опыты ампера магнитное поле
Закон Ампера
Движение электрических зарядов приводит к возникновению магнитных полей.
Одним из главных направлений развития естественной науки в начале XIX века стало растущее осознание взаимосвязей между, казалось бы, совершенно не связанными между собой феноменами электричества и магнетизма. Ханс Кристиан Эрстед (см. Открытие Эрстеда) экспериментально установил, что провод, по которому течет электрический ток, отклоняет магнитную стрелку компаса. Андре-Мари Ампер так заинтересовался этим явлением, что принялся за углубленное экспериментальное и математическое исследование взаимосвязи между электричеством и магнетизмом. В результате и был сформулирован закон, носящий теперь его имя.
Ключевой эксперимент, проведенный Ампером, достаточно прост. Он положил два прямых провода бок о бок и пропускал по ним электрический ток. Выяснилось, что между проводами действует сила притяжения или отталкивания (в зависимости от направления тока. — Прим. переводчика). Конечно, не надо быть семи пядей во лбу, чтобы прийти к такому выводу. Ведь при достаточно сильном токе провода действительно притягиваются или отталкиваются так, что это видно невооруженным глазом. Но Ампер путем тщательных измерений сумел определить, что сила механического взаимодействия пропорциональна силам токов и падает по мере увеличения расстояния между ними. Исходя из этого Ампер решил, что наблюдаемая сила объясняется возникновением магнитного поля.
Рассуждал Ампер примерно так. Электрический ток в одном проводе производит магнитное поле, конфигурация силовых линий которого представляет собой концентрические круги вокруг сечения провода. Второй провод попадает в область воздействия этого магнитного поля, и в нем возникает сила, действующая на движущиеся электрические заряды. Эта сила передается атомам металла, из которого сделан провод, в результате чего провод и изгибается. Таким образом, эксперимент Ампера демонстрирует нам два взаимодополняющих факта о природе электричества и магнетизма: во-первых, любой электрический ток порождает магнитное поле; во-вторых, магнитные поля оказывают силовое воздействие на движущиеся электрические заряды. Первое из этих утверждений сегодня и называют законом Ампера, и закон этот тесно связан с законом Био—Савара. Именно эти два закона затем легли в основу теории электромагнитного поля (см. Уравнения Максвелла).
Если же трактовать закон Ампера чуть шире, то мы поймем, что находящийся в пространстве замкнутый электрический контур формирует вокруг себя магнитное поле, интенсивность которого пропорциональна силе протекающего через контур электрического тока и площади внутри контура. То есть, например, если вокруг отдельного прямолинейного проводника с током формируется магнитное поле, индукция которого равна B на расстоянии r от проводника, то при замыкании такого проводника в круговой контур, путём сложения этих полей внутри контура, образованного замкнутым проводником с током, то есть, выражаясь научным языком, путём интегрирования, мы получим значение интенсивности магнитного поля внутри контура 2рrB, где 2рr — площадь кругового контура. По закону Ампера эта величина и будет пропорциональна силе тока в контуре.
На самом деле вы не раз сталкивались с упоминанием имени Андре-Мари Ампера, возможно сами того не сознавая. Взгляните на любой электроприбор у вас дома — и вы на нем обнаружите его электротехнические характеристики, например: «
220V 50Hz 3,2А». Это значит, что прибор рассчитан на питание от стандартной электросети переменного тока напряжением 220 вольт с частотой 50 герц, а сила потребляемого прибором тока составляет 3,2 ампера. Единица силы тока ампер (сокращенно — А) как раз и названа в честь ученого.
Официальное определение единицы выводится из исходного эксперимента, проделанного Ампером. Это сила тока, протекающего в каждом из двух параллельных прямолинейных проводников, помещенных в вакууме на расстояние одного метра друг от друга, вызывающая между двумя проводниками силу взаимодействия, равную 2×10 –7 ньютона на метр длины. (Все научные определения единиц измерения даются в такой строгой формулировке. Причем речь здесь идет о так называемых «идеальных проводниках» бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения.) Кстати, при силе тока в 1 ампер в любой точке проводника каждую секунду протекает около 6×10 23 электронов.
Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемedu.of.ru
Похожие презентации
Презентация на тему: » Опыт Эрстеда. Опыт Ампера. Магнитное поле. Конфигурации магнитных полей. Характеристики магнитного поля. Объяснение магнитных свойств вещества. Магнитное.» — Транскрипт:
2 Опыт Эрстеда. Опыт Ампера. Магнитное поле. Конфигурации магнитных полей. Характеристики магнитного поля. Объяснение магнитных свойств вещества. Магнитное поле Земли. Применение магнитов. Явление электромагнитной индукции.
3 « Следует испробовать. Не производит ли электричество… каких-либо действий на магнит…» Ганс Христиан Эрстед
4 Опыт Эрстеда (1820г) Под неподвижным проводником, параллельно ему, поместим магнитную стрелку. При пропускании электрического тока через проводник магнитная стрелка поворачивается и располагается перпендикулярно к проводнику. При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в первоначальное положение. Этот фундаментальный опыт показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие движение магнитной стрелки, подобные тем, которые действуют вблизи магнитов. Таким образом, опыт Эрстеда доказывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, возникает магнитное поле.
6 Анри Ампер французский физик Впервые указал на тесную «генетическую» связь между электрическими и магнитными процессами
7 Опыт Ампера (1820г). Ампер установил взаимодействие между двумя проводниками по которым идёт ток. По двум параллельным проводникам он пропустил электрический ток. Если токи в них имеют одинаковое направление, то проводники будут друг к другу притягиваться; если в них токи противоположны по направлению, то проводники будут друг от друга отталкиваться. Таким образом. в пространстве, окружающем токи, возникает магнитное поле.
8 Вокруг проводника с током существует магнитное поле. B B Опыт Ампера
10 Магнитные линии – воображаемые линии, вдоль которых расположились бы магнитные стрелки, помещённые в магнитное поле. Магнитная линия Свойства линий магнитного поля: всегда замкнуты; непрерывны; не пересекаются; расположены гуще там, где магнитное поле сильнее.
11 Конфигурации магнитных полей: Проводник с током; Катушка с током; Соленоид; Постоянный магнит;
13 Катушка с током I B
15 Постоянный магнит S N N N
16 Характеристики магнитного поля: а)Вектор магнитной индукции б)Магнитный поток.
17 В – вектор магнитной индукции. В = F l l – длина проводника; I – сила тока в проводнике; 2.Единица магнитной индукции называется тесла (Тл). 1 Тл = 1 Н А м 3.Направление вектора магнитной индукции. 1.Модуль вектора магнитной индукции:
18 1.Правило магнитной стрелки: 2.Правило буравчика: 3. Правило правой руки:
19 1.Правило магнитной стрелки: В Направление В совпадает с направлением от южного полюса S к северному полюсу N. N S 1.Правило магнитной стрелки:
20 2.Правило буравчика: Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока. I В
21 3. Правило правой руки: Если охватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида. I В
22 Ф – магнитный поток. В В 1 2 В 1 В 2
23 В 1 В 2 = S 1 S 2 S 2 S 1
24 В 1 В 2 = S 2 S 1 = 3.Магнитный поток зависит от того, как расположена плоскость контура по отношению к линиям магнитной индукции. В 2 В 1 S 1 S 2 Ф 2 = 0
25 Магнитное поле Земли. Арктика Антарктика (южный географический полюс) (северный географический полюс) N S SMSM NMNM Космическое излучение Магнитные бури Аномалии справка
27 Примеры применения магнитного поля. Электромагнит Магнитный сепаратор Электрический двигатель Генератор переменного тока Магнитные мины.
28 А Магнитное поле катушки с током сердечник
29 Магнитное поле катушки с током можно изменять в широких пределах 1.ввести внутрь катушки железный сердечник; 2.увеличить число витков в катушке; 3.увеличить силу тока в катушке. Железная катушка с сердечником внутри называется э л е к т р о м а г н и т о м.
30 В зерно подмешивают очень мелкие железные опилки. Эти опилки не прилипают к гладким зёрнам полезных злаков, но прилипают к зёрнам сорняков. Зерна из бункера высыпаются на вращающийся барабан, внутри которого находится сильный магнит. Притягивая железные частицы он очищает зерно от сорняков.
31 Зерно Вращающийся барабан электромагнит Железные частицы и зёрна сорняков
32 Генератор переменного тока. Электрический генератор – машина, преобразующая механическую энергию вращения в электрическую энергию постоянного или переменного тока. Действие генератора основано на явлении электромагнитной индукции: при вращении витка в магнитном поле в витке возникает индукционный ток. Неподвижная часть генератора называется статор, а вращающаяся – ротором. В промышленных генераторах вращается магнит, а роль статора выполняет катушка. К концам катушки присоединены полукольца, к которым прижаты щётки, с помощью которых катушка соединяется с внешней цепью.
33 Статор (магнит) Ротор ( катушка) щётки полукольца V 0 5
34 Электрический двигатель. Явление вращения проводника с током в магнитном поле используют в устройстве электрического двигателя. Якорь (ротор) состоит из большого числа витков, находящихся в пазах железного цилиндра. Коллектор – устройство, состоящее из двух полуколец, насаженных на ту же ось, что и якорь. С помощью щёток, которые касаются пластин коллектора, проводники якоря включают в цепь источника тока. Первый в мире электродвигатель изобрёл Борис Семёнович Якоби в 1834г.
35 S N якорь щётки коллектор электромагнит
36 Принцип действия магнитной мины. Каждый корабль можно уподобить огромному плавающему постоянному магниту, ибо его металлический корпус и механизмы под действием магнитного поля Земли намагничиваются. Наличие у кораблей собственного магнитного поля использовалось для создания магнитных мин. В некоторых типах взрывателей магнитных мин реагирующим элементом, вызывающим действие мины, служила магнитная стрелка. Когда в районе расположения мины оказывался корабль, магнитное поле последнего вызывало перемещение магнитной стрелки, замыкавшей электрическую цепь, в которую включены батарея элементов и запал. Мина взрывалась
37 Магнитные мины Магнитная стрелка Запал
39 Магнитные мины катушка взрывателя реле электрический запал магнитное поле корабля
40 Гипотеза Ампера: магнитные свойства тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него.
41 Современная физика: Электроны при движении вокруг ядра атома создают магнитное поле, что и вызывает намагниченность тела.
42 Явление электромагнитной индукции. Майкл Фарадей английский физик При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока. «Превратить магнетизм в электричество».
Газета ЗАО МПО «Электромонтаж»
Газета «МПО ЭЛЕКТРОМОНТАЖ» июль 2007
В номере
Акцент
Новинки ассортимента
Внимание к деталям
Актуальная покупка
Известная марка
Прошлое больших открытий
Спорт
Коротко
Архив газеты по годам
Все статьи по рубрикам газеты
Опыты Ампера
Андре-Мари Амперу повезло родиться в богатой аристократической семье, имевшей поместье недалеко от Лиона. На образование ребенка родители не скупились: учителя, приходившие обучать богатого отпрыска, давали ему знания из самых различных областей. Никто не посмел бы отнести мальчика к разряду недорослей: он рано заинтересовался математическими трудами известных ученых и часами проводил время за чтением фолиантов из обширной отцовской библиотеки. А в 13 лет Андре-Мари написал свою первую работу по математике и отправил ее в Лионскую академию.
Во время Великой Французской буржуазной революции был казнен отец Ампера, и юноше пришлось заняться преподаванием, чтобы заработать. Начав с частных уроков математики, он через некоторое время был приглашен в Центральную школу старинного городка Бурк-ан-Бреса для преподавания физики и химии. Потом был Лионский колледж, а в 1807 году, в возрасте 32 лет, он становится профессором Политехнической школы.
Время расцвета научной деятельности Ампера приходится на 1814—1824 годы и связано, главным образом, с Академией наук, в число членов которой он был избран 28 ноября 1814 года за свои заслуги в области математики. Впрочем, наш рассказ — об открытиях, сделанных ученым в области изучения свойств электричества.
В 1820 году датский физик Ханс Христиан Эрстед случайно заметил, что если по проволоке проходит ток, то отклоняется стрелка лежащего рядом компаса. На заседании академии 4 сентября 1820 года был продемонстрирован опыт Эрстеда. А уже к концу сентября Ампер доложил об открытии сил притяжения между двумя параллельными проводниками с током.
Продолжая эти эксперименты, Ампер обнаружил, что катушка с током действует как постоянный магнит (в дальнейшем, работая в этом направлении, Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции). Ампер изобрел устройство со свободно подвешенной иглой, которая отклонялась под действием тока через катушку, причем отклонение было тем больше, чем больше сила тока. Усовершенствование этого устройства привело к появлению измерительного прибора — гальванометра. Но даже работая с его прототипом, Ампер установил, что ток течет в замкнутой электрической цепи. В дальнейшем Кирхгоф и Ом установили законы электрических цепей.
Несмотря на нападки своих научных противников, Ампер продолжал свои эксперименты. Он 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. Все основные идеи этой науки, по выражению Максвелла, по сути дела, «вышли из головы этого Ньютона электричества» за две недели.
С 1820 по 1826 год Ампер публикует ряд теоретических и экспериментальных работ по электродинамике и почти на каждом заседании физического отделения Академии выступает с докладом на эту тему. В 1826 году выходит из печати его итоговый классический труд «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта».
Эффект взаимодействия проводов с током и магнитных полей сейчас используется в электродвигателях, в электрических реле и во многих электроизмерительных приборах.
Андре-Мари Ампер был одновременно и блестящим экспериментатором и блестящим теоретиком. Память ученого увековечена потомками, и даже не один раз: одна из гор на Луне носит его имя, в Париже его именем названа улица. Но главное — любой из нас, измеряя силу тока в электрической цепи, произносит его имя.
Опыты ампера магнитное поле
Если металлический проводник с током поместить в магнитное поле, то на этот проводник со стороны магнитного поля будет действовать сила, которая называется силой Ампера.
Для определения направления силы Ампера применяют правило левой руки. Если левую руку расположить в магнитном поле так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а четыре пальца были направлены по току, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.
Магнитное взаимодействие можно наблюдать между двумя параллельными токами (опыт Ампера): два параллельных проводника с током отталкиваются, если направления токов в них противоположны, и притягиваются, если направления токов совпадают.
Магнитное поле действует также на движущиеся заряженные частицы. При этом сила (сила Лоренца) зависит от модуля магнитной индукции, заряда частицы, а также от модуля и направления её скорости.
Электрический двигатель
Движение проводника с током в магнитном поле лежит в основе работы электрического двигателя. Если поместить прямоугольную рамку в магнитное поле и пропустить по ней электрический ток, то рамка повернётся, потому, что на стороны рамки действует сила Ампера. При этом сила, действующая на сторону рамки ab, противоположна силе, действующей на сторону cd.
Для того чтобы рамка не остановилась в тот момент, когда её плоскость перпендикулярна линиям магнитной индукции, и продолжала вращаться, изменяют направление тока в проводнике. Для этого к концам рамки припаяны полукольца, по которым скользят контакты, соединённые с источником тока. При повороте рамки на 180° меняются контактные пластины, которых касаются полукольца и, соответственно, направление тока в рамке.
В электрическом двигателе энергия электрического и магнитного полей превращается в механическую энергию.
Действие магнитного поля на проводник с током
Конспект урока по физике в 8 классе «Действие магнитного поля на проводник с током».
Закон Ампера. Магнитная индукция поля
Из глубокой древности известны магнитные свойства некоторых железных руд, которые получили свое применение более чем за тысячу лет до нашей эры в устройстве магнитного компаса (устройства, в котором магнитная стрелка свободно вращается вокруг своей оси и показывает направление север — юг).
Практические опыты убеждают, что магниты (куски железных руд) способны создавать вокруг себя особое магнитное поле, которое способно влиять на другой находящийся в данном поле магнит.
Магнитные силы прямого магнита (прямолинейный стержень) сосредоточены в основном на его концах, которые называют полюсами магнита. Например, магнитная стрелка будет поворачиваться около концов магнита (направление вращения стрелки зависит от полюса), но будет оставаться неподвижной, если помещена у средней части магнита.
В магнитном поле магнит будет вести себя точно также как и электрический диполь в электростатическом поле – будет стремиться повернуться по полю. Но есть важный нюанс – если диполь можно разделить на положительный и отрицательный заряды, то при разломе магнита пополам получится два новых магнита, каждый из которых будет иметь свои полюса (северный и южный).
В 1820 году Эрстедом было установлено, что проводники, по которым проходят токи, также взаимодействуют с магнитной стрелкой. Положение магнитной стрелки, которую поместили рядом с проводником с током, также изменяется вместе с изменением величины и направления тока, но при этом стрелка совершенно не реагирует на неподвижные электрические заряды. Из этого явления был сделан вывод, что создавать магнитное поле могут лишь движущиеся электрические заряды (электрический ток), а вокруг неподвижных зарядов существует лишь электростатическое поле.
Магнитное поле, возникающее рядом с проводником с током, как и электрическое поле, обусловленное неподвижными электрическими зарядами, является одним из видов материи. У него имеются определенные физические свойства, такие как инерция, и характеризуется энергией.
Магнитное поле взаимодействует не только с магнитами, но и с электрическими зарядами, находящимися в движении, поскольку они способны сами создавать магнитное поле. Именно поэтому проводники, по которым протекает электрический ток, отталкиваются или притягиваются в зависимости от направления протекающего тока.
Вектор магнитной индукции В является основной характеристикой магнитного поля. Данная величина пропорциональна силе, которая действует на северный конец бесконечно маленькой магнитной стрелки, которая помещена в данную точку магнитного поля. В разных точках поля по направлению и величине индукция имеет различные значения.
Действия магнитного поля на проводник с током было исследовано Ампером. Отсюда и название – закон Ампера.
Если проводник с током помещен во внешнее магнитное поле, например между полюсами магнита, на этот проводник начнет действовать сила F (рисунок ниже), которую можно измерить:
Направление силы F, указанное на рисунке выше, соответствует тому случаю, когда вектор B направлен так, как указывают стрелки, а ток течет перпендикулярно «на нас». При этом было обнаружено, что действующая на прямолинейный проводник с током сила F, прямо пропорциональна силе тока I в проводнике, его длине l, sin α (в данном случае α это угол между вектором В и направлением тока) и магнитной индукции В:
В данном случае k – коэффициент пропорциональности, который зависит от выбранной системы единиц.
Данная формула справедлива для случая однородного поля (в котором вектор В постоянен) и прямолинейного проводника.
В случае, когда поле неоднородно и проводник имеет произвольную форму, формула (1) примет вид:
Данное выражение носит название закон Ампера.
В системе СИ закон Ампера для прямолинейного проводника конечной длины l и однородного поля записывается в виде:
А для системы СГС выражение будет иметь вид:
Здесь с – электродинамическая постоянная, имеющая значение 3·10 10 см/с, α – угол между вектором В и направлениями тока в проводнике.
Направление вектора В или силы F определяют с использованием правила левой руки (рисунок ниже):
Правило левой руки звучит так: если указательный палец левой руки направить по полю, а средний по направлению тока, то отогнутый большой палец покажет направление силы, которая действует на проводник с током.
Подтверждением закона Ампера может служить следующий опыт. По свободно провисающему между двумя изоляторами проводнику протекает электрический ток (рисунок ниже):
Когда к проводнику подносят постоянный магнит, то он по мере приближения магнита отклоняется в сторону. Магнит действует на проводник с током с силой F. Проводник также действует на постоянный магнит с силой F, но направленной противоположно и приложенной в данном случае к северному полюсу магнита.
Так же как и электрическое поле, магнитное поле можно отображать графически с магнитных силовых линий или линий магнитной индукции.
Кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В в этих точках называют линиями магнитной индукции (линии поля В). В отличии от силовых линий электростатического поля линии магнитной индукции всегда замкнуты. Они выходят из северного полюса магнита, входят в южный, и замыкаются внутри магнита.
Линии поля магнита Вмагн. показаны на рисунке выше, а также на рисунке изображены линии поля, созданного проходящим по проводнику электрическим током (Втока). В случае прямолинейного проводника линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности (рисунок ниже):
Направление данных линий определяют с помощью правила буравчика – если по направлению тока ввинчивать буравчик (винт справа), то вращение рукоятки буравчика покажет направление линий B.