Механическое действие магнитного поля на проводник с током

Плоский контур в однородном магнитном полеМагнитное поле воздействует с определенной силой на любой перемещающийся в нем электрический заряд.

Сила, действующая на движущийся в магнитном поле электрический заряд, направлена перпендикулярно к магнитным силовым линиям.

Аналогично одиночному электрическому заряду проводник с током, помещенный в магнитном поле, также испытывает действие сил магнитного поля.

Величина механической силы, действующей на прямолинейный проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, определяется по формуле

сила действующая на проводник с током

где   I – ток в амперах;

B – магнитная индукция в теслах;

l – активная длина провода с током в метрах;

α – угол, под которым расположен проводник по отношению к магнитным силовым линиям.

проводник в однородном магнитном поле

Направление механической силы, действующей на помещенный в магнитное поле проводник с током, определяет правило левой руки: если расположить ладонь левой руки так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в нее, а вытянутые пальцы указывали направление тока, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

Если в однородном магнитном поле помещен плоский контур прямоугольной формы с током, то на него действует пара сил, стремящихся повернуть контур вокруг оси (рисунок в начале статьи).

 

Вращающий момент этой пары сил равен произведению величины одной из сил на расстояние (плечо) между токами приложения этих сил:

вращающий момент пары сил

Вращающий момент, действующий на контур с током, можно определить по формуле

Вращающий момент, действующий на контур с током

где   В – магнитная индукция внешнего поля в теслах;

I – ток контура в амперах;

S – площадь проекции рамки на плоскость, перпендикулярную магнитным силовым линиям в квадратных метрах;

Мвр – вращающий момент в ньютон-метрах;

α – угол между перпендикуляром к плоскости контура и направлением магнитных силовых линий.

Контур с током стремится установиться во внешнем магнитном поле так, чтобы внутри контура внешнее магнитное поле и собственное магнитное поле контура совпали по своему направлению. При этом, α = 0 и Мвр = BIsin0 = 0.

Вращающий момент плоской катушки с числом витков ω определяется по формуле

Вращающий момент плоской катушки

Направление пары сил, действующих на контур с током и на плоскую катушку, определяется по правилу левой руки.

Два достаточно длинных прямолинейных и параллельно расположенных проводника одинаковой длины  с токами I1 и I2 взаимодействуют друг с другом, причем сила взаимодействия равна

сила взаимодействия двух проводников с током

где   µ – магнитная проницаемость среды;

d – расстояние между проводниками в метрах

l – длина проводника в метрах;

I1, I2 – сила тока в проводниках в амперах;

F – сила взаимодействия в ньютонах.

Два параллельных проводника с токами одинакового направления взаимно притягиваются, а проводники с токами противоположного направления взаимно отталкиваются.

Механические силы, действующие на проводник, совершают некоторую работу.

Работа сил магнитного поля определяется по формуле

работа сил магнитного поля

где   В – магнитная индукция внешнего магнитного поля в теслах;

I – сила тока в проводнике в амперах;

l – активная длина проводника в метрах;

d – расстояние, на которое переместился проводник с током под действием сил магнитного поля, в метрах;

А – работа сил магнитного поля в джоулях.

Поделитесь этой статьей с друзьями в социальных сетях:
Свяжитесь с автором статьи в социальных сетях:

21 комментариев на «Механическое действие магнитного поля на проводник с током»

  1. :

    Если честно, в физике ничего не понимаю. А вообще ваш сайт — находка для того, кто ищет подобную информацию

    • Юрий Бородин:

      Будем надеяться, что мой сайт будет кому-то полезен — ведь именно для этого я его и создавал.

  2. :

    Здорово! После прочтения статьи вспомнилось — я знаю, что ничего не знаю…Побольше бы простых и пошаговых инструкций в самостоятельном изготовлении электронных помощников для дома,гаража,огорода.сада!

    • Юрий Бородин:

      Учту Ваше пожелание, Игорь. В скором времени добавлю ряд простых в изготовлении самоделок для дома, гаража, огорода, сада и просто интересных вещиц.

  3. :

    В этих делах не разбираюсь. Но кому то обязательно будет полезным Ваш блог. Удачи!

  4. :

    Как будто оказался в прошлом, а именно 33 года назад, когда учился в 10-м классе.

  5. :

    Формулы — как давно это было. Как будто учебник открыл. Хот я образование техническое, про магнитное поле не очень хорошо помню.

    • Юрий Бородин:

      Ну это каждому свое: кому-то формулы понимать, кому-то с железом общаться. Я вот, например, не очень то и разбираюсь в автомобилях, особенно двигателях. Зато формулы для меня — это открытая книга.

  6. :

    Слава Богу я все это ещё помню)) все таки я физик и чтение этой статьи мне доставило удовольствие, так как было приятно освежить знания)

  7. :

    Вот что значит отсутствие практики! Забыты теслы, индукция и даже джоули. Точно помню, что я знала это! Амперы, вольты и ватты как-то чаще в жизни фигурируют. Конечно, эта статья нужна! А если добавить информацию в каких обыденных приборах она применена, будет интереснее.

    • Юрий Бородин:

      Да действительно, практика играет большую роль. В любой области деятельности мы хорошо помним одни вещи с которыми сталкиваемся часто, причем даже не отдавая себе отчета в этом. И напрочь забываем то, что когда-то знали, но не сталкиваемся по роду деятельности.

      Кстати, спасибо за хорошую идею. Обязательно напишу статью о том, как и где мы сталкиваемся со всеми этими понятиями, даже не задумываясь об их сущности и помещу эту статью в рубрику «Азы электроники».

  8. :

    Юрий, спасибо за возможность посмотреть на формулы. Как давно это было. Всё забылось. Если бы захотела, то вспомнила. У меня по физике и электротехнике в институте 5 было.

  9. Борис:

    Так как, по-видимому, произошёл сбой, повторяю комментарий.
    Юрий! Магнитное поле не может совершать какой-либо механической работы,
    т.к. согласно формуле сил Лоренца силовое действие поля всегда
    направлено перпендикулярно движению заряженных частиц.
    Так, возможна ли механическая работа магнитного поля по перемещению
    проводника с током, как написано на сайте? Навряд ли! Нет ли здесь противоречия?

    • Юрий Бородин:

      Борис, сбоя не было, просто все комментарии обязательно проходят мою проверку и после моего одобрения публикуются на странице. Поверьте, рекламного спама приходит намного больше простых коментов, поэтому пришлось пойти на такую меру.

      Теперь по Вашему вопросу:
      Да, действительно, действие поля всегда направлено перпендикулярно движению заряженных частиц. То есть, при пропускании электрического тока по рамке, действие магнитного поля, вызванного этим током всегда направлено перпендикулярно плоскости рамки. Кроме того существует второе магнитное поле, созданное внешними пластинами (магнитами), которое во много раз больше поля рамки.
      Вот это внешнее поле и воздействует на поле рамки. В результате чего и создается механическая работа вращения рамки.
      За счет этого процесса и функционируют любые электрические двигатели, электрические генераторы и стрелочные индикаторы.

  10. Slavdey:

    Здравствуйте.
    У меня такой вопрос. Есть трубка (или кольцо), например медная, по которой протекают вихревые токи, они создают маг. поле, силовые линии которого имеют форму окружности. Вопрос в том, какую форму будут иметь эти силовые линии, если кольцо деформировать (ввогнуть с одной стороны)? Нужно чтобы с одной стороны магнитное поле было минимальной силы.
    Заранее благодарен.

  11. Борис:

    Юрий! Безразлично, внешнее магнитное поле или это магнитное поле рамки с током — оба поля согласно формуле силы Лоренца (см. Справочник по физике. Б.М. Яворский и А.А. Детлаф, раздел «Движение заряженных частиц в электр. и магнит. полях») не могут совершать работу по перемещению заряженных частиц (электронов) тока . Пока вертикальная рамка с током неподвижна (!) силы её магнитного поля приложены перпендикулярно (!) к каждой из её сторон, например, к одной из горизонтальных. Как только эта сторона начинается двигаться вверх (рельсотрон), магнитная сила ориентируется перпендикулярно новой, уже не горизонтальной, а диагональной траектории электронов (они перемещаются одновременно вверх и вбок). Таким образом, сила магнитного поля, отворачиваясь от перпендикуляра к движущейся стороне рамки, вновь оказывается без работы. Тем не менее, сторона движется, работа совершается, но какое э/м поле взяло на себя эту работу не ясно. Такой же загадкой остаётся, например, и такая — какая сила совершает работу по перемещению вверх к полюсу неподвижного постоянного магнита стального шарика?

  12. Alexandr:

    Спасибо за полезную информацию! Очень помогло. В школьном курсе по физике за 11 класс не нашёл всей необходимой информации.

    • Алеана:

      Вы это в 11 классе проходите??О_О
      А мы в 8 классе это проходит:(

  13. Salam:

    Здравствуйте Юрий! Хороший у вас сайт — глазу приятный! Подскажите пожалуйста, если вас не затруднит: как можно рассчитать напряжение и ток (замкнув концы), на выходе из рамки, зная момент силы приложенной для ее вращения? То есть, все наоборот. А то с математикой у меня как раз, напряги, да и с двигателями тоже:)

  14. Алеана:

    Спасибо,очень хороший сайт)много нужно информации.Выручили.:)

  15. Борис:

    Юрий, если этот дискуссионный вопрос о работе магнитных сил Вас интересует, см. в «google.ru» — «Дискуссионный клуб ФИАН»; тема: » Запаздывающее электрическое поле постоянного тока»

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>