Измерение силы тока в проводнике

Для измерения силы тока в проводнике используется амперметр, который включается в электрическую цепь последовательно с проводником (схема приведена на рис. 9.3,а).

Амперметр — прибор для измерения силы тока, внутреннее сопротивление которого мало (оно должно быть много меньше сопротивления того проводника, в котором измеряется сила тока).

Измерение напряжения на проводнике

Для измерения напряжения на проводнике используется вольтметр, который включается в электрическую цепь параллельно проводнику (схема приведена на рис. 9.3,б).

Вольтметр — прибор для измерения напряжения, внутреннее сопротивление которого велико (оно должно быть значительно больше сопротивления проводника, на котором измеряется напряжение).

Реостат — переменное сопротивление с тремя контактами, служащее для регулирования силы тока и напряжения в электрической цепи.

Потенциометрический способ включения реостата

Реостат, включенный в цепь по схеме, приведенной на рис. 9.4, называется потенциометром. Потенциометрический способ включения реостата в цепь используется для получения необходимого напряжения (выходного) U_вых, которое может регулироваться от нуля до напряжения (входного) U_вх изменением положения ползунка (на схеме показан стрелкой) реостата.

Работа электрического тока

Работа постоянного электрического тока A на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка U на силу тока I в нем и на промежуток времени Dt, в течение которого совершалась работа:

                                 A = UIDt.                                (9.15)

Электрический счетчик — прибор для измерения работы электрического тока.

Мощность постоянного электрического тока P равна произведению напряжения U на силу тока I:

                                                             (9.16)

Единица мощности электрического тока — ватт: [P] = Вт.

Внесистемная единица работы электрического тока — ватт-час: 1 Вт×ч = 3,6×10³ Дж.

Закон Джоуля ¾ Ленца: количество теплоты, полученное от проводника с током

                                Q = I²RDt,                                (9.17)

где I — сила постоянного тока в проводнике, R — сопротивление проводника, Dt — промежуток времени действия тока.

Выражение (9.17) удобно применять при решении задач для последовательного соединения проводников в силу равенства (9.9), а при параллельном соединении проводников в силу равенства (9.14) удобно применять выражение:

                                .                               (9.18)

§10. Магнетизм

Магнитное поле — поле, посредством которого осуществляется электромагнитное взаимодействие между постоянными магнитами, проводниками с током или движущимися зарядами.

Магнитное поле образуется постоянным магнитом, проводником с током и движущимся зарядом и характеризуется векторной физической величиной, называемой магнитной индукцией (обозначается B).

Постоянный магнит — тело, являющееся источником магнитного поля(как правило, в течение длительного промежутка времени).

Постоянный магнит имеет северный (обозначается С или N) и южный (обозначается Ю или S) полюса.

Свойство постоянных магнитов: притягиваются разноименными магнитными полюсами, отталкиваются — одноименными магнитными полюсами.

Линия магнитной индукции (магнитная силовая линия) — линия, касательная к которой в любой ее точке совпадает с направлением магнитной индукции в этой же точке магнитного поля.

Вдоль линий магнитной индукции устанавливаются оси малых магнитных стрелок.

Свойства линий магнитной индукции: они являются замкнутыми, густота линий больше в той области, в которой индукция магнитного поля больше.

Внутри постоянного магнита линии магнитной индукции направлены от южного полюса к северному, снаружи — от северного полюса к южному.

Линии магнитной индукции бесконечного прямолинейного тонкого проводника с током представляют собой концентрические окружности с центром на проводнике, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику (рис. 10.1). Направлены линии магнитной индукции по часовой стрелке, если ток в проводнике направлен от наблюдателя.

Катушка с током подобно постоянному магниту имеет южный и северный полюс. Если ток в крайнем витке катушки направлен по часовой стрелке, то этот полюс является южным, если направлен против часовой стрелки, то — северным.

Магнитное поле в центре длинной однослойной катушки (соленоида) прямо пропорционально силе тока и линейной плотности витков катушки (количеству витков катушки, приходящихся на единицу длины катушки). Магнитное поле катушки увеличивается, если внутрь катушки поместить железный стержень (сердечник) вдоль оси катушки.

Электромагнит — катушка с током, по оси которой расположен железный сердечник.

Взаимодействие параллельных проводников с током

Параллельные проводники с одинаково направленными токами притягиваются друг к другу (рис. 10.2,а), с противоположно направленными токами — отталкиваются друг от друга (рис. 10.2,б).

Модули сил, приложенных к элементу единичной длины каждого из двух длинных прямолинейных тонких проводников,

                       F_{ед.пров} = 2×10^-7 I₁I₂/R,                      (10.1).

где R — расстояние между проводниками, I₁, I₂ — силы токов в проводниках.

Единица силы тока устанавливается исходя из взаимодействия длинных параллельных проводников.

Определение единицы силы тока основано на магнитном действии электрического тока: один ампер равен силе постоянного тока в каждом из двух тонких параллельных прямолинейных длинных проводников, расположенных в вакууме на расстоянии, равным одному метру друг от друга, и взаимодействующих (притягивающихся или отталкивающихся) с силами, модуль которых равен 2×10^-7 Н на участке каждого проводника длиной, равной одному метру.