3-2. Электромагнитная сила

а) Прямолинейный провод в магнитном поле

Силовое воздействие магнитного поля на проводники с током широко используется в электродвигателях и некоторых электромагнитных механизмах.

В предыдущем параграфе установлено, что электромагнитная сила, действующая на проводник с током, расположенный в магнитном поле перпендикулярно его направлению, определяется по формуле (3-1).

Если проводник расположен не перпендикулярно полю, а под некоторым углом а к направлению поля, то электромагнитная сила будет зависеть еще от Минуса угла а, т. е.

Направление электромагнитной силы определяется по правилу левой руки, если ладонь левой руки (рис. 3-4) расположена так, что вектор магнитной индукции входит в нее, вытянутые четыре пальца совпадают с направлением тока то отогнутый под прямым углом большой палец левой руки указывает направление электромагнитной силы.

Рис. 3-4. Правило левой руки.

Рис. 3-5. Перемещение проводника в магнитном поле на расстояние

Прямолинейный провод длиной I с током расположен в однородном магнитном поле в плоскости, перпендикулярной полю (рис. 3-5). Если этот провод под действием электромагнитной силы переместится параллельно самому себе в указанной плоскости на расстояние то он «пересечет» магнитный поток . При этом электромагнитной силой будет совершена механическая работа

Таким образом, механическая работа, совершенная за счет энергии источника питания силами взаимодействия поля и тока при перемещении провода, равна произведению тока и магнитного потока, пересеченного проводом.

Пример 3-1. Провод с активной длиной 20 см и током 300 А расположен в однородном магнитном поле с индукцией 1,2 Т.

Определить электромагнитную силу, действующую на провод, если он расположен в плоскости, перпендикулярной полю.

Решение.

Пример 3-2. Определить работу при перемещении провода длиной 30 см на расстояние 20 см в плоскости, перпендикулярной полю, если поле однородно с индукцией 1,5 Т, а ток в проводе 200 А.

Решение.

Магнитный поток, пересеченный проводом,

Работа, совершенная при перемещении провода,

6) Контур В магнитном поле

Стороны прямоугольной катушки — рамки с током (рис. 3-6), расположенные перпендикулярно плоскости рисунка, находятся в однородном поле. Электромагнитные силы F создают вращающий момент.

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

Рис. 3-7. Электромагнитные силы, действующие на контур с током.

Под действием этого момента рамка стремится занять положение, при котором эти силы взаимно уравновесятся (рис. 3-7), при этом рамка будет пронизываться наибольшим магнитным потоком. Из сказанного следует, что контур с током, расположенный в магнитном поле, под действием электромагнитных сил стремится занять положение, в котором магнитный поток, пронизывающий контур, будет наибольшим.

в) Электрон, движущийся в магнитном поле

Электромагнитная сила, действующая на провод с током длиной l (рис. 3-1),

Эту силу можно рассматривать как сумму сил, действующих на свободные электроны провода, направленное движение которых представляет собой ток.

Число свободных электронов в проводе длиной l обозначим N; тогда сила, действующая на электрон,

Рис. 3-8. Направление электромагнитной силы, действующей на движущий электрон.

Обозначив суммарный заряд свободных электронов и среднюю скорость движения их получим выражение электромагнитной силы, действующей на электрон, движущийся перпендикулярно полю,

Направление этой силы (рис. 3-8) определяется по правилу левой руки, четыре вытянутые пальца левой руки должны быть направлены встречно движению электронов.