Как взаимодействуют параллельные проводники с током?
Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.
решение вопроса
Связанных вопросов не найдено
Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.
- Все категории
- экономические 43,679
- гуманитарные 33,657
- юридические 17,917
- школьный раздел 612,708
- разное 16,911
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
- Обратная связь
- Правила сайта
Как взаимодействуют параллельные проводники с токами
В рамках техники и методики демонстрационного эксперимента в работе рассматривается опыт Ампера по силовому взаимодействию магнитных и электрических сил в параллельных проводниках, находящихся друг от друга на расстоянии L. Отмечается, что данный опыт был осуществлён ранее, где результаты эксперимента отражались с помощью оптического фонаря, а питание линии параллельных проводников осуществлялось от источника высокого напряжения.Было рассчитано критическое сопротивление линии, при котором магнитные и силовые взаимодействия перетерпевали изменения.С развитием новых материалов и технологий появилась возможность постановки опыта в качественно новых условиях с использованием детектора, выполненого на основе нано-технологий. Предлагаемый опыт проводится с проводниками, участки которых имеют большое сопротивление, а визуализация электрических полей осуществляется холестерическими жидкими кристаллами. Описан детектор коронного разряда на основе термоиндикатора с мезофазой 42-50оС. Представлена методика постановки и проведения опыта. В качестве участков с высоким сопротивлением коронные разряды в системе игла-плоскость.
параллельные проводники
жидкие кристаллы
силы взаимодействия
1. Малов Н.Н. Оглоблин Г.В. О силовых взаимодействиях проводов с током. // Известия вузов. Физика. – 1977. – Вып. 10. – С.151-153.
2. Оглоблин Г.В. Опыты с жидкими кристаллами. // Физика в школе. – 1977. -№5. – С. 94.-99.
3. Оглоблин Г.В. Датчики. Учебное пособие, Изд-во КГПУ, 2002. – 70с.
4. Стулов В.В., Одиноков В.И., Оглоблин Г.В. Физическое моделирование процессов при получении литой деформированной заготовки – Владивосток: Дальнаука, 2009. – 175с.
5. Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество: учеб. для вузов. — М., 1960. – 456с.
В работе [5] показано, что для взаимодействия прямых токов имеют место следующие законы Ампера:
Первый закон: параллельные токи одного направления притягиваются.
Второй закон: параллельные токи противоположного направления отталкиваются.
При этом не рассматривается цепь с Rл>Rk, где Rл- сопротивление линии, Rk – критическое сопротивление линии, когда эффект взаимодействия токов меняется. Эффект этот сегодня можно показать в видимом формате. И именно это является целью нашего исследования.
В работе [2] на основе опытных фактов показано и доказано, что эффект взаимодействия проводников при определённых условиях, когда
Rл>Rkменяется на обратный, т. е., электрические силы преобладают над магнитными.
В опытах [1, 2] оценка результатов опыта проводилась в реальном времени и они наблюдались визуально в оптической проекции на экране. Для получения визуальной картины взаимодействия электрических полей параллельных токов с сопротивлением Rл>Rк использовались жидкие кристаллы и коронный разряд. В нашем случае Rэ -сопротивление электрода типа игла, а Rл – это сопротивление воздушного промежутка между электродом типа игла и плоским электродом плюс сопротивление электрода типа игла,
В реальных условиях величиной Rэ можно пренебречь, так как Rв>>Rэ.
Применение жидких кристаллов позволяет получить реплику данных взаимодействий [2, 3, 4].
Преобразователь напряжения типа «Разряд» из коллекции типового школьного кабинета с U = 5кV.
Две швейные иглы длиной 70мм.
Плоский электрод размером 150х150мм (из белой жести).
Диэлектрический держатель (из набора по электростатике) или два зажима.
Жидкие холестерические кристаллы с мезофазой 42-50оС.
Физический штатив – 2шт.
Плоский электрод обезжириваем и с одной стороны покрываем чёрным нитролаком. Через 2-3 часа наносим на плоский электрод жидкие кристаллы, предварительно подогрев электрод и жидкие кристаллы до 55-60оС на мармите. Даём жидким кристаллам растекаться равномерным слоем по поверхности электрода. Полученный таким образом детектор охлаждаем до комнатной температуры.
Методика постановки опыта.
Ток в проводниках идёт во встречных направлениях.
Собираем установку согласно рис.1, где 1 – источник типа «Разряд» на 5kV, 2-физический штатив, 3 – плоский электрод с нанесённым слоем жидких кристаллов, 4 – физический штатив, 5 – зажим положительного электрода 6, 7-зажим отрицательного электрода 8.5.
Рис.1. Блок-схема опыта параллельных проводников, когда ток идёт во встречных направлениях: 1. Источник питания. 2.4. Физический штатив. 3. Плоский электрод. 5.8. диэлектрические держатели. 6. Положительный электрод. 7.Отрицательный электрод.
Включаем установку и на жидкокристаллическом детекторе получаем отпечаток положительной и отрицательной короны. Размеры отпечатков разные, так как положительная корона при одинаковых условиях примерно в 1,63 раза больше отрицательной. По отпечаткам рис.2 можно судить о взаимодействии электрических полей: они притягиваются.
Рис.2. Реплика положительной и отрицательной корон. 1, 2-зажимы электродов типа игла. 4 – положительная корона, 5 – отрицательная корона. 3 – жидкокристаллический детектор (плоский электрод).
Вывод. В данном случае эффект отталкивания [1] заменился эффектом притягивания, так как параллельные токи противоположного направления в цепис Rл> Rkпритягиваются.
Собираем установку согласно рис.3, где 1- источник типа «Разряд», 2-физический штатив, 3- плоский электрод, 4-физический штатив, 5- зажим положительного электрода 6, 7-зажим отрицательного электрода 8.
Рис.3. Блок-схема опыта параллельных проводников, когда ток идёт одном направлении; 1 — Источник питания. 2, 4– Физический штатив. 3 – Плоский электрод. 5.8 – Диэлектрический держатель. 6.7 – Положительные электроды.
Проводим опыт в той же последовательности, что и в первом случае. Получаем отпечатки двух положительных корон, из которых следует: электрические поля отталкиваются (рис.4).
Рис.4. Реплика положительных корон: 1, 2 – зажимы электродов, 4, 5 – реплики положительных корон, 3 – жидкокристаллический детектор.
Вывод. В данном случае эффект притягивания [1] заменился эффектом отталкивания. Параллельные токи одного направления при Rл>Rk отталкиваются.
Таким образом, для высоковольтных цепей сопротивлением больше Rкритическое, закон Ампера о взаимодействии параллельных токов ограничен, так как кулоновские силы преобладают над амперовскими.
Но в школьном курсе физики, а так же в курсе общей физики в вуза об этом умалчивают, как методисты, так и специалисты, читающие эти курсы.
Рецензенты:
Сапченко И.Г., д.т.н., доцент, заместитель директора по научной работе ФГБУ «Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН, г. Комсомольск-на-Амуре;
Шумейко А.А., д.п.н., профессор, ректор ФГБОУ ВПО Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет, г. Комсомольск-на-Амуре.
Взаимодействие параллельных проводников с током (параллельных токов)
Взаимодействие параллельных проводников с током (параллельных токов) — это явление, при котором два проводника, по которым течет электрический ток, притягиваются или отталкиваются друг от друга в зависимости от направления тока. Это взаимодействие объясняется действием магнитного поля, создаваемого токами в проводниках. Это явление называется законом Ампера.
Знание того как взаимодействуют параллельные проводники с током имеет важное значение для понимания и применения магнитных явлений в электротехнике, электронике, связи, медицине и других областях. Например, взаимодействие параллельных проводников с током используется для создания электромагнитов, генераторов, трансформаторов, электродвигателей, динамиков, микрофонов и т.д.
Определить в некоторой точке пространства вектор индукции магнитного поля B, порождаемого постоянным электрическим током I, можно с помощью Закона Био-Савара. Это делается путем суммирования всех вкладов в магнитное поле от отдельных элементов тока.
Жан Батист Био и Феликс Савар — французские физики, которые совместно открыли и сформулировали закон, связывающий электрический ток и магнитное поле. Закон Био-Савара позволяет рассчитывать магнитное поле в любой точке пространства, если известно распределение токов в проводниках.
Этот закон был получен на основе экспериментальных данных в 1820 году, вскоре после открытия Эрстеда о влиянии тока на магнитную стрелку. Закон Био-Савара является одним из основных законов магнитостатики и электромагнетизма.
Магнитное поле элемента тока dI, в точке, заданной вектором r, по Закону Био-Савара находится так (в системе СИ):
Одна из типичных задач состоит в том, чтобы далее определить силу взаимодействия двух параллельных токов. Ведь токи, как известно, порождают собственные магнитные поля, а ток, находящийся в магнитном поле (другого тока) испытывает на себе действие силы Ампера.
Французский физик Андре-Мари Ампер считается одним из основателей электродинамики. Его именем названа единица измерения силы электрического тока в Международной системе единиц.
Сила Ампера — это сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля. Она зависит от индукции магнитного поля, от направления этой индукции, от тока в проводнике и длины проводника.
Под действием силы Ампера, противоположно направленные токи взаимно отталкиваются, а токи направленные в одну сторону — взаимно притягиваются.
Прежде всего для прямого тока I нам необходимо найти магнитное поле B на некотором расстоянии R от него.
Для этого вводится элемент длины тока dl (по направлению тока), и рассматривается вклад от тока в месте расположения данного элемента длины — в общую индукцию магнитного поля применительно к выбранной точке пространства.
Сначала будем записывать выражения в системе СГС, то есть появится коэффициент 1/с, а в конце приведем запись в системе СИ, где появится магнитная постоянная.
По правилу нахождения векторного произведения, вектор dB — результат векторного произведения dl на r для любого элемента dl, в каком бы месте рассматриваемого проводника он не находился, всегда будет направлен за плоскость рисунка. Результат будет равен:
Произведение косинуса на dl можно выразить через r и угол:
Значит выражение для dB примет вид:
Далее выразим r через R и косинус угла:
И выражение для dB примет вид:
Далее необходимо это выражение проинтегрировать в пределах от -пи/2 до +пи/2, и в результате получим для B в точке на расстоянии R от тока следующее выражение:
Можно сказать, что вектор B найденной величины, для выбранной окружности радиуса R, через центр которой перпендикулярно проходит данный ток I, всегда будет направлен по касательной к данной окружности, какую бы точку окружности мы ни выбрали. Здесь присутствует осевая симметрия, так что вектор B в любой точке окружности получается одной и той же длины.
Теперь рассмотрим параллельные постоянные токи и решим задачу нахождения сил их взаимодействия. Допустим, что параллельные токи направлены в одну и ту же сторону.
Изобразим магнитную силовую линию в форме окружности радиуса R (о которой речь шла выше). И пусть второй проводник расположен параллельно первому в какой-то точке данной силовой линии, то есть в месте с индукцией, значение которой (в зависимости от R) мы только что научились находить.
Магнитное поле в этом месте направлено за плоскость рисунка, и оно действует на ток I2. Выделим элемент длины тока l2, равный одному сантиметру (единица длины в системе СГС). Далее рассмотрим силы, действующие на него. Будем использовать Закон Ампера. Индукцию в месте расположения элемента длины dl2 тока I2 мы нашли выше, она равна:
Следовательно сила, действующая со стороны всего тока I1 на единицу длины тока I2 будет равна:
Это и есть сила взаимодействия двух параллельных токов. Поскольку токи однонаправленные и они притягиваются, то сила F12 со стороны тока I1 направлена так, что она тянет ток I2 в сторону тока I1. Со стороны же тока I2 на единицу длины тока I1 действует сила F21 равной величины, но направленная в сторону противоположную силе F12, в соответствии с третьим законом Ньютона.
В системе СИ, сила взаимодействия двух постоянных параллельных токов находится по следующей формуле, где коэффициент пропорциональности включает в себя магнитную постоянную:
Эта формула была получена Ампером на основе экспериментальных данных.
Она показывает, что сила взаимодействия прямо пропорциональна силам токов и длине проводников, а обратно пропорциональна расстоянию между ними.
Также из формулы следует, что если токи текут в одном направлении, то сила взаимодействия положительна, то есть проводники притягиваются, а если токи текут в противоположных направлениях, то сила взаимодействия отрицательна, то есть проводники отталкиваются. Это соответствует наблюдаемому явлению взаимодействия параллельных токов.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
как взаимодействуют параллельные токи?
При одинаковых направлениях токов параллельные проводники притягиваются, а при противоположных направлениях отталкиваются.
Какова природа наблюдаемого взаимодействия?
Поскольку разность потенциалов между заряженными проводниками от источника тока равна нескольким вольтам, кулоновские силы незначительны и они не проявляются. Следовательно, силы взаимодействия между параллельными проводниками с током имеют иную, некулоновскую природу. Эти силы появляются вследствие упорядоченного движения заряженных частиц. Они называются магнитными силами. Взаимодействия между проводниками с током называются магнитными. Таким образом, между движущимися электрическими зарядами существуют магнитные взаимодействия.
Источник: Учебник физики Под ред. А. А. Покровского. —М. Просвещение, 1978.—Ч. 1, с. 300
Остальные ответы
Похожие вопросы