Взаимодействие параллельных проводников

   В выше описанных примерах при рассмотрении был затронут вопрос о наличии на проводах избыточных поверхностных зарядов. При рассмотрении подобных ситуаций наличие этих зарядов игнорируется хотя они присутствуют на каждом из проводов, протекает по ним ток или нет.

    Из этого следует что кроме магнитной силы F_м необходимо учитывать и электрическую F _{э .}

    Рассмотрим задачу:

Пусть дано два длинных провода с пренебрежительно малым сопротивлением R, а с другого конца подключены к источнику постоянного напряжения. Радиус сечения каждого провода в h =20 раз меньше расстояния между осями проводов. При каком значении сопротивления R результирующая сила взаимодействия проводов обратится в нуль?

Решение:

Пусть на единицу длины провода приходится избыточный заряд l. Тогда электрическая сила, действующая на единицу длины провода со стороны другого провода, может быть найдена с помощью теоремы Гаусса:

Где L – расстояние между осями проводов. Магнитную силу, действующую на единицу длины провода можно найти с помощью теоремы о циркуляции вектора В:

Где I - сила тока в проводнике.

    Дальше следует отметить, что обе силы – электрическая и магнитная – направлены в разные стороны.

(1)

Электрическая сила обусловливает притяжение проводов, в то время как магнитная – их отталкивание.

Найдем соотношение этих сил:

 

(2)

Между величинами I и l существует определенная связь[6]

 

Где U=IR.  поэтому из соотношения (2) следует, что

	(3)

После подстановки (3) в (1) получим:

	(4)

Результирующая сила взаимодействия обращается в нуль, когда последнее отношение равно единице. Это будет при R=R₀

Если R<R₀,то F _м >F _э – провода отталкиваются, если R>R₀,то F _м <F _э – провода притягиваются.

Заключение

Между электрическими токами дей­ствует сила, отличающаяся от кулоновского взаимодействия. Сила взаимодей­ствия на единицу длины между токами в длинных параллельных проводах равна

Это сила притяжения, если токи имеют одинаковые направления, и сила оттал­кивания, если токи антипараллельны.

Однако, утверждение, что провода, по которым текут токи одного направления, притягиваются, справедливо лишь в том случае, когда электрической частью взаимодействия можно пренебречь, то есть при достаточно малом сопротивлении R.  

    Тогда следует сделать вывод, что, измерив силу взаимодействия между проводами с током (а сила всегда измеряется как результирующая), невозможно определить силу тока I.

В заключении следует сказать, что реакция алюминиевых полосок при пропускании по ним тока была бы гораздо сильнее, когда они находились вблизи постоянного магнита. Напряженность магнитного поля вблизи обычного магнита может быть между 10^-2 и 10^-3 Тл. Поэтому при том же токе в 5 А в алюминиевой полоске сила была бы от 20 до 200 раз больше, чем рассчитанная сила взаимодействия параллельных полосок.

Список использованной литературы

 

1. Суорц Кл. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. Т. 2.- М.:Наука Гл. редакция физико - математической литературы, 1987.-384 с., ил.

 

2. И. Е. Иродов Основные законы Электромагнетизма. – М.:Высш. Шк., 1983.-279 с.

 

3. Тарасов Л. В. Современная физика в средней школе. М.: Просвещение, 1990.

 

4. Храмов Ю. А. Физики. Биографический справочник. 2 - е изд. М.: Наука, Гл. редакция физико - математической литературы, 1983.

 

5. Дягилев Ф. М. Из истории физики и жизни ее творцов: Кн. для учащихся. М.: Просвещение, 1986.

 

6. Карцев В. Л. Приключения великих уравнений. 3 - е изд. М.: Знание, 1986.

 

7. Энциклопедический словарь юного физика. 2 - е изд. М.: Педагогика, 1991.

 

8. Самарин М. С. Вольт, ампер, ом и другие. Единицы физических величин в технике связи. М.: Радио и связь, 1988.7. Шарле Д. Л. По всему земному шару: Прошлое, настоящее и будущее кабелей связи. М.: Радио и связь, 1985.

 

9. Дягилев Ф. М. Из истории физиков и жизни её творцов. М.: Просвещение. 1986, с 79.

[1] В демонстрации использовалась батарейка типа «крона»  6F22 9V.

[2] Явление существования избыточных поверхностных зарядов будет описано ниже

[3] Токовые весы учебной лаборатории.

[4] Ниже будет рассмотрен способ объяснения этого факта.

[5] Кратные p множетели обусловлены геометрическими свойствами пространства или свойствами источников.

 

[6] И.Е.Иродов Основные законы электромагнитизма.