Как изменить направление электромагнитной силы укажите неправильный ответ

Энергия,
заключенная в магнитном поле, проявляет
себя в виде электромагнитных сил, которые
возникают при взаимодействии магнитного
поля с движущимися электрическими
зарядами. Электромагнитная сила,
возникающая при движении электрического
заряда в магнитном поле, действует на
него в направлении, перпендикулярном
движению и направлению силовых линий,
и стремится вытолкнуть заряд
за пределы поля (см. п.16,
рис. 24).

Если
поместить в магнитное поле проводник
с токомI,
то между электронами, проходящими по
проводнику, и магнитным полем возникнут
электромагнитные силы, которые,
складываясь, образуют результирующую
силу F,
стремящуюся вытолкнуть проводник из
магнитного поля (рис. 34). Электромагнитная
сила определяется законом Ампера. Он
формулируется следующим образом.
Электромагнитная
сила, действующая на проводник с током,
находящийся в магнитном поле и
расположенный перпендикулярно направлению
поля, равна произведению силы тока I,
индукции магнитного поля В
и длины проводника l:

F
= IBl.

Направление
действия силы F
определяют по правилу левой руки: левую
руку следует расположить так, чтобы
магнитные линии входили в ладонь, а
четыре вытянутых пальца совместить с
направлением тока, тогда расположенный
под прямым углом большой палец укажет
направление действия cилы.
Сила F возникает только в том случае,
если проводник расположен перпендикулярно
или под некоторым углом к магнитным
силовым линиям поля. Если же проводник
расположен вдоль силовых линий поля,
то электромагнитная сила будет равна
нулю.

Для
того чтобы изменить направление
электромагнитной силы, необходимо
изменить направление тока в проводнике
или же направление магнитного поля.

Возникновение
электромагнитной силыF
при взаимодействии проводника с током
и магнитного поля можно наглядно
представить как результат взаимодействия
двух магнитных полей. Вокруг проводника
с током возникает свое собственное
круговое магнитное поле (рис. 35), которое
будет складываться с внешним магнитным
полем (например, постоянного магнита),
в которое помещен проводник с током.
При этом справа от проводника, где
силовые линии поля проводника совпадают
с линиями внешнего поля, происходит
сгущение силовых линий; слева от
проводника, где силовые линии поля
проводника направлены навстречу линиям
внешнего поля, происходит разрежение
силовых линий. Магнитные силовые линии
обладают свойством упругости, напоминающим
свойство резиновых нитей, которые
стремясь сократиться по длине, будут
выталкивать проводник из области
сгущения силовых линий в сторону их
разрежения. В результате возникает
электромагнитная сила F.

Виток
с током в магнитном поле.
Если поместить в магнитное поле не
проводник, а виток (или катушку) с током
и расположить его вертикально (рис.
36,а), то, применяя правило левой руки к
верхней и нижней сторонам витка, получим,
что электромагнитные силы F,
действующие на них, будут направлены в
разные стороны. В результате действия
этих двух сил возникает вращающий момент
М,
который вызовет поворот витка.

M = FD,

где:
D
— расстояние между сторонами витка.

Виток
будет поворачиваться в магнитном поле
до тех пор, пока он не займет положение,
перпендикулярное магнитным силовым
линиям поля (рис. 36,б). Для увеличения
вращающего момента в электрических
двигателях применяют не один виток, а
несколько. Эти витки, соединенные
соответствующим образом, образуют
обмотку якоря электродвигателя.

Электромагнитные силы являются наиболее распространенными в природной среде. Благодаря им мы можем видеть друг друга, поскольку свет также является проявлением электромагнитного взаимодействия. Действия электромагнитных сил подчиняются фундаментальным законам взаимодействия заряженных частиц и тел. Электромагнитные силы возникают между элементарными частицами, которые имеют электрический заряд.

Электромагнитное взаимодействие возникает и реализуется только при помощи электромагнитного поля.

Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полем

Энергия, которая заключена в магнитное поле, проявляет себя при помощи электромагнитных сил, что возникают при взаимодействии движущихся электрических зарядов и магнитного поля. Электромагнитная сила, которая возникает в магнитном поле при движении электрического заряда, действует на поле в направлении, что перпендикулярно направлению и движению силовых линий, а также стремится вытолкнуть заряд за его пределы.

Профессия «Продакт менеджер»

Научись управлять командой, запусти свой первый проект, прокачай Hard и Soft skills

Выбрать занятия

Если в магнитное поле поместить проводник с током $I$, то между магнитным полем и электронами, которые проходят по проводнику, возникнут электромагнитные силы, что образуют результирующую силу $F$, стремящуюся вытолкнуть из магнитного поля проводник.

$F = IBl$

По правилу левой руки можно определить направление действия силы $F$: левая рука располагается так, чтобы магнитные линии входили прямо в ладонь, а четыре вытянутых пальца совмещались с направлением электрического тока – тогда большой палец, что расположен под прямым углом, укажет направление действия силы.

Сила возникнет только в том случае, если проводник располагается под некоторым углом или перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Если проводник располагается вдоль силовых линий магнитного поля, то электромагнитная сила приравнивается нулю.

Чтобы изменить направление электромагнитной силы, нужно изменить направление магнитного поля или направление электрического тока в проводнике.

Электромагнитная сила $F$ возникает при взаимодействии магнитного поля и проводника с током. Ее возникновение наглядно можно представить как результат взаимодействия магнитных полей. Собственное круговое магнитное поле возникает вокруг проводника с электрическим током, оно будет складываться с внешним полем. При этом справа от проводника, в котором силовые линии поля совпадают с внешними линиями магнитного поля, осуществляется разрежение силовых магнитных линий.

Если в магнитное поле поместить не проводник, а катушку или виток с током, и расположить их вертикально, то используя правило левой руки, можно определить, что электромагнитные силы, действующие на них, направляются в разные стороны. В результате взаимодействия двух сил возникает вращающий момент $M$, который приведет к повороту катушки или витка.

$M = FD$, где $D$ — это расстояние между сторонами катушки или витка.

Виток будет вращаться в магнитном поле, пока не займет положение, что будет перпендикулярным силовым линиям поля. Для того чтобы увеличить вращающий момент в электродвигателях, применяется не один виток, а несколько.

Виды электромагнитных сил

К электромагнитным силам можно отнести:

• сила трения $ vec{ F_{тр}} $;
• сила упругости $ vec{ F_{упр}} $;
• вес тела $ vec{ P} $.

Сила трения всегда направлена в сторону, которая противоположна движению. Она не имеет точки приложения. Существует два вида силы трения:

1. Сила трения покоя. Она возникает при относительном покое тел, иными словами, когда соприкасающиеся тела относительно друг друга абсолютно неподвижны. Сила трения покоя по величине всегда приравнивается внешней силе и направляется в противоположную сторону. Она не может превышать максимального значения $F_{тр. max} = mu N$.
2. Если внешняя сила, которая приложена к телу, становится больше $F_{тр. max}$, то случается проскальзывание. Сила трения в таком случае имеет название «сила трения скольжения».

Сила трения скольжения определяется по следующей формуле:

$F_{тр.} = mu N$, где

• $ mu $ — это коэффициент трения (безразмерная величина), который зависит только от материала изготовления тел и степени их обработки;
• $ N$ — это сила реакции опоры.

Кроме вышеперечисленных сил трения также можно выделить электромагнитные силы вязкого трения и силы трения качения.

Она направляется противоположно деформации. Модуль силы упругости можно вычислить по формуле:

$ |F_{упр}| = k delta l$, где

• $k$ — жесткость пружины;
• $delta l$ — это деформация.

Также к электромагнитным силам можно отнести вес тела.

Если тело находится в состоянии покоя относительно вертикали или движется вверх или вниз равномерно, то его вес приравнивается к силе тяжести:

$P = mg$

Если тело движется вверх с замедлением или вниз с ускорением, то его вес значительно меньше силы тяжести. Найти его можно по следующей формуле:

$P= m (g-a)$

Если тело падает свободно, то наступает невесомое состояние. Вес тела в таком случае приравнивается нулю:

$P = 0$

Если тело опускается вниз с замедлением или движется вверх с ускорением, то его вес превышает силу тяжести. Найти вес тела можно по формуле:

$P = m(g + a)$

В таком случае отношение веса тела к силе тяжести можно назвать перегрузкой.

Формулу веса тела, которое движется равноускорено через векторную разность, в общем случае можно выразить в таком виде:

$vec{P} = m(vec{g} -vec{a})$

Электромагнитные силы в природе

Огромную совокупность электромагнитных процессов охватывает классическая теория электричества. Среди основных типов взаимодействий (гравитационные, электромагнитные, ядерные и слабые) электромагнитные силы занимают первое место по разнообразию проявлений и частоте встречаемости. Упругая сила пара имеет электромагнитную природу, поэтому смена «столетия пара» на «столетие электричества» означает лишь смену эпохи, когда люди не могли управлять и воздействовать на электромагнитные силы, на ту эпоху, где человечество распоряжается этими силами на свое усмотрение.

Электромагнитные силы, которые существуют в природе, перечислить сложно. Благодаря им определяется устойчивость атомов, происходит объединение атомов в молекулы, обуславливается взаимодействие между ними, что приводит к образованию жидких и твердых тел. Все виды трения и упругости имеют электромагнитную природу.

Роль электрических сил имеет огромное значение в атомном ядре. При взрыве атомной бомбы в ядерном реакторе электромагнитные силы разгоняют осколки ядер, что приводит к выделению мощной энергии. Даже взаимодействие между телами происходит при помощи электромагнитных волн – радиоволн, света, а также теплового излучения.

1. Электромагнитные силы в магнитном поле
2. Классификация электромагнитных сил
3. Электромагнитные силы в природе

Электромагнитные силы в широком разнообразии существуют вокруг нас в окружающем пространстве. С их помощью мы видим окружающий мир, так как свет – это один из примеров проявления электромагнитных сил.

Поведение этих сил описывается законами взаимодействия тел с заряженными частицами. Электромагнитные силы появляются между электрически заряженными частичками.

Электромагнитные взаимодействия могут появляться и осуществляться исключительно в электромагнитном поле.

Электромагнитные силы в магнитном поле

Энергия магнитного поля воздействует на подвижный электрический заряд посредством электромагнитной силы. Эта сила действует на магнитное поле в направлении, перпендикулярном силовым линиям, и стремится вытолкнуть заряженную частичку за границы магнитного поля.

При помещении в магнитное поле проводника с электрическим током (I), между электронами, которые находятся в проводнике, и магнитным полем появятся магнитные силы, которые способствуют образованию силы (F), пытающейся вытолкнуть проводник из магнитного поля.

Величину этой электромагнитной силы определяют из закона Ампера, который гласит, что электромагнитная сила действия на проводник, по которому течет электрический ток, располагается в магнитном поле и действует перпендикулярно силовым линиям данного поля, рассчитывается так:
(F=IBl),
где (I) — сила тока;
      (B )— магнитная индукция;
      (l) — длины проводника.

Направление воздействия силы (F) устанавливают по правилу левой руки, оно звучит так: если левую руку повернуть так, чтобы линии магнитного поля были направлены в ладонь, четыре пальца – по действию силы тока, тогда вытянутый под прямым углом большой палец будет показывать направление действия силы.

Выталкивающая сила возникает лишь в тех случаях, когда проводник размещен перпендикулярно силовым линиям магнитного поля или под углом к ним. Если же проводник размещен вдоль силовых линий, то выталкивающая сила будет равняться нулю.

Для изменения направления электромагнитной силы изменяют направление силовых линий или силы тока в проводнике.

Возникновение электромагнитной силы (F), что образуется между магнитным полем и проводником с током, можно объяснить как результат взаимного воздействия двух полей. Вокруг проводника, по которому течет электрический ток, появляется магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с другим магнитным полем. В процессе такого взаимодействия с правой стороны от проводника, где силовые линии его поля совпадают с силовыми линиями внешнего поля, происходит разрежение силовых магнитных линий.

Силовые линии магнитного поля считаются упругими. В данном случае можно провести параллель с резиновыми нитями, которые стремятся сократиться при растяжении и вытеснить проводник из магнитного поля с места сгущения в место их разрежения. Вот почему появляется электромагнитная сила (F).

При помещении в магнитное поле катушки или витка из проводника и вертикальном ее расположении, по правилу левой руки получается, что электромагнитные силы действуют во всех направлениях, порождая вращающий момент (M), стремящийся повернуть эту катушку (виток).
(M=FD),
где (D) – диаметр катушки.
Такой крутящий момент используется в двигателях, для его увеличения увеличивают количество витков.

Классификация электромагнитных сил

Электромагнитные силы появляются между объектами, потому что они содержат подвижные заряженные частички, между которыми существуют электрические и магнитные силы. Электромагнитными силами считаются сила трения (vec{ F_{тр}}), сила упругости (vec{ F_{упр}})и вес тела (vec{ P})

Сила трения (vec{ F_{тр}}) появляется из-за того, что соприкасаются тела с неровными поверхностями. Направление данной силы всегда располагается против движения и не имеет точки приложения. Различают две разновидности этой силы:

• сила трения покоя. Имеет место тогда, когда тела, что соприкасаются, абсолютно неподвижны. Сила трения покоя равняется силе внешнего воздействия и направлена в противоположную сторону. Максимальное ее значение рассчитывается по формуле:

(F_{тр max}=μN.)

• сила трения скольжения. Возникает тогда, когда сила внешнего воздействия превышает (F_{тр max}), в результате чего наблюдается проскальзывание. Рассчитывается сила трения скольжения таким образом:

(F_{тр}=μN),
где (μ) – коэффициент трения, зависящий от структуры материала;
       (N) – сила реакции опоры.   

•  сила вязкого трения;
•  сила трения качения.

Сила упругости (vec{ F_{упр}})появляется в процессе упругой деформации тела. Ее направление противоположно деформации. Модуль силы упругости определяется следующим образом:
(|F_{упр} |=kδl,)
где (k) – жесткость пружины;
      (δl )– деформация.

Вес тела (vec{ P})– это сила воздействия тела на прочие тела вследствие его тяжения к Земле. Считается, что у тела, которое перемещается равномерно вверх или вниз либо пребывает в состоянии покоя, вес равняется силе тяжести:
(P=mg)
При перемещении тела вниз с ускорением или вверх с замедлением, его вес будет меньше силы тяжести и рассчитается по такой формуле:
(P=m(g-a))
При свободном падении тела в состоянии невесомости его вес равняется нулю:
(P=0)
При перемещении тела вниз с замедлением или вверх с ускорением, его вес будет больше силы тяжести и рассчитается по такой формуле:
(P=m(g+a))
Соотношение веса тела и силы тяжести называют перегрузкой.
Вес тела, движущегося равноускорено, можно рассчитать через векторные величины:
(vec{ P}=m(g ⃗-a ⃗))

Электромагнитные силы в природе

Электромагнитные явления описываются в теории электричества. Если рассматривать все типы взаимодействий, то электромагнитные силы встречаются чаще всех остальных и проявляются в массе своего разнообразия. Природа упругой силы пара – электромагнитна. Потому когда на смену «столетию пара» пришло «столетие электричества», это всего на всего означало смену эпохи, в которой люди не умели контролировать электромагнитные силы, на эпоху, в которой человек научился их контролировать и направлять в нужное русло.

Сложно перечислить все существующие в природе электромагнитные силы. С их помощью атомы соединяются в молекулы, формируя жидкие и твердые тела. В любых процессах трения и упругости наблюдается электромагнитная природа.

Многие взаимодействия между объектами сопровождаются электромагнитными силами – радиоволны, свет, тепло и прочее.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИЛА

Прямолинейный провод в магнитном поле

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

В соответствии со сказанным в предыдущем параграфе электромагнитная сила 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 а, т. е. в этом случае

F = ВIl sin α.

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 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. 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, рас по-

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

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

ложен н ы й 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, 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.

Статья на тему Электромагнитная сила