В 1783 году возник вопрос о взаимодействии двух проводов на троллейбусной линии и их направлении. Изучая этот вопрос, стало понятно, что провода действительно взаимодействуют друг с другом. Но как именно это происходит?
На рисунке 244 наглядно показано, как взаимодействуют проводники с током. Мы можем использовать стрелки, чтобы указать направления токов в проводниках. Таким образом, мы можем наблюдать, что токи в проводниках направлены в разных направлениях.
Это интересное явление можно наблюдать даже вне троллейбусных линий. Например, если пропустить ток через струю расплавленного алюминия, она начнет сужаться. Почему так происходит? Ответ прост - ток, проходящий через струю, создает магнитное поле, которое оказывает сжимающее воздействие на струю.
На рисунке 245 изображена электрическая цепь с проводником в форме пружины, погруженным в ртуть. Когда ключ в цепи замкнут, происходит интересное явление - пружина начинает менять свою форму. Это происходит из-за изменения силы тока в цепи.
По закону электромагнитной индукции, при прохождении тока через пружину возникает магнитное поле. В результате этого пружина начинает сжиматься. При сжатии пружины ток перестает течь, и магнитное поле исчезает. В результате пружина возвращается в свое прежнее положение, и ток снова начинает течь. Такой процесс повторяется.
В 1787 году было установлено, что однородное магнитное поле оказывает воздействие на рамку с током. Каждая сторона рамки испытывает силу со стороны магнитного поля. Чтобы магнитное поле сжимало рамку, необходимо правильно направить ток в рамке.
В 1788 году было выяснено, что рамка с током в однородном магнитном поле будет поворачиваться. Магнитное поле действует на каждую сторону рамки, вызывая силы, в результате чего рамка поворачивается в противоположную сторону. Чтобы рамка повернулась в противоположную сторону, необходимо изменить направление тока в рамке.
В 1789 году было обнаружено, что рамка с током, подвешенная между полюсами магнита, движется в зависимости от направления тока. В случае а, рамка будет двигаться в одном направлении, а в случае б - в противоположном направлении. Магнитное поле действует на каждую сторону рамки в зависимости от направления тока.
Перед нами стоял настольный вентилятор, который при работе вращал свою лопасть. Но, если рукой прикоснуться к лопасти и временно остановить ее, то мы можем заметить, что корпус вентилятора начинает нагреваться. Почему так происходит?
Дело в том, что при работе вентилятора, энергия, которая изначально шла на приведение лопастей в движение, начинает расходоваться на нагрев двигателя. Когда лопасти вращаются, происходит трение воздуха, вызванное их движением. Это трение приводит к постепенной конвертации кинетической энергии в тепловую. Получившаяся тепловая энергия передается корпусу вентилятора, что приводит к его нагреву.
Возможно, многие задумывались о причине нагрева корпуса вентилятора в такой ситуации. Теперь мы знаем, что это происходит из-за превращения кинетической энергии вентилятора в тепловую энергию из-за трения воздуха. Такой процесс объясняет нагрев корпуса и помогает нам понять важность эффективного охлаждения вентиляторов, особенно при длительной работе и при высоких нагрузках.
Теперь перейдем к рассмотрению следующего вопроса. На рисунке 249 изображен провод длиной 50 см в однородном магнитном поле с индукцией 0,4 Тл. Провод расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции, и по нему протекает ток силой 0,5 А. Нас интересует модуль и направление силы, действующей на проводник.
Зная, что проводник находится в однородном магнитном поле, мы можем применить закон Лоренца, который гласит, что на проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, равная произведению тока и векторного произведения вектора индукции магнитного поля и вектора длины проводника. В данном случае, векторный произведение будет равно произведению модулей этих векторов и синуса угла между ними.
Применяя формулу, можем найти силу, действующую на проводник:
F = I * B * L * sin?
где F - сила, действующая на проводник, I - сила тока, B - вектор индукции магнитного поля, L - вектор длины проводника, ? - угол между векторами B и L.
Подставив известные значения, получим:
F = 0.5 A * 0.4 T * 0.5 m * sin90° = 0.1 Н
Теперь осталось определить направление этой силы. Воспользуемся правилом левой руки, согласно которому, если сжать указательный, средний и большой пальцы левой руки так, чтобы указательный палец указывал в направлении вектора тока, а другие пальцы - в направлении вектора индукции магнитного поля, то направление большого пальца определит направление силы. В данном случае, направление силы будет направлено от нас.
Рассмотрим следующий вопрос. У нас есть двухметровый прямолинейный проводник, по которому протекает ток силой 0,4 А. Этот проводник находится в однородном магнитном поле, и на него действует сила с модулем 0,4 Н (рис. 250). Вектор индукции магнитного поля перпендикулярен проводнику. Интересно узнать модуль и направление вектора индукции магнитного поля.
Здесь мы можем применить закон Лоренца, согласно которому сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, равна произведению тока на векторное произведение вектора индукции магнитного поля и вектора длины проводника. В данном случае, векторное произведение будет равно произведению модулей этих векторов и синуса угла между ними.
Выразим из формулы модуль вектора индукции магнитного поля:
B = F / (I * L * sin?)
Подставив известные значения, получим:
B = 0.4 Н / (0.4 А * 2 м * sin90°) = 0.2 Тл
Наконец, рассмотрим последний вопрос. У нас есть прямолинейный проводник длиной 80 см, помещенный в однородное магнитное поле. С одной стороны магнитного поля на проводник действует сила, равная 0,2 Н (рис. 251). Если индукция магнитного поля равна 0,04 Тл, то необходимо определить силу тока и направление тока в проводнике.
Мы можем применить закон Лоренца, согласно которому сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, равна произведению тока на векторное произведение вектора индукции магнитного поля и вектора длины проводника. В данном случае, векторное произведение будет равно произведению модулей этих векторов и синуса угла между ними.
Выразим из формулы силу тока:
I = F / (B * L * sin?)
Подставив известные значения, получим:
I = 0.2 Н / (0.04 Тл * 0.8 м * sin90°) = 0.625 А
Теперь осталось определить направление тока. Воспользуемся правилом правой руки, согласно которому, если сжать указательный, средний и большой пальцы правой руки так, чтобы указательный палец указывал в направлении вектора индукции магнитного поля, а другие пальцы - в направлении силы, то направление большого пальца определит направление тока. В данном случае, направление тока будет от нас.