Меню

Ток протекающий по прямолинейному проводнику

Ток протекающий по прямолинейному проводнику

Приложение 2
1 подгруппа

Вариант № 1
I. По прямолинейному проводнику длиной 1 м протекает электрический ток силой 5 А. Проводник находится в однородном магнитном поле с индукцией 4 Тл, направленной под углом 30° к проводнику.

  1. Укажите направление вектора магнитной индукции поля, создаваемого током в точке А.
  2. Постройте линию магнитной индукции, проходящую через эту точку.
  3. Найдите направление и модуль силы Ампера, действующей на проводник со стороны магнитного поля, в котором он находится.

II. Электрон влетает в однородное магнитное поле индукцией В = 0,3 Тл со

скоростью 5·10 7 м/с.

  1. Найдите направление и модуль силы Лоренца, действующий на электрон.
  2. Рассчитайте радиус окружности, по которой движется электрон (масса покоя электрона 9,1·10 -31 кг)
  3. Изменится ли (и если да, то как) период обращения электрона по окружности при увеличении скорости в 2 раза?

III. Возьмите постоянный дугообразный магнит и подберите стальной шарик, который бы слабо притягивался и удерживался одним из полюсов магнита. Приложите к другому полюсу магнита стальную пластинку и пытайтесь поднимать шарик, как показано на рисунке. В этом случае шарик легче поднимается и сильнее удерживается магнитом. Почему?

Приложение 2
2 подгруппа
Вариант № 2
I. По прямолинейному проводнику длиной 2 м протекает электрический ток. Сила тока в проводнике 1 А. Проводник находится в однородном магнитном поле с индукцией 10 Тл.

  1. Укажите направление вектора магнитной индукции поля, создаваемого током в точке А.
  2. Постройте линию магнитной индукции, проходящую через эту точку.
  3. Найдите направление и модуль силы Ампера, действующей на проводник со стороны магнитного поля, в котором он находится.

II. Протон влетает в однородное магнитное поле индукцией В = 0,5 Тл со

скоростью 3·10 6 м/с.

  1. Найдите направление и модуль силы Лоренца, действующий на протон.
  2. Рассчитайте радиус окружности, по которой движется протон (масса покоя протона 1,7·10 -27 кг)
  3. Изменится ли (и если да, то как) период обращения протона по окружности при увеличении скорости в 3 раза?

III. Дугообразный магнит своими полюсами удерживает железные предметы. Поднесите сверху второй такой же магнит. Почему железные предметы отпадают?

Источник



Ток протекающий по прямолинейному проводнику

Оборудование для демонстрационного эксперимента: ленты из фольги, штатив, ключ, цветные соединительные провода, источник постоянного тока на 12 В.

Оборудование для фронтального эксперимента: проволочные мотки, штатив, цветные соединительные провода и источник постоянного тока на 4 В.

Безусловно, компьютерные лабораторные работы рекомендуется проводить только после реальных физических экспериментов.

I. Проведение демонстрационного эксперимента и проведение фронтального эксперимента.

Подготовить и провести демонстрационный эксперимент «Взаимодействие двух параллельных токов» с лентами из фольги, подробно разобранный в книге «Демонстрационный эксперимент по физике. Том 2» 1 [1, С.76-78]. При этом целесообразно показать взаимодействие токов на двух опытах, вначале на двух параллельных проводниках с током одинакового и противоположного направлений. Вокруг каждого проводника с током обнаруживается магнитное поле (рис. 1). Акцентировать внимание учащихся на то, что силовые линии магнитного поля вокруг проводника с током являются концентрическими окружностями и лежат в плоскости, перпендикулярной этому проводнику.

Затем перейти к фронтальному эксперименту взаимодействия катушек с током, который будут проводить сами учащиеся.

Объяснить учащимся, что первый эксперимент достаточно труден в исполнении и требует тщательной подготовки. Именно поэтому фронтально учащимся предлагается провести эксперимент по взаимодействию двух круговых токов, используя проволочные мотки, ключ, штатив, цветные соединительные провода и источник постоянного тока на 4 В.

Проведение фронтального эксперимента.

Отметить направление тока в каждом витке, используя цветные провода. Включив на непродолжительное время ток, пронаблюдать взаимодействие двух катушек с током.

Учащиеся должны зафиксировать притяжение и отталкивание двух катушек с током в зависимости от направления тока. Витки с током одинакового направления притягиваются, а противоположного – отталкиваются.

После первичного формирования представлений о взаимодействии двух проводников с токов, акцентируем внимание учащихся на вопросы:
1) Магнитное поле создается электрическим током каждого проводника. Силовые линии магнитного поля обозначены на рис. 2. красным цветом.
2) Магнитное поле обнаруживается по его действию на электрический ток. Соответствующие силы обозначены как 1 и 2 синим цветом.

Затем рекомендуется вначале ознакомиться с соответствующей интерактивной моделью (рис. 3).

Читайте также:  Когда источник тока является идеальным

Затем ответить на контрольные вопросы к лабораторной работе «Взаимодействие параллельных токов»:

1. Каковы направления тока в проводах и индукции магнитного поля от проводов, если параллельные провода притягиваются?
А) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в разные стороны.
Б) Токи протекают в разных направлениях, индукция магнитного поля от проводов направлена в одну сторону.
В) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в одну сторону.
Г) Токи протекают в разных направлениях, индукция магнитного поля от проводов направлена в разные стороны.
Д) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в ту же сторону.

2. Как взаимодействуют параллельные проводники с током, если токи протекают в разных направлениях, и как направлена индукция магнитного поля от каждого из проводов?
А) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в разные стороны.
Б) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в одну сторону.
В) Проводники отталкиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в одну сторону.
Г) Проводники отталкиваются, векторы индукции магнитного поля от каждого из проводов направлены в разные стороны.
Д) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от каждого из проводов параллельны направлению соответствующих токов.

3. По двум параллельным проводам в одном направлении протекает электрический ток 1 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами увеличить в 2 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Не изменится.

4. По двум параллельным проводам в разных направлениях протекает электрический ток 2 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами уменьшить в 2 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Не изменится.

5. По двум бесконечным параллельным проводникам протекают токи в разных направлениях. Определить направление индукции магнитного поля от каждого проводника.
А) Вектор индукции магнитного поля от каждого проводника направлен в ту же сторону, что и соответствующий ток.
Б) Вектор индукции магнитного поля от каждого проводника направлен в противоположную сторону к соответствующему току.
В) Векторы индукции магнитного поля от каждого проводника направлены в одну сторону по касательным к окружностям, центр которых находится на оси проводников.
Г) Индукция магнитного поля от каждого проводника направлена в разные стороны по касательным к окружностям, центр которых находится на оси проводников.
Д) Определить направление индукции магнитного поля от каждого проводника невозможно.

6. По двум параллельным проводам в разных направлениях протекает электрический ток 1 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами уменьшить в 2 раза, а силу тока в одном из проводов увеличить в 4 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Увеличится в 8 раз.
Верные ответы: 1 – А, 2 – В, 3 – Б, 4 – А, 5 – В, 6 – Д. При решении учащимися соответствующих контрольных вопросов статистика верных и неверных ответов будет внесена в журнал достижений.

После этого провести компьютерные эксперименты по определенным заданиям и проверить свои решения. Компьютерные эксперименты к лабораторной работе, по которым можно провести соответствующий компьютерный эксперимент, специально составлены как задания с числами, соответствующими интерактивной лабораторной работе.

Эксперимент № 1. По двум бесконечным параллельным проводникам протекают токи 1 А и 2 А в разных направлениях. Расстояние между проводниками 0,8 м. Определить величину и направление индукции магнитного поля на расстоянии 0,8 м от каждого проводника. Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Индукция магнитного поля направлена в одну сторону. От первого тока , от второго тока .

Эксперимент № 2. Сила тока в проводниках, расположенных параллельно на расстоянии 1 м друг от друга, равна соответственно 1 А и 2 А. Токи протекают в одном направлении. Определить индукцию магнитного поля на расстоянии 1 м от каждого проводника. Во сколько раз по модулю индукция от второго проводника больше индукции от первого проводника? Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ. Индукция магнитного поля 12 = 2∙10 –7 Тл, 12 = –4∙10 -7 Тл.
Ответ. В 2 раза.

Читайте также:  Ток золотой пляж феодосия 2020

Эксперимент № 3. По двум длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии 0,5 м, течет ток соответственно 2 А и 1,5 А в разных направлениях. Определить, во сколько раз изменится сила взаимодействия, если расстояние увеличить в 2 раза. Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Уменьшится в 2 раза.

Эксперимент № 4. По двум длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии 0,5 м, протекают токи в одном направлении. Сила тока в проводниках 2 А. Во сколько раз изменится сила взаимодействия проводников, если расстояние увеличить в три раза? Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Уменьшится в 3 раза.

Все действия учащихся с заданиями к лабораторной работе также фиксируются в журнале достижений курса «Открытая Физика 2.6».

Умения учащихся творчески использовать полученные знания по теме «Взаимодействие параллельных токов» могут быть продемонстрированы на заданиях проблемного и творческого характера, которые предлагается составить самостоятельно. Примеры таких ожидаемых заданий:

  • В каком случае совпадают направления векторов магнитной индукции 1 и 2 при взаимодействии двух параллельных проводов с током?
  • Могут ли силы, действующие на два параллельных проводника с током быть разными по значению? А по направлению?
  • Как изменяется при взаимодействии двух параллельных током при увеличении расстояния между ними в 2 раза индукция магнитного поля и сила взаимодействия двух проводников?

В тетрадях для лабораторных работ у учащихся после выполнения компьютерной лабораторной работы «Взаимодействие параллельных токов» должны быть записи:

  • По проведению фронтального эксперимента.
  • Данные из журнала достижений по ответам на контрольные вопросы.
  • Данные из журнала достижений по проведению компьютерных экспериментов.

Отметка за выполнение компьютерной работы ставится по журналу достижений индивидуально каждому учащемуся.

Источник

§ 37. Индукция магнитного поля

Многие из вас наверняка замечали, что одни магниты создают в пространстве более сильные поля, чем другие. Например, поле первого магнита, изображённого на рисунке 111, сильнее, чем второго. Действительно, при одном и том же расстоянии до гвоздей, рассыпанных на столе, сила притяжения к первому магниту оказалась достаточной для преодоления силы тяжести гвоздей, а сила притяжения ко второму — нет.

Магнитное поле первого магнита сильнее, чем второго

Рис. 111. Магнитное поле первого магнита сильнее, чем второго

Какой же величиной можно охарактеризовать магнитное поле?

  • Магнитное поле характеризуется векторной физической величиной, которая обозначается символом В и называется индукцией магнитного поля (или магнитной индукцией)

Поясним, что это за величина.

Напомним, что магнитное поле может действовать с определённой силой на помещённый в него проводник с током.

Поместим прямолинейный участок проводника АВ с током в магнитное поле перпендикулярно его магнитным линиям (рис. 112). При показанном на рисунке направлении силы тока I в проводнике и расположении полюсов магнита действующая на проводник сила F, согласно правилу левой руки, будет направлена вниз. Определить эту силу можно, вычислив вес гирьки, которую приходится добавлять на правую чашу весов для уравновешивания силы F.

Опыт по измерению силы, действующей на помещённый в магнитное поле проводник с током

Рис. 112. Опыт по измерению силы, действующей на помещённый в магнитное поле проводник с током

Опыты показывают, что модуль этой силы зависит от самого магнитного поля — более мощный магнит действует на данный проводник с большей силой. Кроме того, сила действия магнитного поля на проводник пропорциональна длине L этого проводника и силе тока I в нём.

Отношение же модуля силы F к длине проводника L и силе тока I (т. е. F/IL) есть величина постоянная. Она не зависит ни от длины проводника, ни от силы тока в нём. Отношение F/IL зависит только от поля и может служить его количественной характеристикой.

Эта величина и принимается за модуль вектора магнитной индукции:

B = F/IL

  • Модуль вектора магнитной индукции В равен отношению модуля силы F, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине L

По этой формуле можно определить индукцию однородного магнитного поля.

В СИ единица магнитной индукции называется тесла (Тл) в честь югославского электротехника Николы Тесла.

Установим взаимосвязь между единицей магнитной индукции и единицами других величин СИ:

До сих пор для графического изображения магнитных полей мы пользовались линиями, которые условно называли магнитными линиями или линиями магнитного поля. Более точное название магнитных линий — линии магнитной индукции (или линии индукции магнитного поля).

  • Линиями магнитной индукции называются линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции

Данное определение линий магнитной индукции можно пояснить с помощью рисунка 113. На нём изображён проводник с током, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа. Окружность вокруг проводника представляет собой одну из линий индукции магнитного поля, созданного протекающим по проводнику током. Проведённые к этой окружности касательные в любой точке совпадают с вектором магнитной индукции.

Вектор магнитной индукции прямого проводника с током направлен по касательной в каждой точке поля

Рис. 113. Вектор магнитной индукции прямого проводника с током направлен по касательной в каждой точке поля

Теперь, пользуясь термином «магнитная индукция», назовём основные признаки однородного и неоднородного магнитных полей.

В однородном магнитном поле (рис. 114) вектор магнитной индукции В во всех произвольно выбранных точках поля одинаков как по модулю, так и по направлению.

Во всех точках однородного магнитного поля вектор магнитной индукции В одинаков по модулю и по направлению

Рис. 114. Во всех точках однородного магнитного поля вектор магнитной индукции В одинаков по модулю и по направлению

Сравним это поле с двумя неоднородными полями: полем постоянного полосового магнита (рис. 115, а) и полем тока, протекающего по прямолинейному участку проводника (рис. 115, б).

В разных точках неоднородного магнитного поля вектор магнитной индукции может быть различным как по модулю, так и по направлению

Рис. 115. В разных точках неоднородного магнитного поля вектор магнитной индукции может быть различным как по модулю, так и по направлению

Легко заметить, что в неоднородных полях, в отличие от однородного, вектор магнитной индукции меняется от точки к точке. Например, в каждом из рассматриваемых неоднородных полей при переходе из точки 1 в точку 2 вектор магнитной индукции меняется по модулю, при переходе из точки 1 в точку 3 — по направлению, при переходе из точки 2 в точку 3 вектор магнитной индукции меняется как по модулю, так и по направлению.

Магнитное поле называется однородным, если во всех его точках магнитная индукция B одинакова. В противном случае поле называется неоднородным.

Чем больше магнитная индукция в данной точке поля, тем с большей силой будет действовать поле в этой точке на магнитную стрелку или движущийся электрический заряд.

Источник

3.7 по прямолинейному проводнику проходит ток 50 ампер . определить напряженность и индукцию магнитного поля в точке

Ответ или решение 2

Нам необходимо определить напряженность и магнитную индукцию поля в точке.

Найдем индукцию магнитного поля

Индукцией магнитного поля называется физическая векторная величина, которая, в свою очередь, является силовой характеристикой магнитного поля в определенной точке пространство. То есть данная величина определяет с какой силой магнитное поле воздействует на заряд движущийся с определенной скоростью.

Величина магнитной индукции поля на расстоянии r от проводника с током определяется по следующей формуле:

B = (µ * I) / (2 * π * r)

  • µ — магнитная постоянная, которая соответственно равняется: µ = 4 * п * 10 -7 В*с/А*м;
  • I — сила тока в проводнике;
  • п — математическая постоянная равная п = 3,14;
  • r — расстояние, на котором расположена точка от проводника.

Из условия задачи нам известно, что:

r = 25 мм = 25 / 1000 = 0,025 м

То есть нам известны все необходимые параметры для нахождения магнитной индукции поля. Следовательно мы получаем, что индукция магнитного поля в точке находящейся на расстоянии 25 мм будет составлять:

B = (µ * I) / (2 * π * r) = (4 * п * 10 -7 * 50) / (2 * π * 0,025) = 2 * 10 -7 * 50 / 0,025 = 2 * 10 -7 * 2000 = 4000 * 10 -7 Тл

Найдем напряженность магнитного поля

Напряженность магнитного поля — это физическая векторная величина характеризующая магнитное поля.

Напряженность магнитного поля созданного вокруг прямолинейного проводника вычисляется по следующей формуле:

H = I / (2 * π * r) = 50 / (2 * 3,14 * 0,025) = 25 / (3,14 * 0,025) = 1000 / 3,14 = 318,47 А/м

Источник