Меню

В двух параллельных проводниках протекают электрические токи в одном направлении

6.5. Взаимодействие двух проводников с током

Применим закон Ампера для вычисления силы взаимодействия двух длинных прямолинейных проводников с токами I1 и I2, находящихся на расстоянии d друг от друга (рис. 6.26).

Рис. 6.26. Силовое взаимодействие прямолинейных токов:
1 — параллельные токи; 2 — антипараллельные токи

Проводник с током I1 создает кольцевое магнитное поле, величина которого в месте нахождения второго проводника равна

Это поле направлено «от нас» ортогонально плоскости рисунка. Элемент второго проводника испытывает со стороны этого поля действие силы Ампера

Подставляя (6.23) в (6.24), получим

При параллельных токах сила F21 направлена к первому проводнику (притяжение), при антипараллельных — в обратную сторону (отталкивание).

Аналогично на элемент проводника 1 действует магнитное поле, создаваемое проводником с током I2 в точке пространства с элементом с силой F12. Рассуждая таким же образом, находим, что F12 = –F21, то есть в этом случае выполняется третий закон Ньютона.

Итак, сила взаимодействия двух прямолинейных бесконечно длинных параллельных проводников, рассчитанная на элемент длины проводника, пропорциональна произведению сил токов I1 и I2 протекающих в этих проводниках, и обратно пропорциональна расстоянию между ними. В электростатике по аналогичному закону взаимодействуют две длинные заряженные нити.

На рис. 6.27 представлен опыт, демонстрирующий притяжение параллельных токов и отталкивание антипараллельных. Для этого используются две алюминиевые ленты, подвешенные вертикально рядом друг с другом в слабо натянутом состоянии. При пропускании через них параллельных постоянных токов силой около 10 А ленты притягиваются. а при изменении направления одного из токов на противоположное — отталкиваются.

Рис. 6.27. Силовое взаимодействие длинных прямолинейных проводников с током

На основании формулы (6.25) устанавливается единица силы тока — ампер, являющаяся одной из основных единиц в СИ.

Ампер — это сила неизменяюшегося тока, который, протекая по двум длинным параллельным проводникам, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м, вызывает между ними силу взаимодействия 2×10 –7 Н на каждый метр длины провода.

Пример. По двум тонким проводам, изогнутым в виде одинаковых колец радиусом R = 10 см, текут одинаковые токи I = 10 А в каждом. Плоскости колец параллельны, а центры лежат на ортогональной к ним прямой. Расстояние между центрами равно d = 1 мм. Найти силы взаимодействия колец.

Решение. В этой задаче не должно смущать, что мы знаем лишь закон взаимодействия длинных прямолинейных проводников. Поскольку расстояние между кольцами много меньше их радиуса, взаимодействующие элементы колец «не замечают» их кривизны. Поэтому сила взаимодействия дается выражением (6.25), куда вместо надо подставить длину окружности колец Получаем тогда

Источник

Тест по физике Взаимодействие электрических токов и движущихся зарядов для 11 класса

Тест по физике Взаимодействие электрических токов и движущихся зарядов. Магнитный поток для 11 класса с ответами. Тест включает в себя 2 варианта. В каждом варианте по 5 заданий.

1 вариант

1. Как взаимодействуют два параллельных проводника, если электрический ток в них протекает в одном направ­лении?

А. Сила взаимодействия равна нулю.
Б. Проводники притягиваются.
В. Проводники отталкиваются.

2. С какой силой взаимодействует каждый метр длины двух параллельных проводников бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенных на расстоя­нии 1 м один от другого в вакууме, если сила тока в про­водниках равна 2 А?

А. 8 ⋅ 10 -7 Н
Б. 10 -7 Н
В. 2 ⋅ 10 -7 Н

3. Контур АВСD находится в однород­ном магнитном поле (рис. 31), линии индукции которого направлены перпен­дикулярно плоскости чертежа от нас.

Рисунок 31

Магнитный поток через контур будет менять­ся, если контур…

А. движется в однородном магнитном поле в плоскости рисунка влево;
Б. движется в плоскости рисунка вверх;
В. поворачивается вокруг стороны АВ.

4. Два электрона движутся на расстоянии r друг от дру­га, как показано на рисунке 32. Сравните силу их взаи­модействия при движении с силой их взаимодействия в покое на том же расстоянии друг от друга.

Рисунок 32

А. Сила взаимодействия электронов при движении больше.
Б. Сила взаимодействия электронов при движении меньше.
В. Силы в обоих случаях равны.

5. Рамку, площадь которой равна 0,5 м 2 , пронизывают линии индукции магнитного поля под углом 30° к плос­кости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизываю­щий рамку, если индукция магнитного поля 4 Тл?

А. 1 Вб
Б. 2 Вб
В. 4 Вб

2 вариант

1. Как взаимодействуют два параллельных проводника, если электрический ток в них протекает в противополож­ных направлениях?

А. Сила взаимодействия равна нулю.
Б. Проводники притягиваются.
В. Проводники отталкиваются.

2. С какой силой взаимодействует каждый метр длины двух параллельных проводников бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенных на расстоя­нии 2 м один от другого в вакууме, если сила тока в про­водниках равна 2 А?

Читайте также:  Изобразить схему замещения цепи переменного тока

А. 10 -7 Н
Б. 4 ⋅ 10 -7 Н
В. 8 ⋅ 10 -7 Н

3. Контур АВСD находится в однород­ном магнитном поле (рис. 33), линии индукции которого направлены перпен­дикулярно плоскости чертежа от нас.

Рисунок 33

Магнитный поток через контур будет меняться, если контур…

А. движется в однородном магнитном поле в плоскости рисунка влево;
Б. движется в плоскости рисунка вверх;
В. поворачивается вокруг стороны АС.

4. Электрон и протон в атоме водорода вращаются вокруг общего центра масс (рис. 34). Как магнитное взаимодей­ствие влияет на их притяжение, обусловленное силой Ку­лона?

Рисунок 34

А. Уменьшает
Б. Не изменяет
В. Увеличивает

5. Рамку, площадь которой равна 2 м 2 , пронизывают ли­нии индукции магнитного поля под углом 60° к плоскос­ти рамки. Чему равен магнитный поток, пронизываю­щий рамку, если индукция магнитного поля 2 Тл?

А. 3,46 Вб
Б. 2 Вб
В. 4,6 Вб

Ответы на тест по физике Взаимодействие электрических токов и движущихся зарядов. Магнитный поток для 11 класса
1 вариант
1-Б
2-А
3-В
4-Б
5-А
2 вариант
1-В
2-Б
3-В
4-В
5-А

Источник

Электромагнитная индукция

Вариант 4

1. В двух параллельных проводниках протекают электрические токи, направления которых противоположны. Какое из указанных на рисунке 1 направлений соответствует направлению вектора силы, действующей на один проводник со стороны магнитного поля, создаваемого электрическим током во втором проводнике, если электрический ток в этом проводнике входит перпендикулярно в плоскость рисунка?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. .

2. На рисунке 2 изображена катушка с током, направление тока в которой указано стрелкой. Какое из представленных на рисунке направлений соответствует направлению вектора индукции магнитного поля в центре катушки?

А. 1. Б. 2. В. По касательной к виткам катушки. Г. .

Д. Среди ответов А—Г нет правильного.

3. Какой из вариантов (рис. 3) соответствует схеме расположения линий индукции однородного магнитного поля?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. 5.

4.Какое направление имеет вектор силы , действующей со стороны магнитного поля на неподвижный отрицательный электрический заряд?

А. Совпадает с направлением вектора . Б. Противоположно вектору . В. Перпендикулярен вектору . Г. Может иметь любое направление. Д. .

5. На рисунке 4 представлено расположение проводника с током в магнитном поле. Какое из указанных на рисунке направлений имеет вектор силы, действующей на проводник с током со стороны магнитного поля, если ток в проводнике имеет направление к наблюдателюю и выходит перпендикулярно из плоскостии рисунка?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А—Г нет правильного.

6. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле, при увеличении индукции магнитного поля в 3 раза и уменьшении длины проводника в 3 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции.

А. Уменьшится в 9 раз. Б. Уменьшится в 3 раза. В. Не изменится.

Г. Увеличится в 3 раза. Д. Увеличится в 9 раз.

7. Плоский контур, расположенный перпендикулярно вектору индукции магнитного поля, пронизывает магнитный поток 2 Вб. Определите индукцию магнитного поля, если площадь контура 4 м 2 .

А. 0,5 Тл. Б. 1 Тл. В. 2 Тл. Г. 8 Тл. Д. Среди ответов А—Г нет правильного.

8. Чему равна индуктивность контура, если при силе тока 4 А в нем существует магнитный поток 2 Вб?

А. 0,5 Гн. Б. 1 Гн. В. 2 Гн. Г. 18 Гн. Д. Среди ответов А—Г нет правильного.

9. За 0,2 с магнитный поток, пронизывающий контур, равномерно уменьшился с 3 до 1 Вб. Чему при этом равно значение ЭДС индукции в контуре?

А. 20 В. Б. 15 В. В. 10 В. Г. 0,8 В. Д. 0,4 В.

10. Если известно, что работа сил электрического поля при перемещении в нем электрического заряда по любой траектории равна нулю, то какое это поле, индукционное или электростатическое?

А. Индукционное. Б. Электростатическое.

В. Это поле может быть как индукционным, так и электростатическим.

Г. Таким свойством не обладает ни индукционное, ни электростатическое поле.

Д. Среди ответов А—Г нет правильного.

11. Через катушку индуктивностью 3 Гн протекает постоянный электрический ток. Сила тока в этой цепи равна 4 А. Чему равна энергия магнитного поля катушки?

А. 48 Дж. Б. 36 Дж. В. 24 Дж. Г. 12 Дж. Д. 6 Дж.

12. На рисунке 5 представлена электрическая схема, составленная из источника тока, катушки и двух ламп. В каком направлении будет протекать электрический ток через лампы 1 и 2 через малый интервал времени после размыкания ключа К?

А. Через 1 и 2 — в том же направлении, что и до размыкания ключа.

Читайте также:  Дать определение плотности тока записать формулу

Б. Через 1 и 2 — в направлении, противоположном тому, какое имел в них ток до размыкания ключа.

В. Через 1 — прежнее, через 2 — противоположное направление.

Г. Через 1 — противоположное, через 2— прежнее направление.

Д. Сила тока через обе лампы равна нулю.

13. Постоянный магнит выдвигается из металлического кольца северным полюсом. Притягивается кольцо к магниту или отталкивается от него? Какое направление имеет индукционный ток в кольце, если смотреть со стороны выдвигаемого магнита?

А. Притягивается. По часовой стрелке. Б. Притягивается. Против часовой стрелки.

В. Отталкивается. По часовой стрелке. Г. Отталкивается. Против часовой стрелки

Д. Не притягивается и не отталкивается. Сила тока равна нулю.

14. Четыре одинаковые катушки включены последовательно в электрическую цепь постоянного тока. Одна из катушек не имеет сердечника, в других имеются ферромагнитный, диамагнитный и парамагнитный сердечники. Магнитные потоки в катушках 1, 2, 3 и 4 удовлетворяют неравенству Ф1

Источник



В двух параллельных проводниках протекают электрические токи в одном направлении

Оборудование для демонстрационного эксперимента: ленты из фольги, штатив, ключ, цветные соединительные провода, источник постоянного тока на 12 В.

Оборудование для фронтального эксперимента: проволочные мотки, штатив, цветные соединительные провода и источник постоянного тока на 4 В.

Безусловно, компьютерные лабораторные работы рекомендуется проводить только после реальных физических экспериментов.

I. Проведение демонстрационного эксперимента и проведение фронтального эксперимента.

Подготовить и провести демонстрационный эксперимент «Взаимодействие двух параллельных токов» с лентами из фольги, подробно разобранный в книге «Демонстрационный эксперимент по физике. Том 2» 1 [1, С.76-78]. При этом целесообразно показать взаимодействие токов на двух опытах, вначале на двух параллельных проводниках с током одинакового и противоположного направлений. Вокруг каждого проводника с током обнаруживается магнитное поле (рис. 1). Акцентировать внимание учащихся на то, что силовые линии магнитного поля вокруг проводника с током являются концентрическими окружностями и лежат в плоскости, перпендикулярной этому проводнику.

Затем перейти к фронтальному эксперименту взаимодействия катушек с током, который будут проводить сами учащиеся.

Объяснить учащимся, что первый эксперимент достаточно труден в исполнении и требует тщательной подготовки. Именно поэтому фронтально учащимся предлагается провести эксперимент по взаимодействию двух круговых токов, используя проволочные мотки, ключ, штатив, цветные соединительные провода и источник постоянного тока на 4 В.

Проведение фронтального эксперимента.

Отметить направление тока в каждом витке, используя цветные провода. Включив на непродолжительное время ток, пронаблюдать взаимодействие двух катушек с током.

Учащиеся должны зафиксировать притяжение и отталкивание двух катушек с током в зависимости от направления тока. Витки с током одинакового направления притягиваются, а противоположного – отталкиваются.

После первичного формирования представлений о взаимодействии двух проводников с токов, акцентируем внимание учащихся на вопросы:
1) Магнитное поле создается электрическим током каждого проводника. Силовые линии магнитного поля обозначены на рис. 2. красным цветом.
2) Магнитное поле обнаруживается по его действию на электрический ток. Соответствующие силы обозначены как 1 и 2 синим цветом.

Затем рекомендуется вначале ознакомиться с соответствующей интерактивной моделью (рис. 3).

Затем ответить на контрольные вопросы к лабораторной работе «Взаимодействие параллельных токов»:

1. Каковы направления тока в проводах и индукции магнитного поля от проводов, если параллельные провода притягиваются?
А) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в разные стороны.
Б) Токи протекают в разных направлениях, индукция магнитного поля от проводов направлена в одну сторону.
В) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в одну сторону.
Г) Токи протекают в разных направлениях, индукция магнитного поля от проводов направлена в разные стороны.
Д) Токи протекают в одном направлении, индукция магнитного поля от проводов направлена в ту же сторону.

2. Как взаимодействуют параллельные проводники с током, если токи протекают в разных направлениях, и как направлена индукция магнитного поля от каждого из проводов?
А) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в разные стороны.
Б) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в одну сторону.
В) Проводники отталкиваются, векторы индукции магнитного поля от проводов направлены в одну сторону.
Г) Проводники отталкиваются, векторы индукции магнитного поля от каждого из проводов направлены в разные стороны.
Д) Проводники притягиваются, векторы индукции магнитного поля от каждого из проводов параллельны направлению соответствующих токов.

3. По двум параллельным проводам в одном направлении протекает электрический ток 1 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами увеличить в 2 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Не изменится.

Читайте также:  Сварка высокочастотными токами это

4. По двум параллельным проводам в разных направлениях протекает электрический ток 2 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами уменьшить в 2 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Не изменится.

5. По двум бесконечным параллельным проводникам протекают токи в разных направлениях. Определить направление индукции магнитного поля от каждого проводника.
А) Вектор индукции магнитного поля от каждого проводника направлен в ту же сторону, что и соответствующий ток.
Б) Вектор индукции магнитного поля от каждого проводника направлен в противоположную сторону к соответствующему току.
В) Векторы индукции магнитного поля от каждого проводника направлены в одну сторону по касательным к окружностям, центр которых находится на оси проводников.
Г) Индукция магнитного поля от каждого проводника направлена в разные стороны по касательным к окружностям, центр которых находится на оси проводников.
Д) Определить направление индукции магнитного поля от каждого проводника невозможно.

6. По двум параллельным проводам в разных направлениях протекает электрический ток 1 А. Расстояние между проводами 1 м. Определите, как изменится сила Ампера, действующая на участок провода, если расстояние между проводами уменьшить в 2 раза, а силу тока в одном из проводов увеличить в 4 раза?
А) Увеличится в 2 раза.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 4 раза.
Г) Уменьшится в 4 раза.
Д) Увеличится в 8 раз.
Верные ответы: 1 – А, 2 – В, 3 – Б, 4 – А, 5 – В, 6 – Д. При решении учащимися соответствующих контрольных вопросов статистика верных и неверных ответов будет внесена в журнал достижений.

После этого провести компьютерные эксперименты по определенным заданиям и проверить свои решения. Компьютерные эксперименты к лабораторной работе, по которым можно провести соответствующий компьютерный эксперимент, специально составлены как задания с числами, соответствующими интерактивной лабораторной работе.

Эксперимент № 1. По двум бесконечным параллельным проводникам протекают токи 1 А и 2 А в разных направлениях. Расстояние между проводниками 0,8 м. Определить величину и направление индукции магнитного поля на расстоянии 0,8 м от каждого проводника. Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Индукция магнитного поля направлена в одну сторону. От первого тока , от второго тока .

Эксперимент № 2. Сила тока в проводниках, расположенных параллельно на расстоянии 1 м друг от друга, равна соответственно 1 А и 2 А. Токи протекают в одном направлении. Определить индукцию магнитного поля на расстоянии 1 м от каждого проводника. Во сколько раз по модулю индукция от второго проводника больше индукции от первого проводника? Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ. Индукция магнитного поля 12 = 2∙10 –7 Тл, 12 = –4∙10 -7 Тл.
Ответ. В 2 раза.

Эксперимент № 3. По двум длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии 0,5 м, течет ток соответственно 2 А и 1,5 А в разных направлениях. Определить, во сколько раз изменится сила взаимодействия, если расстояние увеличить в 2 раза. Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Уменьшится в 2 раза.

Эксперимент № 4. По двум длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии 0,5 м, протекают токи в одном направлении. Сила тока в проводниках 2 А. Во сколько раз изменится сила взаимодействия проводников, если расстояние увеличить в три раза? Провести компьютерный эксперимент и проверить ваш ответ.
Ответ. Уменьшится в 3 раза.

Все действия учащихся с заданиями к лабораторной работе также фиксируются в журнале достижений курса «Открытая Физика 2.6».

Умения учащихся творчески использовать полученные знания по теме «Взаимодействие параллельных токов» могут быть продемонстрированы на заданиях проблемного и творческого характера, которые предлагается составить самостоятельно. Примеры таких ожидаемых заданий:

  • В каком случае совпадают направления векторов магнитной индукции 1 и 2 при взаимодействии двух параллельных проводов с током?
  • Могут ли силы, действующие на два параллельных проводника с током быть разными по значению? А по направлению?
  • Как изменяется при взаимодействии двух параллельных током при увеличении расстояния между ними в 2 раза индукция магнитного поля и сила взаимодействия двух проводников?

В тетрадях для лабораторных работ у учащихся после выполнения компьютерной лабораторной работы «Взаимодействие параллельных токов» должны быть записи:

  • По проведению фронтального эксперимента.
  • Данные из журнала достижений по ответам на контрольные вопросы.
  • Данные из журнала достижений по проведению компьютерных экспериментов.

Отметка за выполнение компьютерной работы ставится по журналу достижений индивидуально каждому учащемуся.

Источник