Электромагнитная сила

 

Электромагнитная сила представляют собой силы, возникающие при электромагнитном взаимодействии.

Действие этих сил подчинено основным законам взаимодействия между электрически заряженными телами или частицами.

Она обусловлена взаимодействием элементарных частиц, которые несут электрические заряды.

Известно, что основными строительными блоками вселенной являются элементарные частицы: электроны, протоны и нейтроны.

Электромагнитная сила: определение примеры

Прямолинейный провод в магнитном поле

Сила, с которой магнитное поле действует на провод с током, расположенный в этом поле, называется электромагнитной силой.

Зависит от тока I, магнитной индукции В и активной длины провода l т. е. той его части, которая расположена в магнитном поле.

Если провод и вектор магнитной индукции взаимно перпендикулярны, то сила имеет наибольшее значение и определяется по формуле (3-1).

Рис. 3-4. Правило левой руки

Направление электромагнитной силы определяется по правилу левой руки:

---

Расположим ладонь левой руки так, Чтобы вектор магнитной индукции входил в нее, четыре вытянутые пальца совпадали с направлением тока, тогда отогнутый под прямым углом большой палец левой руки укажет направление электромагнитной силы (рис. 3-4).

Если угол а между проводом и направлением вектора В не равен 90°, то электромагнитная сила будет пропорциональна sin α.

То есть в этом случае:

F = ВIl sin α.

Пример определения электромагнитной силы

Пример 3-1. В однородном магнитном поле с индукцией 1,2 тл расположен провод с активной длиной 30 см.

Ток в проводе 500 а. Определить электромагнитную силу, действующую на провод, если провод перпендикулярен вектору магнитной индукции:

F = BIl= 1,2 • 500 • 0,3 = 180 н

или, так как 1 н = 0,102 кГ,

F= 180 • 0,102 = 18,36 кГ.

Если прямолинейный провод с током (рис. 3-5) под действием электромагнитной силы переместится на расстояние 6, параллельно самому себе, в однородном магнитном поле, перпендикулярно магнитным линиям.

То электромагнитной силой будет совершена механическая работа:

A = Fb = IBlb=IBS =IФ,

где S = lb — площадь описанная проводом.

Рис. 3-5. Перемещение проводника в магнитном поле на расстояние b 

Таким образом, механическая работа, совершенная электромагнитной силой при перемещении провода с током в магнитном поле, равна произведению тока на пересеченный проводом магнитный поток.

Пример определения роботы

Пример 3-2. Определить работу, совершенную при перемещении провода длиной 40 см с током 200 а в однородном поле с магнитной индукцией 1,5 тл.

Провод переместился в плоскости, перпендикулярной к магнитным линиям, на 25 см.

Магнитный поток, пересеченный проводом:

Ф = BS = 1,5 • 0,4 • 0,25 = 0,15 вб.

Работа, совершенная при перемещении провода:

А = ФI = 0,15 • 200 = 30 дж.

Контур в магнитном поле

На рис. 3-6 показана прямоугольная катушка (рамка) с током. Стороны рамки, расположенные перпендикулярно плоскости рисунка, находятся в однородном магнитном поле.

Рис. 3-6. Вращающий момент; действующий на контур с током в магнитном поле.

Вследствие этого на эти стороны действуют электромагнитные силы F, создающие вращающий момент.

Под действием этого вращающего момента рамка с током стремится занять положение, при котором эти силы взаимно уравновесятся (рис. 3-7), при этом поверхность, ограниченную рамкой, пронизывает наибольший магнитный поток.

Отсюда следует правило:

Контур с током, расположенный в магнитном поле, под действием электромагнитных сил стремится занять положение, при котором магнитный поток, пронизывающий контур, будет наибольшим.

Движущийся электрон в магнитном поле

Ток в проводе представляет собой направленное движение свободных электронов.

Электромагнитная сила, действующая на провод длиной l:

F = IBl

Если число свободных электронов в объеме провода длиной l обозначим через N, то электромагнитная сила, действующая на отдельный электрон:

f = F : N

Обозначив заряд электронов Q = Nq и среднюю скорость движения электронов υ — l/t.

Рис. 3-7. Электромагнитные силы, действующие на контур с током, стремятся раздвинуть стороны рамки.

Напишем выражение электромагнитной силы,  действующей на электрон, движущийся перпендикулярно магнитным линиям поля:

f = F/N = Q/t(Bl)1/N= Nq/t(Bl)1/N = Bqυ

Направление этой силы определяется по правилу левой руки, но четыре вытянутые пальца руки должны быть направлены в сторону, противоположную направлению движению электрона.

Быстрые ответы?