Параллельные проводники с током: взаимодействие, сила Ампера и применение

Как взаимодействуют параллельные проводники с током. Какая сила действует между ними. Как рассчитать силу Ампера. Где применяется взаимодействие параллельных проводников.

Взаимодействие параллельных проводников с током

Параллельные проводники с током оказывают друг на друга силовое воздействие. Характер этого взаимодействия зависит от направления тока в проводниках:

• Если токи текут в одном направлении, проводники притягиваются друг к другу
• Если токи направлены противоположно, проводники отталкиваются

Это взаимодействие обусловлено магнитными полями, создаваемыми токами. Магнитное поле одного проводника действует на ток в другом проводнике и наоборот.

Сила Ампера между параллельными проводниками

Сила взаимодействия между параллельными проводниками с током называется силой Ампера. Ее величина зависит от нескольких факторов:

• Силы тока в проводниках
• Длины участка взаимодействия
• Расстояния между проводниками

Сила Ампера F, действующая на отрезок проводника длиной l, рассчитывается по формуле:

F = (μ0 * I1 * I2 * l) / (2π * r)

где:

• μ0 — магнитная постоянная
• I1, I2 — силы тока в проводниках
• l — длина участка взаимодействия
• r — расстояние между проводниками

Факторы, влияющие на силу взаимодействия проводников

Основные факторы, определяющие силу взаимодействия параллельных проводников с током:

Сила тока

Чем больше сила тока в проводниках, тем сильнее они взаимодействуют. При увеличении тока в 2 раза сила возрастает в 4 раза.

Расстояние между проводниками

С увеличением расстояния сила взаимодействия уменьшается обратно пропорционально. При увеличении расстояния вдвое сила уменьшается в 2 раза.

Длина проводников

Сила прямо пропорциональна длине участка взаимодействия. Чем длиннее параллельные участки, тем больше сила.

Практическое применение взаимодействия параллельных проводников

Явление взаимодействия параллельных проводников с током нашло применение в различных областях:

Определение единицы силы тока

На основе силы взаимодействия параллельных проводников дано определение единицы силы тока — ампера. 1 ампер — это сила тока, при которой два параллельных провода длиной 1 м на расстоянии 1 м взаимодействуют с силой 2*10^-7 Н.

Электроизмерительные приборы

Принцип взаимодействия параллельных проводников используется в некоторых электроизмерительных приборах, например, в электродинамических амперметрах и ваттметрах.

Токопроводящие шины

При проектировании мощных токопроводящих шин учитывают силы, возникающие между параллельными проводниками при протекании больших токов.

Расчет силы взаимодействия параллельных проводников

Для расчета силы Ампера между параллельными проводниками можно использовать следующий алгоритм:

1. Определить силу тока в каждом проводнике I1 и I2
2. Измерить расстояние между проводниками r
3. Задать длину участка взаимодействия l
4. Подставить значения в формулу: F = (μ0 * I1 * I2 * l) / (2π * r)
5. Выполнить расчет, используя μ0 = 4π * 10^-7 Гн/м

Пример расчета: Два параллельных провода длиной 5 м расположены на расстоянии 10 см друг от друга. По ним текут токи 100 А и 50 А в одном направлении. Сила взаимодействия составит:

F = (4π * 10^-7 * 100 * 50 * 5) / (2π * 0.1) = 5 * 10^-3 Н

Особенности взаимодействия параллельных проводников

При изучении взаимодействия параллельных проводников с током важно учитывать следующие особенности:

Направление силы

Сила всегда направлена перпендикулярно проводникам. При одинаковом направлении токов — к центру, при противоположном — от центра.

Зависимость от среды

Магнитная проницаемость среды влияет на силу взаимодействия. В ферромагнитной среде сила будет больше, чем в вакууме.

Влияние формы проводников

Приведенные формулы справедливы для прямолинейных проводников. Для проводников сложной формы требуются более сложные расчеты.

Применение в технике

Явление взаимодействия параллельных проводников с током используется в различных технических устройствах:

Электродвигатели

В некоторых типах электродвигателей сила взаимодействия между параллельными проводниками обмоток используется для создания вращающего момента.

Токоограничивающие реакторы

В мощных электрических цепях применяются токоограничивающие реакторы, принцип действия которых основан на отталкивании параллельных проводников с противоположно направленными токами.

Электромагнитные ускорители

В некоторых типах электромагнитных ускорителей заряженных частиц используется сила взаимодействия между токонесущими шинами для создания ускоряющего поля.

Меры безопасности при работе с параллельными проводниками

При работе с мощными параллельными проводниками необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

• Учитывать возникающие электродинамические силы при проектировании и монтаже токопроводов
• Надежно закреплять проводники для предотвращения их схлопывания или отталкивания при больших токах
• Использовать изоляционные материалы и конструкции, способные выдержать механические нагрузки
• Не допускать нахождения людей вблизи мощных параллельных токопроводов при их работе

Соблюдение этих мер позволит обеспечить безопасную и надежную работу электроустановок с параллельными проводниками.

Сила Ампера

Андре-Мари Ампер предположил, что если ток — магнит, то два проводника с током должны взаимодействовать подобно двум магнитам, то есть притягиваться или отталкиваться.

Он провел ряд экспериментов, которые подтвердили его гипотезу. Параллельные проводники с током взаимодействуют друг с другом. Если токи текут в одном направлении, то проводники притягиваются, а если в противоположных направлениях, то проводники отталкиваются. Эксперимент также показывает, что если в одном из проводников отсутствует ток, то силы взаимодействия между проводниками отсутствуют.

Рис. 1. Ампер обнаружил притяжение токов, текущих в одном направлении, и отталкивание токов, текущих в противоположных направлениях

В отличие от электрических взаимодействий «одноименные», направленные в одну сторону токи притягиваются, в то время как одноименные заряды отталкиваются.

Взаимодействие параллельных проводников с током вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.

Опыты показали, что модуль силы Ампера, действующей со стороны магнитного поля на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока I

1 и I₂ в параллельных проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:

В Международной системе единиц СИ коэффициент пропорциональности k принято записывать в виде: k = μ₀/2π = 2∙10^—7 Н/А², где μ₀ — постоянная величина, которую называют магнитной постоянной. Введение магнитной постоянной в СИ упрощает запись ряда формул.

Формула, выражающая закон магнитного взаимодействия параллельных токов, принимает вид:

Единица силы тока

Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используют для определения единицы сила тока — ампера.

Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2∙10^—7 Н на каждый метр длины.

В Международной системе единиц (СИ) единица силы тока — ампер (А).

Параллельные проводники с электрическим током отталкиваются, если токи протекают в противоположном направлении — КиберПедия

Навигация: Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Топ: Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из по­вторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует… Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж… Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья… Интересное: Берегоукрепление оползневых склонов: На прибрежных склонах основной причиной развития оползневых процессов является подмыв водами рек естественных склонов. .. Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего… Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски… Дисциплины: Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция 3) При увеличении расстояния между проводниками взаимодействие проводников ослабевает 4) При увеличении силы тока взаимодействие проводников усиливается 5) Вокруг каждого из проводников с током возникает магнитное поле 21. Электрическая схема содержит источник тока, проводник АВ, ключ и реостат. Проводник АВ помещён между полюсами постоянного магнита (см. рисунок). Используя рисунок, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера 1) При замкнутом ключе электрический ток в проводнике имеет направление от точки В к точке А. 2) Магнитное поле в области расположения проводника АВ направлено вертикально вверх 3) Электрический ток в проводнике АВ создаёт однородное магнитное поле 4) При замкнутом ключе проводник будет выталкиваться из области магнита вправо 5)При перемещении ползунка реостата вправо сила Ампера, действующая на проводник АВ, увеличится 22. Электрическая схема содержит источник тока, проводник АВ, ключ и реостат. Проводник АВ помещён между полюсами постоянного магнита (см. рисунок) Используя рисунок, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера 1) При замкнутом ключе электрический ток в проводнике имеет направление от точки А к точке В. 2) Магнитные линии поля постоянного магнита в области расположения проводника АВ направлены вертикально вниз 3) Электрический ток, протекающий в проводнике АВ, создаёт неоднородное магнитное поле 4) При замкнутом ключе проводник будет втягиваться в область магнита влево 5) При перемещении ползунка реостата влево сила Ампера, действующая на проводник АВ, увеличится 23. Электрическая схема содержит источник тока, проводник АВ, ключ и реостат. Проводник АВ помещён между полюсами постоянного магнита (см. рисунок) Используя рисунок, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера 1) Магнитные линии поля постоянного магнита в области расположения проводника АВ направлены вертикально вверх 2) Электрический ток, протекающий в проводнике АВ, создаёт однородное магнитное поле 3) При замкнутом ключе электрический ток в проводнике имеет направление от точки А к точке В 4) При замкнутом ключе проводник будет выталкиваться из области магнита вправо 5) При перемещении ползунка реостата вправо сила Ампера, действующая на проводник АВ, уменьшится 24. Учитель на уроке, используя катушку, замкнутую на гальванометр, и полосовой магнит (см. рисунок), последовательно провёл опыты по наблюдению явления электромагнитной индукции. Условия проведения опытов и показания гальванометра представлены в таблице Опыт 1. Магнит вносят в катушку с некоторой скоростью υ1 Опыт 2. Магнит вносят в катушку со скоростью υ2, большей, чем υ1 ( υ2>υ1)   Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера 1) Величина индукционного тока зависит от геометрических размеров катушки Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни. .. Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций… Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства… Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции…  © cyberpedia.su 2017-2020 — Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста. Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

22.10: Магнитная сила между двумя параллельными проводниками

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

2704

• OpenStax
• OpenStax

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Описывать эффекты магнитной силы между двумя проводниками.
• Рассчитайте силу между двумя параллельными проводниками.

Можно ожидать, что между проводниками с током действуют значительные силы, поскольку обычные токи создают значительные магнитные поля, а эти поля воздействуют на обычные токи значительными силами. Но вы можете не ожидать, что сила между проводами используется для определяют ампер. Вы также можете удивиться, узнав, что эта сила как-то связана с тем, почему большие автоматические выключатели сгорают, когда они пытаются отключить большие токи.

Силу между двумя длинными прямыми и параллельными проводниками, разделенными расстоянием \(r\), можно найти, применяя то, что мы разработали в предыдущих разделах. На рисунке \(\PageIndex{1}\) показаны провода, их токи, поля, которые они создают, и последующие силы, которые они воздействуют друг на друга. Рассмотрим поле, создаваемое проводом 1, и силу, которую он оказывает на провод 2 (назовем силу \(F_{2}\)). Поле из-за \(I_{1}\) на расстоянии \(r\) равно

\[B_{1} = \frac{\mu_{0}I_{1}}{2\pi r}. \label{22.11.1}\]

Рисунок \(\PageIndex{1}\): (a) Магнитное поле, создаваемое длинным прямым проводником, перпендикулярно параллельному проводнику, как показано на RHR-2. (b) Вид сверху на два провода, показанных на (а), с одной линией магнитного поля, показанной для каждого провода. RHR-1 показывает, что сила между параллельными проводниками притягивается, когда токи имеют одинаковое направление. Подобный анализ показывает, что сила отталкивающая между токами в противоположных направлениях.

Это поле однородно вдоль провода 2 и перпендикулярно ему, поэтому сила \(F_{2}\), действующая на провод 2, определяется выражением \(F = IlB sin\theta\) с \(sin \theta = 1\): \[F_{2} = I_{2}lB_{1}.\label{22.11.2}\] По третьему закону Ньютона силы на проводах равны по величине, поэтому мы просто пишем \ (F\) для величины \(F_{2}\). (Обратите внимание, что \(F_{1} = -F_{2}\).) Поскольку провода очень длинные, удобно думать в терминах \(F/l\), сила на единицу длины. Подстановка выражения для \(B_{1}\) в последнее уравнение и перестановка членов дает

\[\frac{F}{l} = \frac{\mu_{0}I_{1}I_{2}}{2\pi r}. \label{22.11.3}\]

\(F/l\) сила на единицу длины между двумя параллельными токами \(I_{1}\) и \(I_{2}\), разделенными расстоянием \(r\). Сила притяжения, если токи имеют одинаковое направление, и отталкивания, если они направлены в противоположные стороны.

Эта сила отвечает за пинч-эффект в электрических дугах и плазме. Сила существует независимо от того, есть ли токи в проводах или нет. В электрической дуге, где токи движутся параллельно друг другу, существует притяжение, которое сжимает токи в трубку меньшего размера. В больших автоматических выключателях, таких как те, которые используются в системах распределения электроэнергии по соседству, эффект защемления может концентрировать дугу между пластинами выключателя, пытаясь отключить большой ток, прожечь дыры и даже зажечь оборудование. Другой пример пинч-эффекта можно найти в солнечной плазме, где струи ионизированного материала, такие как солнечные вспышки, формируются под действием магнитных сил. 9{-7} Н/м\) на каждом проводе.

Прямые провода бесконечной длины нецелесообразны, поэтому на практике баланс токов создается с помощью витков провода, разделенных несколькими сантиметрами. Сила измеряется для определения силы тока. Это также дает нам метод измерения кулона. Измеряем заряд, протекающий при токе в один ампер за одну секунду. То есть \(1 C = 1 A \cdot s\). Как для ампера, так и для кулона метод измерения силы между проводниками является наиболее точным на практике.

• Сила между двумя параллельными токами \(I_{1}\) и \(I_{2}\), разделенными расстоянием \(r\), имеет величину на единицу длины, определяемую как \[\frac{F} {l} = \frac{\mu_{0}I_{1}I_{2}}{2\pi r}.\]
• Сила притяжения, если токи имеют одинаковое направление, и отталкивания, если они направлены в противоположные стороны.

---

Эта страница под названием 22.10: Магнитная сила между двумя параллельными проводниками распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с использованием исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   ОпенСтакс

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   ОпенСтакс

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. Магнитная сила
   2. параллельные проводники
   3. источник@https://openstax. org/details/books/college-physics

Новый взгляд на параллельные проводники — журнал IAEI

Высоковольтные линии и фидеры часто устанавливаются с параллельными проводниками для уменьшения натяжения при протягивании и для облегчения обращения. Я уверен, вы уже знаете, что длинный список условий связан с разрешением на параллельные проводники. В этой статье рассматриваются требования Правила 12-108 «Параллельные проводники», а также некоторые существенные изменения для таких установок, которые теперь предусмотрены в Электротехническом кодексе Канады 2012 года.

Правило 12-108 определяет, что, за исключением нейтрали, цепей управления и КИП, параллельные проводники не должны быть меньше 1/0 AWG из меди или алюминия. Несомненно, это требование предназначено для ограничения использования параллельных проводников такими обстоятельствами, когда этот метод разводки действительно необходим. Мы уже знаем, что правило содержит многочисленные меры предосторожности, чтобы параллельные проводники были нагружены как можно равномернее, чтобы предотвратить несбалансированную нагрузку, перегрев и последующие отказы.

Чтобы обеспечить равномерную нагрузку на проводники, Правило 12-108 требует, чтобы параллельные проводники имели одинаковые характеристики, включая одинаковые размеры, типы изоляции, методы заделки, материалы проводки, длину, ориентацию и отсутствие каких-либо сращиваний. В приложении B показаны необходимые конфигурации проводников. Эти специальные схемы предназначены для сведения к минимуму различий в индуктивном сопротивлении и распределении токов нагрузки. Следует проконсультироваться с изготовителем проводов и кабелей, если необходимо использовать расположение проводников, отличное от приведенного в Приложении B.

Кроме того, Правило 12-904 требует, чтобы, когда параллельные проводники проложены в кабелях или кабельных каналах, каждый кабель или кабельный канал должны содержать равное количество проводников от каждой фазы и нейтрали. Каждый кабель или кабелепровод также должны быть изготовлены из одного и того же материала и с одинаковыми физическими характеристиками, чтобы свести к минимуму разницу импеданса проводников. Есть несколько очень веских причин для этого требования. Если мы, например, попытаемся установить параллельные проводники в различных типах кабелепроводов (скажем, из ПВХ и стали), мы обнаружим неравную нагрузку на параллельные проводники по причинам, описанным выше.

Но теперь нас ждут новые испытания с изменениями в этом правиле. Как вы уже знаете, некоторые из наших прежних ожиданий в настоящее время проверяются, так как Канадский электротехнический кодекс 2012 г. внес два важных изменения в приведенные выше требования:

Подправило (2) определяет, что одно соединение в каждом допускается соответствие требованиям Правила 4-006 «Ограничение температуры». Вы помните, что это правило требует, чтобы: «если на оборудовании указана максимальная температура соединения, максимально допустимая сила тока проводника должна основываться на соответствующем столбце температуры из таблиц 1, 2, 3 и 4». Вы также помните, что это правило распространяется на оба конца проводника. Если, например, мы используем 9Проводка, рассчитанная на 0 ° C, для подключения к автоматическим выключателям с маркировкой максимальной температуры 75 ° C, мы обычно основываем наши токи проводников на 75 ° C в столбцах таблиц 1–4.