Pengetahuan tentang apa itu gaya Ampere, bagaimana kaitannya dan bagaimana kegunaannya bagi manusia diperlukan bagi mereka yang bekerja dengan arus. Baik untuk keselamatan Anda sendiri maupun untuk bekerja dengan berbagai elektronik radio (saat merancang railgun, yang cukup populer). Namun cukup bertele-tele, mari kita mulai mencari tahu apa itu gaya Ampere, ciri-ciri gaya ini dan di mana penggunaannya. Anda juga dapat membaca potensi penggunaan di masa depan dan manfaat penggunaannya sekarang.

hukum Ampere

Gaya Ampere merupakan komponen utama dari hukum Ampere – hukum interaksi arus listrik. Disebutkan bahwa pada penghantar paralel yang arus listriknya mengalir searah, timbul gaya tarik-menarik. Dan pada konduktor yang arus listriknya mengalir berlawanan arah, timbul gaya tolak menolak.

Disebut juga hukum Ampere adalah hukum yang menentukan gaya suatu tindakan Medan gaya Bukan sebagian kecil konduktor yang dilalui arus. DI DALAM pada kasus ini didefinisikan sebagai hasil perkalian rapat arus yang mengalir melalui penghantar dengan induksi medan magnet di mana penghantar itu berada.

Dari hukum Ampere sendiri disimpulkan bahwa gaya Ampere sama dengan nol jika sudut yang terletak antara arus dan garis induksi magnet juga sama dengan nol. Dengan kata lain, panduan untuk mencapai nilai nol harus ditempatkan di sepanjang garis induksi magnet.

Berapakah gaya Ampere?

Ini adalah kekuatan medan magnet yang mempengaruhi bagian konduktor yang dilalui arus. Konduktor itu sendiri berada dalam medan magnet. Kekuatan ampere secara langsung tergantung pada kekuatan arus dalam konduktor dan produk vektor panjang suatu bagian konduktor dikalikan dengan induksi magnet.

Dalam bentuk rumus, semuanya akan terlihat seperti ini: sa=st*dchp*mi. Di Sini:

• sa - kekuatan Ampere,
• st - kekuatan saat ini,
• dchp - panjang bagian konduktor,
• mi - induksi magnet.

Sejarah penemuan

Ini pertama kali dirumuskan oleh André Ampère, yang menerapkan hukum arus searah. Dibuka pada tahun 1820. Undang-undang ini memiliki konsekuensi yang luas di masa depan, karena tanpanya mustahil membayangkan pengoperasian sejumlah perangkat listrik.

Aturan tangan kiri

Aturan ini membantu mengingat arah gaya Ampere. Aturannya sendiri berbunyi seperti ini: jika tangan menempati posisi sedemikian rupa sehingga garis-garis induksi magnet itu sendiri bidang luar masukkan telapak tangan, dan jari-jari dari jari kelingking hingga jari telunjuk menunjukkan arah searah dengan pergerakan arus pada penghantar, kemudian disobek dengan sudut 90 derajat ibu jari telapak tangan dan akan menunjukkan ke mana arah gaya Ampere yang bekerja pada elemen konduktor. Beberapa kesulitan mungkin timbul ketika menggunakan aturan ini, tetapi hanya jika sudut antara arus dan induksi medan terlalu kecil. Untuk menyederhanakan penerapan aturan ini, telapak tangan sering kali diposisikan sedemikian rupa sehingga tidak memuat vektor, melainkan modul induksi magnet (seperti terlihat pada gambar).

Kekuatan Ampere (menggunakan dua konduktor paralel)

Bayangkan dua konduktor tak berujung, yang terletak pada jarak tertentu. Arus mengalir melalui mereka. Jika arus mengalir dalam satu arah, maka konduktor akan tarik menarik. Jika tidak, mereka akan saling tolak menolak. Bidang-bidang yang dibuat oleh konduktor paralel diarahkan berlawanan satu sama lain. Dan untuk memahami mengapa mereka bereaksi seperti ini, Anda hanya perlu mengingat bahwa kutub magnet atau muatan sejenis selalu tolak menolak. Untuk menentukan sisi arah medan yang diciptakan oleh konduktor, harus digunakan aturan sekrup tangan kanan.

Penerapan ilmu tentang gaya Ampere

Anda dapat menemukan bidang penerapan pengetahuan tentang gaya Ampere di hampir setiap langkah peradaban. Penggunaan gaya Ampere begitu luas sehingga sulit bagi rata-rata warga negara untuk membayangkan apa yang dapat dilakukan dengan mengetahui hukum Ampere dan spesifikasi penggunaan gaya tersebut. Jadi, di bawah pengaruh gaya Ampere, rotor berputar, belitannya dipengaruhi oleh medan magnet stator, dan rotor mulai bergerak. Setiap kendaraan, yang menggunakan gaya tarik listrik untuk memutar poros (yang menghubungkan roda-roda pengangkut), menggunakan gaya Ampere (dapat dilihat pada trem, lokomotif listrik, mobil listrik dan masih banyak lagi yang lainnya. tipe yang menarik mengangkut). Selain itu, medan magnetlah yang mempengaruhi mekanisme tersebut peralatan listrik yang harus membuka/menutup sesuatu (pintu lift, pintu pembuka, pintu listrik dan lain-lain). Dengan kata lain, semua perangkat yang tidak dapat bekerja tanpa listrik dan memiliki komponen bergerak, dapat berfungsi berkat pengetahuan hukum Ampere. Misalnya:

1. Komponen apa saja dalam teknik elektro. Yang paling populer adalah motor listrik dasar.
2. Berbagai jenis peralatan listrik yang menghasilkan getaran suara yang berbeda-beda dengan menggunakan magnet permanen. Mekanisme kerjanya sedemikian rupa sehingga medan elektromagnetik bekerja pada magnet, yang menciptakan konduktor yang terletak di dekat arus, dan perubahan tegangan menyebabkan perubahan frekuensi suara.
3. Pengoperasian mesin elektromekanis dimana belitan rotor bergerak relatif terhadap belitan stator didasarkan pada gaya Ampere.
4. Dengan bantuan gaya Ampere, proses elektrodinamik kompresi plasma terjadi, yang telah diterapkan di tokamaks dan berpotensi membuka peluang besar bagi pengembangan energi termonuklir.
5. Juga, dengan bantuan kompresi elektrodinamik, metode pengepresan elektrodinamik digunakan.

Potensi

Meskipun sudah ada penggunaan praktis, potensi penggunaan daya Ampere sangat besar sehingga sulit untuk dijelaskan. Ini dapat digunakan dalam mekanisme kompleks yang dirancang untuk membuat keberadaan manusia lebih mudah, mengotomatiskan aktivitasnya, dan juga meningkatkan proses kehidupan alami.

Percobaan

Agar bisa melihat dengan mata kepala sendiri pengaruh gaya Ampere, Anda bisa melakukan percobaan kecil-kecilan di rumah. Pertama, Anda perlu mengambil magnet tapal kuda di mana konduktor ditempatkan di antara kutub. Dianjurkan untuk mereproduksi semuanya seperti pada gambar. Jika Anda menutup kuncinya, Anda dapat melihat bahwa konduktor akan mulai bergerak, bergeser dari titik kesetimbangan awal. Anda dapat bereksperimen dengan arah aliran arus dan melihat bahwa tergantung pada arah gerakan, arah defleksi konduktor berubah. Dari percobaan itu sendiri dapat dilakukan beberapa pengamatan yang mengkonfirmasi hal di atas:

• Medan magnet bekerja secara eksklusif pada konduktor pembawa arus.
• Sebuah konduktor yang membawa arus dalam medan magnet dikenai gaya yang merupakan konsekuensi dari interaksinya. Di bawah pengaruh gaya inilah konduktor bergerak di ruang angkasa dalam batas-batas medan magnet.
• Sifat interaksi secara langsung bergantung pada tegangan arus listrik dan garis-garis medan magnet.
• Medan tidak bekerja pada penghantar pembawa arus jika arus dalam penghantar mengalir sejajar dengan arah garis-garis medan.

Keamanan saat bekerja dengan arus

Saat bekerja dengan arus listrik, beberapa hal harus dipatuhi aturan sederhana tindakan pencegahan keselamatan yang akan menghindari konsekuensi negatif:

• Bekerja dengan sumber listrik tidak lebih dari 12 Volt.
• Jangan bekerja pada bahan yang mudah terbakar.
• Jangan bekerja dengan tangan basah.
• Jangan pegang bagian perangkat yang beraliran listrik.

hukum Ampere menunjukkan gaya medan magnet yang bekerja pada konduktor yang ditempatkan di dalamnya. Kekuatan ini disebut juga kekuatan Ampere.

Pernyataan hukum:gaya yang bekerja pada penghantar berarus yang ditempatkan dalam medan magnet seragam sebanding dengan panjang penghantar, vektor induksi magnet, kuat arus dan sinus sudut antara vektor induksi magnet dan penghantar.

Jika ukuran konduktor berubah-ubah dan medannya tidak seragam, maka rumusnya adalah sebagai berikut:

Arah gaya Ampere ditentukan oleh aturan tangan kiri.

Aturan tangan kiri: jika ditempatkan tangan kiri sehingga komponen vektor induksi magnet yang tegak lurus masuk ke telapak tangan, dan empat jari direntangkan searah dengan arus pada penghantar, kemudian diatur kembali 90° ibu jari akan menunjukkan arah gaya Ampere.

MP dari biaya mengemudi. Pengaruh MF pada muatan bergerak. Gaya Ampere dan Lorentz.

Setiap konduktor yang membawa arus menciptakan medan magnet di ruang sekitarnya. Dalam hal ini, arus listrik adalah pergerakan muatan listrik yang teratur. Artinya, kita dapat berasumsi bahwa setiap muatan yang bergerak dalam ruang hampa atau medium menghasilkan medan magnet di sekelilingnya. Sebagai hasil dari rangkuman berbagai data eksperimen, sebuah undang-undang ditetapkan yang mendefinisikan bidang B biaya poin Q, bergerak dengan kecepatan nonrelativistik konstan v. Hukum ini diberikan oleh rumus

(1)

dimana r adalah vektor jari-jari yang ditarik dari muatan Q ke titik pengamatan M (Gbr. 1). Menurut (1), vektor B diarahkan tegak lurus terhadap bidang di mana vektor v dan r berada: arahnya berimpit dengan arah gerakan maju sekrup kanan saat berputar dari v ke r.

Gambar.1

Besarnya vektor induksi magnet (1) ditentukan dengan rumus

(2)

dimana α adalah sudut antara vektor v dan r. Membandingkan hukum Biot-Savart-Laplace dan (1), kita melihat bahwa muatan bergerak di dalamnya sifat magnetik setara dengan elemen saat ini: Idl = Qv

Pengaruh MF pada muatan bergerak.

Dari pengalaman diketahui bahwa medan magnet mempunyai pengaruh tidak hanya pada konduktor pembawa arus, tetapi juga pada konduktor pembawa arus biaya terpisah yang bergerak dalam medan magnet. Kekuatan yang bertindak muatan listrik Q yang bergerak dalam medan magnet dengan kecepatan v disebut gaya Lorentz dan dinyatakan dengan persamaan: F = Q dengan B adalah induksi medan magnet tempat muatan bergerak.

Untuk menentukan arah gaya Lorentz, kita menggunakan kaidah tangan kiri: jika telapak tangan kiri diposisikan sedemikian rupa sehingga vektor B masuk ke dalamnya, dan empat jari yang terjulur diarahkan sepanjang vektor v (untuk Q>0 arahnya I dan v bertepatan, untuk Q Gambar 1 menunjukkan orientasi timbal balik dari vektor v, B (bidang diarahkan ke kita, ditunjukkan pada gambar dengan titik-titik) dan F untuk muatan positif. Jika muatannya negatif, maka gaya yang bekerja berlawanan arah.

E.m.f. induksi elektromagnetik dalam rangkaian sebanding dengan laju perubahan fluks magnetФm melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur ini:

dimana k adalah koefisien proporsionalitas. ggl ini. tidak bergantung pada apa yang menyebabkan perubahan fluks magnet - baik dengan menggerakkan rangkaian dalam medan magnet konstan, atau dengan mengubah medan itu sendiri.

Jadi, arah arus induksi ditentukan oleh aturan Lenz: Untuk setiap perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian penghantar tertutup, arus induksi timbul pada permukaan tersebut sedemikian rupa sehingga medan magnetnya melawan perubahan tersebut. fluks magnet.

Generalisasi hukum Faraday dan aturan Lenz adalah hukum Faraday-Lenz: Gaya gerak listrik induksi elektromagnetik dalam rangkaian penghantar tertutup secara numerik sama dan berlawanan tanda dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian:

Besaran Ψ = ΣΦm disebut hubungan fluks atau fluks magnet total. Jika fluks yang menembus setiap belitan adalah sama (yaitu Ψ = NΦm), maka dalam kasus ini

Fisikawan Jerman G. Helmholtz membuktikan bahwa hukum Faraday-Lenz merupakan konsekuensi dari hukum kekekalan energi. Biarkan rangkaian konduktif tertutup berada dalam medan magnet yang tidak seragam. Jika arus I mengalir dalam rangkaian, maka di bawah aksi gaya Ampere, rangkaian yang longgar akan mulai bergerak. Usaha dasar dA yang dilakukan ketika kontur dipindahkan selama waktu dt

dA = IdФm,

dimana dФm adalah perubahan fluks magnet yang melalui luas rangkaian selama waktu dt. Pekerjaan saat ini selama waktu dt untuk mengatasinya hambatan listrik R rangkaian sama dengan I2Rdt. Pekerjaan penuh sumber arus selama ini sama dengan εIdt. Menurut hukum kekekalan energi, kerja sumber arus dihabiskan untuk dua usaha bernama, yaitu.

εIdt = IdФm + I2Rdt.

Membagi kedua ruas persamaan dengan Idt, kita peroleh

Akibatnya, ketika fluks magnet yang terkait dengan rangkaian berubah, gaya gerak listrik induksi muncul pada rangkaian tersebut

Getaran elektromagnetik. Rangkaian osilasi.

Osilasi elektromagnetik adalah osilasi besaran seperti induktansi, hambatan, ggl, muatan, arus.

Rangkaian osilasi adalah suatu rangkaian listrik yang terdiri dari kapasitor, kumparan dan resistor yang dihubungkan secara seri.Perubahan muatan listrik pada pelat kapasitor terhadap waktu dijelaskan dengan persamaan diferensial:

Gelombang elektromagnetik dan sifat-sifatnya.

DI DALAM rangkaian osilasi terjadi proses pengubahan energi listrik kapasitor menjadi energi medan magnet kumparan dan sebaliknya. Jika pada titik waktu tertentu kita mengkompensasi kehilangan energi pada rangkaian akibat hambatan dari sumber luar, kita akan memperoleh osilasi listrik yang tidak teredam, yang dapat dipancarkan melalui antena ke ruang sekitarnya.

Proses distribusi getaran elektromagnetik, perubahan periodik kekuatan medan listrik dan magnet pada ruang sekitarnya disebut gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik mencakup rentang panjang gelombang yang luas dari 105 hingga 10 m dan frekuensi dari 104 hingga 1024 Hz. Berdasarkan namanya, gelombang elektromagnetik dibedakan menjadi gelombang radio, inframerah, sinar tampak dan radiasi ultraviolet, sinar X dan -radiasi. Bergantung pada panjang gelombang atau frekuensi, sifat-sifat gelombang elektromagnetik berubah, yang merupakan bukti meyakinkan tentang hukum dialektis-materialistis tentang transisi kuantitas ke kualitas baru.

Medan elektromagnetik bersifat material dan mempunyai energi, momentum, massa, bergerak dalam ruang: dalam ruang hampa dengan kecepatan C, dan dalam medium dengan kecepatan: V=, dimana = 8,85;

Kepadatan energi volumetrik medan elektromagnetik. Penggunaan praktis fenomena elektromagnetik sangat luas. Yaitu sistem dan sarana komunikasi, penyiaran radio, televisi, teknologi komputer elektronik, sistem kendali untuk berbagai keperluan, alat ukur dan kesehatan, peralatan listrik dan radio rumah tangga dan lain-lain, yaitu. sesuatu yang tanpanya mustahil membayangkan masyarakat modern.

Bagaimana pengaruhnya yang kuat terhadap kesehatan masyarakat? radiasi elektromagnetik, hampir tidak ada data ilmiah pasti, yang ada hanya hipotesis yang belum dikonfirmasi dan, secara umum, bukan ketakutan yang tidak berdasar bahwa segala sesuatu yang tidak wajar memiliki efek yang merusak. Telah terbukti bahwa sinar ultraviolet, sinar-X, dan radiasi intensitas tinggi dalam banyak kasus menyebabkan kerugian nyata bagi semua makhluk hidup.

Optik geometris. Hukum hukum perdata.

Optik geometris (sinar) menggunakan gagasan ideal tentang sinar cahaya- seberkas cahaya tipis tak terhingga yang merambat lurus dalam medium isotropik homogen, serta gagasan tentang sumber titik radiasi yang bersinar seragam ke segala arah. λ - panjang gelombang cahaya, - ukuran karakteristik

suatu benda yang dilalui gelombang. Optik geometris adalah kasus terbatas optik gelombang dan prinsip-prinsipnya dipenuhi dengan ketentuan berikut:

jam/D<< 1 т. е. геометрическая оптика, строго говоря, применима лишь к бесконечно коротким волнам.

Optik geometris juga didasarkan pada prinsip independensi sinar cahaya: sinar-sinar tersebut tidak saling mengganggu ketika bergerak. Oleh karena itu, pergerakan sinar tidak menghalangi masing-masing sinar untuk merambat secara independen satu sama lain.

Untuk banyak permasalahan praktis di bidang optik, seseorang dapat mengabaikan sifat gelombang cahaya dan menganggap perambatan cahaya bersifat bujursangkar. Dalam hal ini, gambarannya direduksi menjadi mempertimbangkan geometri jalur sinar cahaya.

Hukum dasar optik geometris.

Mari kita daftar hukum dasar optik yang diperoleh dari data eksperimen:

1) Perambatan garis lurus.

2) Hukum kemandirian berkas cahaya, yaitu dua berkas sinar yang berpotongan tidak saling berinterferensi. Hukum ini lebih sesuai dengan teori gelombang, karena pada prinsipnya partikel dapat saling bertabrakan.

3) Hukum refleksi. sinar datang, sinar pantul, dan garis tegak lurus antarmuka yang direkonstruksi pada titik datang sinar terletak pada bidang yang sama, yang disebut bidang datang; sudut datang sama dengan sudut

Refleksi.

4) Hukum pembiasan cahaya.

Hukum pembiasan: sinar datang, sinar bias dan garis tegak lurus antarmuka, direkonstruksi dari titik datang sinar, terletak pada bidang – bidang datang yang sama. Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut pantul sama dengan perbandingan cepat rambat cahaya pada kedua media.

Dosa i1/ dosa i2 = n2/n1 = n21

dimana adalah indeks bias relatif medium kedua terhadap medium pertama. n21

Jika zat 1 adalah kekosongan, ruang hampa, maka n12 → n2 adalah indeks bias mutlak zat 2. Dapat dengan mudah ditunjukkan bahwa n12 = n2 /n1, dalam persamaan di sebelah kiri ini adalah indeks bias relatif dua zat (misalnya , 1 adalah udara, 2 adalah kaca), dan di sebelah kanan adalah rasio indeks bias absolutnya.

5) Hukum reversibilitas cahaya (dapat diturunkan dari hukum 4). Jika cahaya diarahkan ke arah berlawanan, maka cahaya akan mengikuti jalur yang sama.

Dari hukum 4) maka jika n2 > n1, maka Sin i1 > Sin i2. Misalkan sekarang kita mempunyai n2< n1 , то есть свет из стекла, например, выходит в воздух, и мы постепенно увеличиваем угол i1.

Maka kita dapat memahami bahwa ketika nilai tertentu dari sudut ini (i1)pr tercapai, ternyata sudut i2 akan sama dengan π /2 (sinar 5). Maka Sin i2 = 1 dan n1 Sin (i1)pr = n2 . Jadi Dosa

Pengaruh medan magnet pada konduktor pembawa arus dipelajari secara eksperimental oleh Andre Marie Ampère (1820). Dengan mengubah bentuk konduktor dan lokasinya dalam medan magnet, Ampere dapat menentukan gaya yang bekerja pada suatu bagian konduktor yang berarus (elemen arus). Untuk menghormatinya, gaya ini disebut gaya Ampere.

• kekuatan Ampere- ini adalah gaya medan magnet yang bekerja pada konduktor pembawa arus yang ditempatkan di dalamnya.

Menurut data eksperimen, modulus gaya F:

Sebanding dengan panjang konduktor aku terletak di medan magnet; sebanding dengan modulus induksi medan magnet B; sebanding dengan arus dalam konduktor SAYA; tergantung pada orientasi konduktor dalam medan magnet, mis. pada sudut α antara arah arus dan vektor induksi medan magnet \(~\vec B\).

Modul daya ampere sama dengan produknya modul induksi medan magnet B, yang di dalamnya terdapat penghantar pembawa arus, panjang penghantar tersebut aku, kekuatan saat ini SAYA di dalamnya dan sinus sudut antara arah arus dan vektor induksi medan magnet

\(~F_A = Saya \cdot B \cdot l \cdot \sin \alpha\) ,

• Rumus ini dapat digunakan: jika panjang penghantar sedemikian rupa sehingga induksi di semua titik penghantar dapat dianggap sama; jika medan magnetnya seragam (maka panjang konduktor bisa berapa saja, tetapi seluruh konduktor harus berada dalam medan).

Untuk menentukan arah gaya Ampere digunakan aturan tangan kiri: jika telapak tangan kiri diposisikan sedemikian rupa sehingga vektor induksi medan magnet (\(~\vec B\)) masuk ke telapak tangan, empat jari yang terjulur menunjukkan arah arus ( SAYA), maka ibu jari yang ditekuk 90° akan menunjukkan arah gaya Ampere (\(~\vec F_A\)) (Gbr. 1, a, b).

Beras. 1

Sejak nilainya B∙sin α adalah modulus komponen vektor induksi yang tegak lurus terhadap penghantar berarus, \(~\vec B_(\perp)\) (Gbr. 2), maka orientasi telapak tangan dapat ditentukan secara tepat dengan ini komponen – komponen yang tegak lurus permukaan konduktor harus dimasukkan dalam telapak tangan kiri yang terbuka.

Dari (1) maka gaya Ampere adalah nol jika penghantar pembawa arus terletak di sepanjang garis induksi magnet, dan maksimum jika penghantar tegak lurus terhadap garis-garis tersebut.

Gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus dalam medan magnet banyak digunakan dalam teknologi. Motor dan generator listrik, perangkat untuk merekam suara dalam tape recorder, telepon dan mikrofon - semua ini dan banyak perangkat dan perangkat lainnya menggunakan interaksi arus, arus dan magnet, dll.

gaya Lorentz

Ekspresi gaya medan magnet yang bekerja pada muatan bergerak pertama kali diperoleh oleh fisikawan Belanda Hendrik Anton Lorentz (1895). Untuk menghormatinya, gaya ini disebut gaya Lorentz.

• gaya Lorentz adalah gaya yang digunakan medan magnet pada partikel bermuatan yang bergerak di dalamnya.

Modulus gaya Lorentz sama dengan hasil kali modulus induksi medan magnet \(~\vec B\), di mana partikel bermuatan berada, dan modulus muatan Q partikel ini, kecepatannya υ dan sinus sudut antara arah kecepatan dan vektor induksi medan magnet

\(~F_L = q \cdot B \cdot \upsilon \cdot \sin \alpha\).

Untuk menentukan arah gaya Lorentz digunakan aturan tangan kiri: jika tangan kiri diposisikan sedemikian rupa sehingga vektor induksi medan magnet (\(~\vec B\)) masuk ke telapak tangan, keempat jari yang terjulur menunjukkan arah kecepatan gerak partikel bermuatan positif(\(~\vec \upsilon\)), maka ibu jari yang ditekuk 90° akan menunjukkan arah gaya Lorentz (\(~\vec F_L\)) (Gbr. 3, a). Untuk partikel negatif empat jari yang terulur diarahkan melawan kecepatan partikel (Gbr. 3, b).

Beras. 3

Sejak nilainya B∙sin α adalah modulus komponen vektor induksi yang tegak lurus terhadap kecepatan partikel bermuatan, \(~\vec B_(\perp)\), maka orientasi telapak tangan dapat ditentukan secara tepat oleh komponen ini - the komponen tegak lurus terhadap kecepatan partikel bermuatan harus masuk pada telapak tangan kiri yang terbuka.

Karena gaya Lorentz tegak lurus terhadap vektor kecepatan partikel, maka gaya tersebut tidak dapat mengubah nilai kecepatannya, tetapi hanya mengubah arahnya sehingga tidak melakukan usaha.

Gerak partikel bermuatan dalam medan magnet

1. Jika kecepatan υ partikel bermuatan dengan massa M diarahkan bersama vektor induksi medan magnet, maka partikel tersebut akan bergerak lurus dengan kecepatan tetap (gaya Lorentz F L = 0, karena α = 0°) (Gbr. 4, a).

Beras. 4

2. Jika kecepatannya υ partikel bermuatan dengan massa M tegak lurus vektor induksi medan magnet, maka partikel akan bergerak melingkar berjari-jari R, bidangnya tegak lurus terhadap garis induksi (Gbr. 4, b). Maka hukum ke-2 Newton dapat ditulis sebagai bentuk berikut:

\(~m \cdot a_c = F_L\) ,

di mana \(~a_c = \dfrac(\upsilon^2)(R)\) , \(~F_L = q \cdot B \cdot \upsilon \cdot \sin \alpha\) , α = 90°, karena kecepatan partikel tegak lurus terhadap vektor induksi magnet.

\(~\dfrac(m \cdot \upsilon^2)(R) = q \cdot B \cdot \upsilon\) .

3. Jika kecepatannya υ partikel bermuatan dengan massa M diarahkan pada suatu sudut α (0 < α < 90°) к вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по спирали радиуса R dan langkah H(Gbr. 4, c).

Aksi gaya Lorentz banyak digunakan di berbagai perangkat listrik:

1. tabung sinar katoda pada televisi dan monitor;
2. akselerator partikel bermuatan;
3. instalasi eksperimental untuk penerapan termonuklir terkendali;
4. generator MHD

literatur

1. Aksenovich L. A. Fisika di sekolah menengah atas: Teori. Tugas. Tes: Buku Ajar. manfaat bagi lembaga penyelenggara pendidikan umum. lingkungan hidup, pendidikan / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K.S.Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 321-322, 324-327.
2. Zhilko, V.V. Fisika: buku teks. tunjangan untuk kelas 11. pendidikan umum institusi dengan bahasa Rusia bahasa pelatihan dengan masa studi 12 tahun (dasar dan tingkat tinggi) /DI DALAM. V.Zhilko, L.G.Markovich. - Edisi ke-2, direvisi. - Minsk : Nar. Asveta, 2008. - hlm.157-164.

Gaya-gaya yang bekerja pada suatu konduktor.

Dalam medan listrik, gaya-gaya tertentu bekerja dari medan pada permukaan penghantar, dan disinilah letak muatan listrik. Karena kuat medan elektrostatik pada permukaan konduktor hanya mempunyai komponen normal, maka gaya yang bekerja pada suatu elemen luas permukaan konduktor tegak lurus terhadap elemen permukaan tersebut. Ekspresi gaya yang dipertimbangkan, yang berhubungan dengan luas elemen permukaan konduktor, berbentuk:

(1)

dimana adalah normal luar permukaan konduktor, adalah kerapatan permukaan muatan listrik pada permukaan konduktor. Untuk cangkang bola tipis bermuatan, gaya tarik dapat menyebabkan tegangan pada material cangkang melebihi kuat tariknya.

Menariknya, hubungan seperti itu pada awalnya menjadi subjek penelitian ilmu pengetahuan klasik seperti Poisson dan Laplace awal XIX abad. Dalam relasi (1), faktor 2 pada penyebutnya membingungkan. Memang, mengapa hasil yang benar diperoleh dengan membagi ekspresi menjadi dua? Mari kita pertimbangkan satu kasus spesial(Gbr. 1): misalkan bola penghantar berjari-jari mengandung muatan listrik pada permukaan lateralnya. Kepadatan permukaan Menghitung muatan listrik sangatlah mudah: Mari kita perkenalkan sistem koordinat bola (), dan tentukan elemen permukaan lateral bola sebagai . Muatan suatu elemen permukaan dapat dihitung dari hubungan: . Muatan listrik total cincin yang berjari-jari dan lebar ditentukan oleh persamaan: . Jarak bidang cincin yang bersangkutan ke kutub bola ( permukaan samping bola) sama dengan . Ada solusi yang diketahui untuk masalah penentuan komponen vektor kuat medan elektrostatis pada sumbu cincin (prinsip superposisi) pada titik pengamatan yang terletak jauh dari bidang cincin:

Mari kita hitung nilai total kuat medan elektrostatis yang tercipta muatan permukaan, tidak termasuk muatan dasar di sekitar kutub bola:

Mari kita ingat bahwa di dekat bola penghantar bermuatan, kekuatan medan elektrostatik eksternal sama dengan

Ternyata gaya yang bekerja pada muatan suatu elemen permukaan bola penghantar bermuatan adalah 2 kali lebih kecil dari gaya yang bekerja pada muatan yang sama yang terletak di dekat permukaan samping bola, tetapi di luarnya.

Gaya total yang bekerja pada konduktor sama dengan

(5)

Selain gaya dari medan elektrostatis, konduktor juga terkena aksi momen gaya

(6)

di mana adalah vektor jari-jari elemen permukaan dS konduktor.

Dalam praktiknya, seringkali lebih mudah untuk menghitung efek gaya medan elektrostatik pada konduktor dengan membedakan energi listrik sistem W. Gaya yang bekerja pada konduktor, sesuai dengan definisi energi potensial, sama

dan besarnya proyeksi vektor torsi pada sumbu tertentu adalah sama dengan

dimana adalah sudut rotasi benda secara keseluruhan terhadap sumbu yang ditinjau. Perhatikan bahwa rumus di atas berlaku jika energi listrik W dinyatakan melalui muatan konduktor (sumber medan!), dan turunannya dihitung pada nilai muatan listrik yang konstan.

Mari kita tempatkan sebuah konduktor di antara kutub-kutub magnet yang melaluinya arus konstan mengalir. listrik. Kita akan segera melihat bahwa konduktor akan didorong keluar dari ruang interpolar oleh medan magnet.

Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Di sekitar konduktor berarus (Gambar 1.) terbentuk medan magnetnya sendiri, saluran listrik yang pada salah satu sisi konduktor diarahkan searah dengan garis medan magnet, dan pada sisi lain konduktor diarahkan ke arah yang berlawanan. Akibatnya, di satu sisi konduktor (pada Gambar 1 di atas) medan magnet menjadi terkondensasi, dan di sisi lain (pada Gambar 1 di bawah) menjadi jarang. Oleh karena itu, konduktor mengalami gaya yang menekannya. Dan jika konduktornya tidak diperbaiki, ia akan bergerak.

Gambar 1. Pengaruh medan magnet terhadap arus.

Untuk definisi cepat arah gerak suatu penghantar berarus dalam medan magnet, ada yang disebut aturan tangan kiri(Gambar 2.).

Gambar 2. Aturan tangan kiri.

Aturan tangan kiri adalah sebagai berikut: jika tangan kiri diletakkan di antara kutub-kutub magnet sehingga garis-garis gaya magnet masuk ke telapak tangan, dan keempat jari tangan berimpit dengan arah arus pada penghantar, maka ibu jari akan menunjukkan arah pergerakan konduktor.

Jadi, suatu gaya bekerja pada konduktor yang dilalui arus listrik, cenderung menggerakkannya tegak lurus terhadap garis gaya magnet. Besarnya gaya ini dapat ditentukan secara eksperimental. Ternyata gaya medan magnet yang bekerja pada suatu penghantar berarus berbanding lurus dengan kuat arus dalam penghantar tersebut dan panjang bagian penghantar yang berada dalam medan magnet tersebut (Gambar 3 pada gambar). kiri).

Aturan ini berlaku jika konduktor terletak tegak lurus terhadap garis gaya magnet.

Gambar 3. Kekuatan interaksi antara medan magnet dan arus.

Jika konduktor terletak tidak tegak lurus terhadap garis gaya magnet, tetapi misalnya seperti ditunjukkan pada Gambar 3 di sebelah kanan, maka gaya yang bekerja pada konduktor akan sebanding dengan kuat arus pada konduktor dan panjangnya. dari proyeksi bagian konduktor yang terletak di medan magnet, ke bidang yang tegak lurus terhadap garis gaya magnet. Oleh karena itu, jika konduktor sejajar dengan garis gaya magnet, maka gaya yang bekerja padanya adalah nol. Jika penghantar tegak lurus terhadap arah garis gaya magnet, maka gaya yang bekerja padanya mencapai nilai terbesarnya.

Gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus juga bergantung pada induksi magnet. Semakin padat garis-garis medan magnet, semakin besar pula gaya yang bekerja pada penghantar berarus.

Meringkas semua hal di atas, kita dapat menyatakan pengaruh medan magnet pada konduktor pembawa arus dengan aturan berikut:

Gaya yang bekerja pada suatu penghantar berarus berbanding lurus dengan induksi magnet, kuat arus dalam penghantar tersebut, dan panjang proyeksi bagian penghantar yang terletak pada medan magnet pada bidang yang tegak lurus terhadap fluks magnet. .

Perlu dicatat bahwa pengaruh medan magnet terhadap arus tidak bergantung pada bahan konduktor atau penampang melintangnya. Pengaruh medan magnet pada arus dapat diamati bahkan tanpa adanya konduktor, misalnya melewatkan aliran elektron yang mengalir deras di antara kutub magnet.

Pengaruh medan magnet terhadap arus banyak digunakan dalam ilmu pengetahuan dan teknologi. Penggunaan aksi ini didasarkan pada desain motor listrik yang mengkonversi energi listrik menjadi mekanik, desain instrumen magnetoelektrik untuk mengukur tegangan dan arus, pengeras suara elektrodinamik yang mengubah getaran listrik menjadi suara, tabung radio khusus - magnetron, tabung sinar katoda, dll. Pengaruh medan magnet pada arus digunakan untuk mengukur massa dan muatan elektron dan bahkan untuk mempelajari struktur materi.