Что показывает опыт ампера

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.

Источник

Лекция 17

1.Магнитное поле

Достаточно давно было замечено, что существуют вещества, предметы из которых определенным образом ориентируются в пространстве. Они также взаимодействуют между собой и взаимодействуют с электрическими токами. Эти вещества называли магнитами.

2.Опыт Эрстеда (1820)

Данный эксперимент показал взаимодействие тока и магнита и установил связь между электрическими и магнитными явлениями.

3.Опыт Ампера (1823)

Ампер показал, что подобным образом взаимодействуют и токи между собой.

Ампер установил, что токи одного направления притягиваются, противоположные – отталкиваются. А сила взаимодействия пропорциональна произведению токов.

4.Понятие о магнитной индукции

Так же, как в электричестве, будем считать, что магнитное взаимодействие осуществляется с помощью магнитного поля. Для характеристики магнитного поля вводят вектор индукции магнитного поля

В электричестве вводилось понятие пробного заряда. В магнетизме вводят понятие элемента тока.

Последнее выражение можно рассматривать, как определение индукции магнитного поля. С другой стороны оно определяет силу действия на элемент тока в магнитном поле. Можно рассчитать силу, действующую на проводник с токами конечной длины.

,

где интеграл вычисляется по длине проводника. Эту силу называют силой Ампера. Для линейного проводника

Для индукции можно также написать следующее выражение

1 слагаемое – это касательная составляющая магнитной индукции, которая не дает вклада в силу.

2 слагаемое – нормальная составляющая индукции.

Если проводник развернуть определенным образом, то касательная составляющая исчезнет. Данное выражение можно рассматривать, как одно из определений индукции.

Аналогия с электричеством

5.Единицы измерения.

Для Земли

6.Принцип суперпозиции

Как и для электрического поля, для магнитного поля выполняется принцип суперпозиции.

Закон: Индукция магнитного поля созданная несколькими источниками равна сумме индукций создаваемых в данной точке каждым источником в отдельности.

7.Графическое представление магнитного поля

Так же, как и электрическое поле, магнитное поле можно представить с помощью линий, касательная к которым в каждой точке совпадает с направлением вектора индукции. Их нельзя назвать силовыми линиями, т.к. сила перпендикулярна индукции. Экспериментально картины линий можно получить с помощью мелких частиц магнитного вещества (железных опилок).

Вблизи прямого проводника с током линии индукции являются окружностями.

Внутри соленоида поле однородно.

Эксперименты показывают, что линии магнитной индукции замкнутые, т.е. не имеют начала и конца. В этом их существенное отличие от электростатического поля. Говорят, что магнитное поле имеет вихревой характер. Следовательно, в природе нет магнитных зарядов, нет магнитных токов.

8.Закон Био-Савара-Лапласа

Закон является обобщением экспериментальных факторов и показывает, какую индукцию создает бесконечно тонкий элемент с током.

Это закон Био-Савара-Лапласа в дифференциальной и интегральной формах.

индукция пространственного распределения тока

–

Если имеется движущийся заряд, то

– индукция магнитного поля, которую создает один движущийся заряд.

Связь между электрическими и магнитными полями:

9.Взаимодействие двух проводников

10.О коэффициенте в законе БСЛ.

Коэффициент в законе зависит от выбора системы единиц.

, где μ₀ – магнитная постоянная, которая равна

Следовательно, .

– закон БСЛ.

11.Напряженность магнитного поля

В магнетизме так же, как в электричестве, вводится дополнительный вектор для характеристики магнитного поля – напряженность.

– в вакууме ( – напряженность).

– закон Био-Савара.

Очевидно, что в вакууме эти два вектора совпадают с точностью до постоянного коэффициента. В средах это не так.

Источник

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».

Источник

Магнитная сила Ампера. Как перевести амперы в ватты и обратно?

Закон Ампера

Сила Ампера является главной составляющей закона Ампера — закона о взаимодействии электрических токов. В нём говорится, что в параллельных проводниках, в которых электрические токи текут в одном направлении, возникает сила притягивания. А в тех проводниках, в которых электрические токи текут в противоположных направлениях, возникает сила отталкивания.

Также законом Ампера называют закон, который определяет силу действия магнитного поля не небольшую часть проводника, по которой протекает ток. В данном случае она определяется как результат умножения плотности тока, который идёт по проводнику, на индукцию магнитного поля, в котором проводник находится.

Из самого закона Ампера сделаны выводы, что сила Ампера равняется нулю, если величина угла, расположенного между током и линией магнитной индукции, тоже будет равняться нулю. Другими словами, проводник для достижения нулевого значения должен быть расположен вдоль линии магнитной индукции.

Закон Ампера – определение

Андре Ампер в 1920 году дал определение тому, с какой силой магнитное поле влияет на проводник, помещённый в него. Он установил прямое соотношение между силой, возникающей вокруг проводника, силой тока, модулем магнитной индукции и синусом угла между вектором магнитной индукции и направлением тока.

Выражение имеет вид:

Определение справедливо для проводника, по которому происходит постоянно направленное движение электронов.

Что такое сила Ампера

Собственно сила ампера и является той силой действия магнитного поля на проводник, по которому идет ток. Сила Ампера вычисляется по формуле как результат умножения плотности тока, идущего по проводнику на индукцию магнитного поля, в котором находится проводник. Как результат формула силы Ампера будет выглядеть так

Где, са – сила Ампера, ст – сила тока, дчп – длина части проводника, ми – магнитная индукция.

Сила Ампера, Закон Ампера, правило левой руки:

История открытия

Впервые его сформулировал Андре Ампер, который применил закон к постоянному току. Открыт он был в 1820 году. Этот закон в будущем имел далеко идущие последствия, ведь без него представить работу целого ряда электрических приборов просто невозможно.

Сила Ампера (при использовании двух параллельных проводников)

Представьте два бесконечных проводника, которые расположены на определённом расстоянии. По ним протекают токи. Если токи текут в одном направлении, то проводники притягиваются. В противоположном случае они будут отталкиваться один от одного. Поля, которые создают параллельные проводники, направлены встречно друг другу.

И чтобы понять, почему они реагируют именно так, вам достаточно вспомнить о том, что одноименные полюса магнитов или одноименные заряды всегда отталкиваются. Для определения стороны направления поля, созданного проводником, следует использовать правило правого винта.

Единицы мощности

Перевод ватты в амперы и наоборот — понятие относительное, потому как это разные единицы измерения. Амперы — это физическая величина силы электрического тока, то есть скорость прохождения электричества через кабель. Ватт — величина электрической мощности, или скорость потребления электроэнергии. Но такой перевод необходим для того, чтобы рассчитать, соответствует ли значение силы тока значению его мощности.

Связь с другими единицами СИ

Что такое амперы с точки зрения связи между электрическими единицами, можно увидеть на примерах:

Обозначение количества ампер наносится на корпуса автоматических выключателей и предохранителей.

Перевод ампера в ватты и киловатты

Знать, как посчитать соответствие ампер ваттам, нужно для того, чтобы определить, какое устройство способно выдержать мощность подключаемых потребителей. К таким устройствам относят защитную аппаратуру или коммутационную.

Перед тем как выбрать, какой автоматический выключатель или устройство защитного отключения (УЗО) установить, нужно посчитать мощности потребления всех подключаемых приборов (утюг, лампы, стиральная машина, компьютер и т.д.). Или же наоборот, зная, какой стоит автомат или защитное устройство отключения, определить, какое оборудование выдержит нагрузку, а какое нет.

Для перевода ампера в киловатты и наоборот существует формула: I=P/U, где I — амперы, P — ватты, U — вольты. Вольты — это напряжение сети. В жилых помещениях используется однофазная сеть — 220 В. На производстве для подключения промышленного оборудования работает электрическая трехфазная сеть, значение которой равно 380 В. Исходя из этой формулы, зная амперы, можно посчитать соответствие ваттам и наоборот — перевести ватты в амперы.

Ситуация: имеется автоматический выключатель. Технические параметры: номинальный ток 25 А, 1-полюс. Нужно посчитать, какую ваттность приборов способен выдержать автомат.

Проще всего технические данные внести в калькулятор и рассчитать мощность. А также можно использовать формулу I=P/U, получится: 25 А=х Вт/220 В.

Чтобы ватты перевести в киловатты,необходимо знать следующие меры мощности в ватт:

Значит, 5500 Вт =5,5 кВт. Ответ: автомат с номинальным током 25 А может выдержать нагрузку всех приборов общей мощностью 5,5 кВт, не более.

Применяют формулу с данными напряжения и силы тока для того, чтобы подобрать тип кабеля по мощности и силе тока. В таблице приведено соответствие тока сечению провода:

Медные жилы проводов и кабелейСечение жилы, мм²Медные жилы проводов, кабелей

Как перевести ватт в ампер

Перевести ватт в ампер нужно в ситуации, когда необходимо поставить защитное устройство и нужно выбрать, с каким номинальным током оно должно быть. Из инструкции по эксплуатации ясно, сколько ватт потребляет бытовой прибор, подключаемый к однофазной сети.

Задача рассчитать, сколько ампер в ваттах или какая соответствует розетка для подключения, если микроволновая печь потребляет 1,5 кВт. Для удобства расчета киловатты лучше перевести в ватты: 1,5 кВт = 1500 Вт. Подставляем значения в формулу и получаем: 1500 Вт / 220 В = 6,81 А. Значения округляем в большую сторону и получаем 1500 Вт в пересчете на амперы — потребление тока СВЧ не менее 7 А.

Если подключать несколько приборов одновременно к одному устройству защиты, то чтобы посчитать, сколько в ваттах ампер, нужно все значения потребления сложить вместе. Например, в комнате используется освещение со светодиодными лампами 10 шт. по 6 Вт, утюг мощностью 2 кВт и телевизор 30 Вт. Сначала все показатели нужно перевести в ватты, получается:

Теперь можно перевести ампер в ватты, для этого подставляем значения в формулу 2090/220 В = 9,5 А

10 А. Ответ: потребляемый ток около 10 А.

Необходимо знать, как перевести амперы в ватты без калькулятора. В таблице показано соответствие скорости потребления электроэнергии силе тока при однофазной и трехфазной сетях.

Применение силы Ампера

Применение силы Ампера в современном мире очень широкое, можно даже без преувеличение сказать, что мы буквально окружены силой Ампера. Например, когда вы едете в трамвае, троллейбусе, электромобиле, его в движение приводит именно она, сила Ампера. Аналогичны лифты, электрические ворота, двери, любые электроприборы, все это работает именно благодаря силе Ампера.

Эксперимент

Для того чтобы иметь возможность своими глазами увидеть действие силы Ампера, можно провести дома небольшой эксперимент. Для начала необходимо взять магнит-подкову, в котором между полюсами поместить проводник. Всё желательно воспроизвести так, как на картинке.

Если замкнуть ключ, то можно увидеть, что проводник начнёт двигаться, смещаясь от начальной точки равновесия. Можно поэкспериментировать с направлениями пропускания тока и увидеть, что зависимо от направления движения меняется направление отклонения проводника. Из самого эксперимента можно вынести несколько наблюдений, которые подтверждают вышесказанное:

Проверочные задачи по теме: магнитное взаимодействие токов и сила Ампера

Задача 1. Докажите, что два параллельных проводника, в которых текут токи одного направления, притягиваются.

Вокруг любого проводника с током существует магнитное поле, следовательно, каждый из двух проводников находится в магнитном поле другого. На первый проводник действует сила Ампера со стороны магнитного поля, созданного током во втором проводнике, и наоборот. Определив по правилу левой руки направления этих сил, выясним, как вести себя проводники.

В ходе решения выполним объяснительные рисунки: изобразим проводники А и В, покажем направление тока в них и др.

Определим направление силы Ампера, действующая на проводник А, находящегося в магнитном поле проводника В.

1) С помощью правила буравчика определим направление линий магнитной индукции магнитного поля, созданного проводником В (рисунок слева). Выясняется, что у проводника А магнитные линии направлены к нам (отметка «•»).

2) Воспользовавшись правилом левой руки, определим направление силы Ампера, действующая на проводник А со стороны магнитного поля проводника В.

3) Приходим к выводу: проводник А привлекается к проводнику В.

Теперь найдем направление силы Ампера, действующая на проводник В, находится в магнитном поле проводника А.

1) Определим направление линий магнитной индукции магнитного поля, созданного проводником А (рисунок справа). Выясняется, что у проводника В магнитные линии направлены от нас (отметка «х»).

2) Определим направление силы Ампера, действующая на проводник В.

3) Приходим к выводу: проводник В привлекается к проводнику А.

Ответ: два параллельных проводника, в которых текут токи одного направления, действительно притягиваются.

Задача 2. Прямой проводник (стержень) длиной 0,1 м массой 40 г находится в горизонтальном однородном магнитном поле индукцией 0,5 Тл. Стержень расположен перпендикулярно магнитных линий поля). Ток какой силы и в каком направлении следует пропустить в стержне, чтобы он не давил на опору (завис в магнитном поле)?

Стержень не будет давить на опору, если сила Ампера уравновесит силу тяжести. Это произойдет при следующих условиях:

Направление тока определим, воспользовавшись правилом левой руки.

Определим направление тока. Для этого расположим левую руку так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а отогнутый на 90 ° большой палец был направлен вертикально вверх. Четыре вытянутые пальцы укажут направление от нас. Итак, ток в проводнике следует направить от нас.

Учитываем, что FA = Fтяж. FA= BIlsinα, где sin α = 1; Fтяж = mg

Из последнего выражения найдем силу тока: I = mg/Bl

Проверим единицу, найдем значение искомой величины.

Ответ: I = 8 А; Ток в направлении от нас.

Подводим итоги

Силу, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называют силой Ампера. Значение силы Ампера вычисляют по формуле: FA= BIlsinα, где B — индукция магнитного поля; I — сила тока в проводнике; l — длина активной части проводника; α — угол между направлением вектора магнитной индукции и направлением тока в проводнике.

Для определения направления магнитной силы Ампера используют правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а четыре вытянутые пальцы указывали направление тока в проводнике, то отогнутый на 90 ° большой палец укажет направление силы Ампера.

Сила Ампера, видео

И в завершение небольшой видео урок о силе Ампера.

Источник