечного сечения и длиной l. Для бесконечно длинной катушки (2r / l = 0) коэффициент Нагаока равен 1, а для катушки конечной длины он меньше 1. Это означает, что при одинаковой площади поперечного сечения, чем короче длина, тем меньше уменьшите индуктивность.

Основные способы увеличения индуктивности

Из приведенного выше уравнения ясно, что более длинная катушка, большая площадь поперечного сечения и большее количество витков будут иметь эффект увеличения индуктивности.Кроме того, даже когда параметры индуктивности одинаковы, использование магнитного тела с высокой магнитной проницаемостью в качестве сердечника значительно увеличит индуктивность по сравнению с воздушным сердечником. Магнитная проницаемость — это показатель способности поглощать магнитный поток. Материалы, которые легко намагничиваются (высокая магнитная восприимчивость), имеют более высокую магнитную проницаемость.

Относительная магнитная проницаемость различных материалов

Магнитная проницаемость материала по сравнению с магнитной проницаемостью вакуума называется относительной магнитной проницаемостью (величина без единиц измерения).При относительной магнитной проницаемости вакуума, принятой за 1, значение для слабомагнитных веществ (немагнитных материалов), таких как воздух, вода, медь или алюминий, также составляет около 1. Напротив, относительная магнитная проницаемость мягких ферромагнитных веществ, таких как никель, железо, феррит или электромагнитная сталь варьируются от нескольких сотен до 100000 и более. Магнитомягкий материал — это материал, который легко намагничивается внешним магнитным полем, но чья намагниченность исчезает при удалении внешнего поля.

12.2 Магнитное поле из-за тонкой прямой проволоки — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, как закон Био-Савара используется для определения магнитного поля, создаваемого тонким прямым проводом.
• Определите зависимость магнитного поля тонкого прямого провода от расстояния до него и тока, протекающего по проводу.
• Нарисуйте магнитное поле, созданное тонким прямым проводом, используя второе правило правой руки.

Какая сила тока необходима для создания значительного магнитного поля, возможно, такого же сильного, как поле Земли? Геодезисты скажут вам, что воздушные линии электропередач создают магнитные поля, которые мешают их показаниям компаса. Действительно, когда Эрстед в 1820 году обнаружил, что ток в проводе воздействует на стрелку компаса, он не имел дела с очень большими токами.Как форма проводов, по которым проходит ток, влияет на форму создаваемого магнитного поля? В главе 28 мы отметили, что токовая петля создает магнитное поле, подобное магнитному стержню, но как насчет прямого провода? Мы можем использовать закон Био-Савара, чтобы ответить на все эти вопросы, включая определение магнитного поля длинного прямого провода.

На рис. 12.5 показан участок бесконечно длинного прямого провода, по которому проходит ток I . Какое магнитное поле в точке P , расположенной на расстоянии R от провода?

Начнем с рассмотрения магнитного поля, создаваемого текущим элементом [latex] I \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} d \ stackrel {\ to} {\ textbf {x}} [/ latex], расположенным в позиция x . Используя правило правой руки 1 из предыдущей главы, [latex] d \ stackrel {\ to} {\ textbf {x}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0 .2em} {0ex}} \ hat {\ textbf {r}} [/ latex] указывает за пределы страницы для любого элемента вдоль провода. Следовательно, в точке P магнитные поля всех токовых элементов имеют одинаковое направление. Это означает, что мы можем вычислить чистое поле там, оценив скалярную сумму вкладов элементов. С [латексом] | d \ stackrel {\ to} {\ textbf {x}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ hat {\ textbf {r}} | = \ left (dx \ right) \ left (1 \ right) \ mathrm {sin} \ phantom {\ rule {0.1em} {0ex}} \ theta, [/ latex] у нас есть из Закон Био-Савара

[латекс] B = \ frac {{\ mu} _ {0}} {4 \ pi} \ underset {\ text {wire}} {\ int} \ frac {I \ mathrm {sin} \ phantom {\ rule {0.{2}}. [/ Латекс]

Проволока симметрична относительно точки O , поэтому мы можем установить пределы интегрирования от нуля до бесконечности и удвоить ответ, а не интегрировать от отрицательной бесконечности к положительной бесконечности. {2}} \ hfill \\ \ hfill \ mathrm {sin} \ фантом {\ rule {0.{\ infty}. [/ latex]

Подстановка пределов дает нам решение

[латекс] B = \ frac {{\ mu} _ {o} I} {2 \ pi R}. [/ Latex]

Силовые линии магнитного поля бесконечного провода имеют круглую форму и центрируются на проводе (рисунок 12.6), и они идентичны во всех плоскостях, перпендикулярных проводу. Поскольку поле уменьшается с удалением от провода, расстояние между силовыми линиями должно соответственно увеличиваться с расстоянием. Направление этого магнитного поля можно найти с помощью второй формы правила правой руки (проиллюстрировано на рисунке 12.6). Если вы возьмете провод правой рукой так, чтобы большой палец указывал на ток, ваши пальцы охватывают провод в том же смысле, что и [latex] \ stackrel {\ to} {\ textbf {B}}. [/ Latex ]

Направление силовых линий можно наблюдать экспериментально, поместив несколько маленьких стрелок компаса на круг возле провода, как показано на рисунке 12.7. Когда в проводе нет тока, иглы совпадают с магнитным полем Земли. Однако, когда по проводу проходит большой ток, все стрелки компаса касаются окружности. Железные опилки, рассыпанные на горизонтальной поверхности, также очерчивают линии поля, как показано на Рисунке 12.7.

Пример

Расчет магнитного поля по трем проводам

Три провода расположены по углам квадрата, и все они пропускают через страницу ток 2 ампера, как показано на рисунке 12.8. Вычислите величину магнитного поля в другом углу квадрата, точка P , если длина каждой стороны квадрата равна 1 см.

Стратегия

Рассчитывается магнитное поле каждого провода в нужной точке. Диагональное расстояние вычисляется с помощью теоремы Пифагора. Затем направление вклада каждого магнитного поля определяется путем рисования круга с центром в конце провода и направленным к желаемой точке.{\ text {−5}} \ text {T}. \ end {array} [/ latex]

Значение

Геометрия в этой задаче приводит к тому, что вклады магнитного поля в направлениях x и y имеют одинаковую величину. Это не обязательно так, если токи имели разные значения или если провода были расположены в разных положениях. Независимо от численных результатов, работа с компонентами векторов даст результирующее магнитное поле в нужной точке.

Проверьте свое понимание

Используя Пример 12.3, сохраняя одинаковые токи в проводах 1 и 3, какой ток должен быть в проводе 2, чтобы противодействовать магнитным полям от проводов 1 и 3, чтобы в точке P не было чистого магнитного поля?

4 ампера вытекает из с.

Сводка

• Сила магнитного поля, создаваемого током в длинном прямом проводе, определяется выражением [латекс] B = \ frac {{\ mu} _ {0} I} {2 \ pi R} [/ latex] (длинный прямой провод), где I — ток, R — кратчайшее расстояние до провода, а константа [латекс] {\ mu} _ {0} = 4 \ pi \ phantom {\ rule {0.{\ text {−7}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {T} \ cdot \ text {m / s} [/ latex] — проницаемость свободного пространства.
• Направление магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом, определяется правилом правой руки 2 (RHR-2): направьте большой палец правой руки в направлении тока, и пальцы согнуты в направлении магнитного поля. создаваемые им полевые петли.

Концептуальные вопросы

Как бы вы сориентировали два длинных прямых провода с током, чтобы между ними не возникала результирующая магнитная сила? ( Подсказка : какая ориентация приведет к тому, что один провод не будет испытывать магнитного поля от другого?)

Вы должны убедиться, что токи текут перпендикулярно друг другу.{4} [/ latex] А. Оценить магнитное поле на расстоянии 1 м от болта.

Величина магнитного поля на расстоянии 50 см от длинного тонкого прямого провода составляет [латекс] 8.0 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {μT}. [/ Latex] Какой ток через длинный провод?

По линии передачи, протянутой на высоте 7,0 м над землей, проходит ток силой 500 А. Что такое магнитное поле на земле непосредственно под проводом? Сравните свой ответ с магнитным полем Земли.

По длинному прямому горизонтальному проводу проходит ток слева направо 20 А.{\ text {−5}} \ text {T}. [/ latex]

По двум длинным параллельным проводам, показанным на прилагаемом рисунке, проходят токи в одном направлении. Если [латекс] {I} _ {1} = \ text {10 A} [/ latex] и [латекс] {I} _ {2} = 20 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {A}, [/ latex] какое магнитное поле в точке P?

На прилагаемом рисунке показаны два длинных прямых горизонтальных провода, параллельных друг другу на расстоянии 2 a друг от друга. Если оба провода пропускают ток I в одном направлении, (а) каково магнитное поле в [латексе] {P} _ {1}? [/ Латексе] (b) [латексе] {P} _ {2} ? [/ латекс]

В точке P1 чистое магнитное поле равно нулю.На P2 [латекс] B = \ frac {3 {\ mu} _ {o} I} {8 \ pi a} [/ latex] на страницу.

Повторите вычисления предыдущей задачи с обратным направлением тока в нижнем проводе.

Рассмотрим область между проводами предыдущей задачи. На каком расстоянии от верхнего провода чистое магнитное поле минимально? Предположим, что токи равны и текут в противоположных направлениях.

Минимальное магнитное поле находится на расстоянии — от верхнего провода или посередине между проводами.

Магнитное поле из-за тонкого прямого провода. Автор : OpenStax College. Расположен по адресу : https://openstax.