|
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА 1. Как определяют модуль и направление силы Ампера Рассмотрим силу, действующую со стороны магнитного поля на проводник с током. Эту силу называют силой Ампера. Из определения магнитной индукции Сила Ампера зависит от ориентации проводника относительно вектора магнитной индукции: магнитное поле не влияет на проводник с током, ось которого параллельна к линиям магнитной индукции, сила Ампера максимальна в случае, когда ось проводника перпендикулярна к линиям магнитной индукции. Модуль силы Ампера зависит только от проекции вектора магнитной индукции на ось, перпендикулярную к оси проводника: B = B sin
Таким образом, закон Ампера можно записать в виде:
Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки: Ø если раскрытую ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый в плоскости ладони большой палец покажет направление силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля.
2. Рамка с током в магнитном поле Рассмотрим действие однородного магнитного поля с магнитной индукцией B на твердую прямоугольную рамку с силой тока в ней I. Будем считать линии магнитного поля горизонтальными. Рассмотрим, какие силы действуют на противоположные стороны рамки с током в магнитном поле. По ним текут токи, направленные в противоположные стороны. Поэтому силы, действующие со стороны магнитного поля на противоположные стороны рамки, будут противоположно направлены. Эти силы будут поворачивать рамку. Таким образом, магнитное поле оказывает на рамку с током орієнтувальну действие: рамка будет поворачиваться до тех пор, пока обе силы Ампера не будут направлены вдоль одной прямой, то есть пока плоскость рамки не станет перпендикулярной магнитных линий. Определим момент сил, действующих на рамку. Обозначим a и b - длины соответственно горизонтальной и вертикальной сторон рамки, β - угол между плоскостью рамки и линиями магнитного поля. На рисунке показан вид рамки сверху и силы, действующие на вертикальные стороны рамки.
Модуль каждой из этих сил Fa = BIb, момент пары сил равен M = FAl = Blab · cosβ = BIS · cosβ, где S - площадь рамки. Положение рамки принято определять по углу а между линиями магнитного поля и перпендикуляром (вектором нормали n) к площади рамки. Направление нормали выбирают так, чтобы он был связан с направлением тока в рамке правилом буравчика. Очевидно, что cosβ = sin
Момент сил равен нулю, если 3. Как работает двигатель постоянного тока Вращение рамки с током в магнитном поле используют в электрических двигателях - устройствах, в которых электрическая энергия превращается в механическую. Чтобы ротор (подвижная часть электродвигателя) вращался, необходимо решить две главные проблемы. 1). Проводник нельзя припаять одним концом к контакту на роторе, а вторым - к контакту на статоре (неподвижной части электродвигателя): такой проводник быстро оборвется. Чтобы поддерживать ток в обмотке ротора, изобрели скользящие контакты, а в большинстве электродвигателей переменного тока научились вообще обходиться без контактов, используя явление электромагнитной индукции. 2). Если направление магнитной индукции и тока в рамке не меняется, то ротор просто остановится в положении устойчивого равновесия. Чтобы обеспечить непрерывное вращение ротора, в двигателях постоянного тока применяют коллектор. Благодаря использованию коллектора направление тока в рамке через каждые полоборота меняется на противоположный. В результате силы, действующие на рамку, вращают ее все время в том же направлении (см. рисунок).
Неподвижную часть электродвигателя называют статором (в переводе с латыни - «неподвижный»). В статоре небольшого электродвигателя расположен постоянный магнит с полюсами специальной формы. В статоре мощного электродвигателя расположен электромагнит. Итак, чтобы сконструировать электрический двигатель, необходимо иметь: 1) постоянный магнит; 2) ведущий контур; 3) источник тока; 4) коллектор. ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА Первый уровень 1. От чего зависит сила, действующая на прямолинейный проводник с током во внешнем магнитном поле? 2. Почему магнитное поле не действует на проводник без тока? Ведь свободные электроны в проводнике находятся в постоянном тепловом движении. Второй уровень 1. Чем обусловлена орієнтувальна действие магнитного поля на рамку с током? 2. Как можно доказать, что в положении устойчивого равновесия силы Ампера пытаются растянуть рамку, а в положении неустойчивого равновесия - сжать? 3. Прямоугольная рамка с током находится в однородном магнитном поле. Как нужно повернуть рамку, чтобы на нее действовал наибольший крутящий момент? ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА 1). Качественные вопросы 1. Как можно изменить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле? 2. Объясните, почему рамка с током не сможет остановиться в положении устойчивого равновесия. 3. Как можно изменить направление вращения электродвигателя на противоположное? 2). Учимся решать задачи 1. Через проводник длиной 60 см течет ток силой 1,2 А. Определите наибольшее и наименьшее значение силы Ампера, действующей на проводник, при различных его положений в однородном магнитном поле, индукция которого 1,5 Тл. 2. Определите: направление силы Ампера (рис. 1); полюса магнита (рис. 2); направление тока в проводнике (рис. 3).
ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ • Силу, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера:
• Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если раскрытую ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый в плоскости ладони большой палец покажет направление силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля. • На рамку с током в магнитном поле действует момент сил:
• Поворот рамки с током в магнитном поле используют в электродвигателях. Для того чтобы силы, действующие на рамку с током в магнитном поле, вращали рамку все время в том самом направлении, используют коллектор. • С помощью коллектора в электродвигателе постоянного тока обеспечивают скользящий электрический контакт с обмоткой ротора, а также периодически меняют направление тока, что необходимо для вращения ротора в одном направлении. Домашнее задание 1. Подр-1: § 19; подр-2: § 10 (п. 3). 2. Сб.: Рів1 № 7.6; 7.10; 7.11; 7.13. Рів2 № 7.22; 7.23; 7.25; 7.27. Рів3 № 7.48, 7.49; 7.507; 7.51.
|
|
следует, что максимальная сила Ампера равна: 
, где 
