La forza di Ampere è la forza con cui un campo magnetico agisce su un conduttore percorso da corrente posto in questo campo. L'entità di questa forza può essere determinata utilizzando la legge di Ampere. Questa legge definisce una forza infinitesimale per una sezione infinitamente piccola di un conduttore. Ciò rende possibile applicare questa legge a conduttori di varie forme.

Formula 1 - Legge di Ampere

B induzione campo magnetico, in cui è presente un conduttore con corrente

IO intensità di corrente nel conduttore

dl elemento infinitesimo della lunghezza di un conduttore percorso da corrente

alfa l'angolo tra l'induzione del campo magnetico esterno e la direzione della corrente nel conduttore

La direzione della forza di Ampere si trova secondo la regola della mano sinistra. La formulazione di questa regola è la seguente. Quando la mano sinistra è posizionata in modo tale che le linee di induzione magnetica del campo esterno entrino nel palmo e quattro dita tese indicano la direzione del movimento della corrente nel conduttore, mentre sono piegate ad angolo retto pollice indicherà la direzione della forza che agisce sull'elemento conduttore.

Figura 1 - regola della mano sinistra

Alcuni problemi sorgono quando si utilizza la regola della mano sinistra se l'angolo tra l'induzione del campo e la corrente è piccolo. È difficile determinare dove dovrebbe essere il palmo aperto. Pertanto, per semplificare l'applicazione di questa regola, puoi posizionare il palmo della mano in modo che includa non il vettore di induzione magnetica stesso, ma il suo modulo.

Dalla legge di Ampere segue che la forza di Ampere sarà uguale a zero se l'angolo tra la linea di induzione magnetica del campo e la corrente è uguale a zero. Cioè, il conduttore si troverà lungo tale linea. E la forza Ampere avrà il valore massimo possibile per questo sistema se l'angolo è di 90 gradi. Cioè, la corrente sarà perpendicolare alla linea di induzione magnetica.

Usando la legge di Ampere, puoi trovare la forza che agisce in un sistema di due conduttori. Immaginiamo due conduttori infinitamente lunghi che si trovano a una distanza l'uno dall'altro. Le correnti fluiscono attraverso questi conduttori. La forza che agisce dal campo creato dal conduttore con corrente numero uno sul conduttore numero due può essere rappresentata come:

Formula 2 - Forza amperometrica per due conduttori paralleli.

La forza esercitata dal conduttore numero uno sul secondo conduttore avrà la stessa forma. Inoltre, se la corrente nei conduttori scorre in una direzione, il conduttore verrà attratto. Se in direzioni opposte, si respingono a vicenda. C'è un po' di confusione, perché le correnti scorrono in una direzione, quindi come possono attrarsi a vicenda? Dopotutto, come i poli e le cariche si sono sempre respinti. Oppure Amper ha deciso che non valeva la pena imitare gli altri e ha inventato qualcosa di nuovo.

In realtà Ampere non ha inventato nulla, poiché a pensarci bene i campi creati da conduttori paralleli sono diretti l'uno contro l'altro. E perché sono attratti, la domanda non si pone più. Per determinare in quale direzione è diretto il campo creato dal conduttore, è possibile utilizzare la regola della vite della mano destra.

Figura 2 - Conduttori paralleli con corrente

Utilizzando conduttori paralleli e l'espressione della forza Ampere per essi, è possibile determinare l'unità di un Ampere. Se correnti identiche di un ampere fluiscono attraverso conduttori paralleli infinitamente lunghi situati a una distanza di un metro, la forza di interazione tra loro sarà 2 * 10-7 Newton per ogni metro di lunghezza. Usando questa relazione, possiamo esprimere a quanto sarà uguale un Ampere.

Questo video mostra come un campo magnetico costante creato da un magnete a ferro di cavallo influisce su un conduttore percorso da corrente. Il ruolo di conduttore che trasporta corrente in questo caso è svolto da un cilindro di alluminio. Questo cilindro giace su sbarre di rame, lungo le quali viene alimentato corrente elettrica. La forza che agisce su un conduttore percorso da corrente in un campo magnetico è chiamata forza di Ampere. La direzione dell'azione della forza Ampere viene determinata utilizzando la regola della mano sinistra.

Legge di Ampere mostra la forza con cui agisce un campo magnetico su un conduttore in esso posto. Questa forza è anche chiamata Forza amperometrica.

Dichiarazione della legge:la forza che agisce su un conduttore percorso da corrente posto in un campo magnetico uniforme è proporzionale alla lunghezza del conduttore, al vettore di induzione magnetica, all'intensità della corrente e al seno dell'angolo tra il vettore di induzione magnetica e il conduttore.

Se la dimensione del conduttore è arbitraria e il campo non è uniforme, la formula è la seguente:

La direzione della forza di Ampere è determinata dalla regola della mano sinistra.

Regola della mano sinistra: se posizionato mano sinistra in modo che la componente perpendicolare del vettore di induzione magnetica entri nel palmo e quattro dita siano estese nella direzione della corrente nel conduttore, quindi arretrate di 90° il pollice indicherà la direzione della forza Ampere.

MP della carica di guida. Effetto della MF su una carica in movimento. Forze di Ampere e Lorentz.

Qualsiasi conduttore che trasporta corrente crea un campo magnetico nello spazio circostante. In questo caso la corrente elettrica è il movimento ordinato di cariche elettriche. Ciò significa che possiamo supporre che qualsiasi carica che si muove nel vuoto o in un mezzo genera un campo magnetico attorno a sé. Come risultato della generalizzazione di numerosi dati sperimentali, è stata stabilita una legge che determina il campo B di una carica puntiforme Q che si muove con una velocità costante non relativistica v. Questa legge è data dalla formula

(1)

dove r è il raggio vettore tracciato dalla carica Q al punto di osservazione M (Fig. 1). Secondo la (1), il vettore B è diretto perpendicolarmente al piano in cui si trovano i vettori v e r: la sua direzione coincide con la direzione del moto traslatorio della vite destra mentre ruota da v a r.

Fig.1

L'entità del vettore di induzione magnetica (1) si trova dalla formula

(2)

dove α è l'angolo tra i vettori v e r. Confrontando la legge di Biot-Savart-Laplace e la (1), vediamo che una carica in movimento è equivalente nelle sue proprietà magnetiche a un elemento corrente: Idl = Qv

Effetto della MF su una carica in movimento.

È noto per esperienza che un campo magnetico influenza non solo i conduttori percorsi da corrente, ma anche le singole cariche che si muovono in un campo magnetico. La forza che agisce su una carica elettrica Q che si muove in un campo magnetico con velocità v è chiamata forza di Lorentz ed è data dall'espressione: F = Q dove B è l'induzione del campo magnetico in cui si muove la carica.

Per determinare la direzione della forza di Lorentz usiamo la regola della mano sinistra: se il palmo della mano sinistra è posizionato in modo che il vettore B vi entri e quattro dita estese sono dirette lungo il vettore v (per Q>0 le direzioni I e v coincidono, per Q La Fig. 1 mostra l'orientamento reciproco dei vettori v, B (il campo è diretto verso di noi, mostrato nella figura da punti) e F per una carica positiva. Se la carica è negativa, allora agisce la forza nella direzione opposta.

E.m.f. l'induzione elettromagnetica in un circuito è proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico Фm attraverso la superficie limitata da questo circuito:

dove k è il coefficiente di proporzionalità. Questo e.m.f. non dipende da cosa ha causato la variazione del flusso magnetico, né spostando il circuito in un campo magnetico costante, né modificando il campo stesso.

La direzione della corrente di induzione è quindi determinata dalla regola di Lenz: per qualsiasi variazione del flusso magnetico attraverso una superficie delimitata da un circuito conduttore chiuso, in quest'ultimo si forma una corrente di induzione in una direzione tale che il suo campo magnetico contrasta la variazione di il flusso magnetico.

Una generalizzazione della legge di Faraday e della regola di Lenz è la legge di Faraday-Lenz: la forza elettromotrice dell'induzione elettromagnetica in un circuito conduttore chiuso è numericamente uguale e opposta in segno alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso una superficie delimitata dal circuito:

La quantità Ψ = ΣΦm è chiamata flusso concatenato o flusso magnetico totale. Se il flusso che penetra ciascuna delle spire è lo stesso (cioè Ψ = NΦm), allora in questo caso

Il fisico tedesco G. Helmholtz ha dimostrato che la legge di Faraday-Lenz è una conseguenza della legge di conservazione dell'energia. Sia un circuito conduttore chiuso immerso in un campo magnetico non uniforme. Se nel circuito scorre una corrente I, sotto l'azione delle forze di Ampere il circuito allentato inizierà a muoversi. Il lavoro elementare dA eseguito spostando il contorno durante il tempo dt sarà

dA = IdФm,

dove dФm è la variazione del flusso magnetico attraverso l'area del circuito durante il tempo dt. Lavoro attuale durante il tempo da superare resistenza elettrica R del circuito è uguale a I2Rdt. Lavoro completo la sorgente di corrente durante questo periodo è pari a εIdt. Secondo la legge di conservazione dell'energia, il lavoro della fonte corrente viene speso nelle due opere nominate, ad es.

εIdt = IdФm + I2Rdt.

Dividendo entrambi i membri dell'uguaglianza per Idt, otteniamo

Di conseguenza, quando cambia il flusso magnetico collegato al circuito, a forza elettromotrice induzione

Vibrazioni elettromagnetiche. Circuito oscillatorio.

Le oscillazioni elettromagnetiche sono oscillazioni di quantità quali induttanza, resistenza, fem, carica, corrente.

Un circuito oscillante è un circuito elettrico costituito da un condensatore, una bobina e un resistore collegati in serie.La variazione della carica elettrica sulla piastra del condensatore nel tempo è descritta dall'equazione differenziale:

Onde elettromagnetiche e loro proprietà.

Nel circuito oscillatorio avviene il processo di conversione dell'energia elettrica del condensatore nell'energia del campo magnetico della bobina e viceversa. Se in determinati punti nel tempo compensiamo le perdite di energia nel circuito dovute alla resistenza dovuta ad una fonte esterna, otterremo oscillazioni elettriche non smorzate, che possono essere irradiate nello spazio circostante attraverso l'antenna.

Il processo di propagazione delle oscillazioni elettromagnetiche, cambiamenti periodici nell'intensità dei campi elettrici e magnetici, nello spazio circostante è chiamato onda elettromagnetica.

Le onde elettromagnetiche coprono un'ampia gamma di lunghezze d'onda da 105 a 10 me frequenze da 104 a 1024 Hz. Per nome, le onde elettromagnetiche si dividono in onde radio, infrarosse, visibili e radiazione ultravioletta, Raggi X e radiazioni. A seconda della lunghezza d'onda o delle proprietà della frequenza onde elettromagnetiche cambiamento, che è una prova convincente della legge dialettico-materialistica della transizione della quantità in una nuova qualità.

Il campo elettromagnetico è materiale ed ha energia, quantità di moto, massa, si muove nello spazio: nel vuoto con velocità C, e nel mezzo con velocità: V=, dove = 8,85;

Densità energetica volumetrica campo elettromagnetico. L'uso pratico dei fenomeni elettromagnetici è molto ampio. Si tratta di sistemi e mezzi di comunicazione, trasmissioni radiofoniche, televisione, apparecchiature informatiche elettroniche, sistemi di controllo per vari scopi, strumenti di misurazione e medici, apparecchiature elettriche e radio domestiche e altri, ad es. qualcosa senza il quale è impossibile immaginare la società moderna.

Non esistono quasi dati scientifici esatti sull'impatto delle potenti radiazioni elettromagnetiche sulla salute delle persone, esistono solo ipotesi non confermate e, in generale, timori non infondati che tutto ciò che è innaturale abbia un effetto distruttivo. È stato dimostrato che in molti casi le radiazioni ultraviolette, i raggi X e le radiazioni ad alta intensità causano danni reali a tutti gli esseri viventi.

Ottica geometrica. Leggi di diritto civile.

L'ottica geometrica (a fascio) utilizza un'idea idealizzata di un raggio di luce - un raggio di luce infinitamente sottile che si propaga rettilineamente in un mezzo isotropo omogeneo, così come l'idea di una sorgente puntiforme di radiazione che brilla uniformemente in tutte le direzioni. λ - lunghezza d'onda della luce, - dimensione caratteristica

un oggetto sul percorso dell'onda. L'ottica geometrica è un caso limite dell'ottica ondulatoria e i suoi principi sono soddisfatti alle seguenti condizioni:

h/D<< 1 т. е. геометрическая оптика, строго говоря, применима лишь к бесконечно коротким волнам.

Anche l'ottica geometrica si basa sul principio di indipendenza dei raggi luminosi: i raggi non si disturbano a vicenda quando si muovono. Pertanto i movimenti dei raggi non impediscono a ciascuno di essi di propagarsi indipendentemente l'uno dall'altro.

Per molti problemi pratici di ottica, si possono ignorare le proprietà ondulatorie della luce e considerare la propagazione della luce come rettilinea. In questo caso, l'immagine si riduce alla considerazione della geometria del percorso dei raggi luminosi.

Leggi fondamentali dell'ottica geometrica.

Elenchiamo le leggi fondamentali dell'ottica che derivano dai dati sperimentali:

1) Propagazione rettilinea.

2) La legge di indipendenza dei raggi luminosi, cioè due raggi, che si intersecano, non interferiscono tra loro. Questa legge concorda meglio con la teoria ondulatoria, poiché le particelle potrebbero, in linea di principio, scontrarsi tra loro.

3) Legge della riflessione. il raggio incidente, il raggio riflesso e la perpendicolare all'interfaccia, ricostruita nel punto di incidenza del raggio, giacciono sullo stesso piano, detto piano di incidenza; l'angolo di incidenza è uguale all'angolo

Riflessioni.

4) La legge della rifrazione della luce.

Legge di rifrazione: il raggio incidente, il raggio rifratto e la perpendicolare all'interfaccia, ricostruita dal punto di incidenza del raggio, giacciono sullo stesso piano - il piano di incidenza. Il rapporto tra il seno dell'angolo di incidenza e il seno dell'angolo di riflessione è uguale al rapporto tra le velocità della luce in entrambi i mezzi.

Sin i1/ sin i2 = n2/n1 = n21

dove è l'indice di rifrazione relativo del secondo mezzo rispetto al primo mezzo. n21

Se la sostanza 1 è il vuoto, il vuoto, allora n12 → n2 è l'indice di rifrazione assoluto della sostanza 2. Si può facilmente dimostrare che n12 = n2 /n1, in questa uguaglianza a sinistra c'è l'indice di rifrazione relativo di due sostanze (ad esempio , 1 è aria, 2 è vetro) e sulla destra c'è il rapporto tra i loro indici di rifrazione assoluti.

5) La legge della reversibilità della luce (si può ricavare dalla legge 4). Se invii la luce nella direzione opposta, seguirà lo stesso percorso.

Dalla legge 4) segue che se n2 > n1, allora Sin i1 > Sin i2. Ora abbiamo n2< n1 , то есть свет из стекла, например, выходит в воздух, и мы постепенно увеличиваем угол i1.

Allora possiamo capire che quando viene raggiunto un certo valore di questo angolo (i1)pr, risulta che l'angolo i2 sarà uguale a π /2 (raggio 5). Allora Sin i2 = 1 e n1 Sin (i1)pr = n2 . Quindi peccato

IN campo elettrico alcune forze agiscono sulla superficie del conduttore dal campo. Possono essere facilmente calcolati come segue.

La densità del flusso di quantità di moto in un campo elettrico nel vuoto è determinata dal noto tensore dello stress maxwelliano:

La forza che agisce su un elemento della superficie di un corpo non è altro che il flusso di un impulso che “scorre” in esso dall'esterno, cioè è uguale a (il segno cambia per il fatto che il vettore normale è diretto fuori dal corpo e non dentro di esso). La quantità è quindi la forza per 1 cm2 di superficie. Considerando che la tensione E sulla superficie metallica ha solo una componente normale, otteniamo

oppure, introducendo la densità di carica superficiale,

Pertanto, le forze di “pressione negativa” agiscono sulla superficie del conduttore, dirette lungo la normale esterna alla superficie e pari in grandezza alla densità di energia del campo.

La forza totale F agente sul conduttore si ottiene integrando la forza (5.1) su tutta la sua superficie:

Di solito, però, è più conveniente calcolare questo valore in base a regole generali meccanica, differenziando l’energia. Vale a dire, la forza che agisce sul conduttore lungo l'asse delle coordinate q è , dove la derivata deve essere intesa come la variazione di energia durante lo spostamento parallelo del corpo dato nel suo insieme lungo l'asse q. In questo caso l'energia deve essere espressa attraverso le cariche dei conduttori (sorgenti di campo) e la differenziazione viene effettuata a cariche costanti. Notando questa circostanza con un indice, scriviamo

Allo stesso modo, la proiezione su qualsiasi asse del momento di forza totale agente sul conduttore è uguale a

dove è l'angolo di rotazione del corpo nel suo complesso attorno a un dato asse.

Se l'energia è espressa in funzione dei potenziali e non delle cariche dei conduttori, la questione del calcolo delle forze con il suo aiuto richiede una considerazione speciale. Il fatto è che per mantenere un potenziale costante nel conduttore (mentre si muove), è necessario ricorrere all'aiuto di corpi estranei. È possibile, ad esempio, mantenere costante il potenziale di un conduttore collegandolo ad un altro conduttore che abbia una capacità molto grande (“serbatoio di cariche”). Quando viene caricato con una carica, il conduttore la porta via dal serbatoio, il cui potenziale non cambia a causa della sua grande capacità. Tuttavia, l'energia del serbatoio cambia, diminuendo del Quando l'intero sistema di conduttori è carico di cariche, l'energia dei serbatoi ad essi collegati cambierà complessivamente del . Il valore comprende solo l'energia dei conduttori considerati, ma non l'energia dei serbatoi. In questo senso possiamo dire che si riferisce ad un sistema energeticamente aperto. Pertanto, per un sistema di conduttori i cui potenziali sono mantenuti costanti, il ruolo dell'energia meccanica non è giocato da , ma dalla quantità

Sostituendo qui la (2.2), troviamo che differiscono solo nel segno:

La forza si ottiene differenziando rispetto a q a potenziali costanti, cioè

Pertanto le forze agenti sul conduttore si possono ottenere per differenziazione sia a cariche costanti che a potenziali costanti, con la sola differenza che la derivata va presa nel primo caso con segno meno, nel secondo con segno più.

Lo stesso risultato potrebbe essere ottenuto in modo più formale, basato sull'identità differenziale

in cui viene considerata in funzione delle cariche dei conduttori e delle coordinate, questa identità esprime il fatto che le derivate sono uguali Passando invece alle variabili, si ottiene da qui

donde segue (5.7).

Alla fine del § 2 è stata considerata l'energia di un conduttore in un campo elettrico esterno uniforme. Naturalmente la forza totale che agisce su un conduttore scarico in un campo uniforme è zero. Ma l'espressione dell'energia (2.14) può essere utilizzata per determinare la forza che agisce su un conduttore in un campo quasi uniforme, cioè in un campo che varia poco rispetto alle dimensioni del corpo. In tale campo, in prima approssimazione, è ancora possibile calcolare l'energia utilizzando la formula (2.14), e la forza F viene determinata come gradiente di tale energia:

Per quanto riguarda la coppia totale K, allora, in generale, è diversa da zero anche in un campo esterno uniforme. Secondo le regole generali della meccanica, K può essere determinato considerando una rotazione virtuale infinitesima del corpo; la variazione di energia durante tale rotazione è correlata a K attraverso , dove è l'angolo di rotazione. Ruotare un corpo di un angolo in un campo uniforme equivale a ruotare il campo rispetto al corpo di un angolo. In questo caso, c'è un cambiamento nel campo e un cambiamento nell'energia

Ma, come si può vedere dal confronto delle formule (2.13) e (2.14). Quindi dove

secondo la consueta espressione conosciuta dalla teoria dei campi nel vuoto.

Se la forza ed il momento totale agenti sul conduttore sono pari a zero, allora il conduttore nel campo rimane immobile e vengono in primo piano gli effetti legati alla deformazione del corpo (la cosiddetta elettrostrizione). Le forze (5.1) che agiscono sulla superficie del conduttore portano a un cambiamento nella sua forma e volume. Allo stesso tempo, a causa della natura tensili delle forze, il volume del corpo aumenta. Una determinazione completa della deformazione richiede la risoluzione delle equazioni della teoria dell'elasticità con una data distribuzione delle forze (5.1) sulla superficie del corpo. Se invece si è interessati solo alla variazione di volume, il problema si risolve in modo molto semplice.

Per fare ciò dobbiamo tenere conto che se la deformazione è debole (come effettivamente accade nel caso dell'elettrostrizione), allora l'effetto di un cambiamento di forma su un cambiamento di volume è un effetto del secondo ordine di piccolezza. Pertanto, in prima approssimazione, una variazione di volume può essere considerata il risultato di una deformazione senza cambiamento di forma, cioè come uno stiramento complessivo sotto l'influenza di qualche effetto efficace sovrapressione, uniformemente distribuito sulla superficie del corpo e sostituendo l'esatta distribuzione secondo la (5.1). La variazione relativa di volume si ottiene moltiplicando AP per il coefficiente di dilatazione uniforme della sostanza. Pressione

Poniamo un conduttore tra i poli di un magnete attraverso il quale scorre una corrente elettrica costante. Noteremo subito che il conduttore verrà spinto fuori dallo spazio interpolare dal campo magnetico.

Ciò può essere spiegato come segue. Intorno al conduttore con corrente (Figura 1.) si forma il proprio campo magnetico, le cui linee di forza su un lato del conduttore sono dirette allo stesso modo delle linee di forza del magnete e sull'altro lato del conduttore - nella direzione opposta. Di conseguenza, su un lato del conduttore (nella Figura 1 sopra) il campo magnetico risulta essere condensato e sull'altro lato (nella Figura 1 sotto) è rarefatto. Pertanto, il conduttore sperimenta una forza che lo preme. E se il conduttore non è fisso, si muoverà.

Figura 1. Effetto di un campo magnetico sulla corrente.

Per determinare rapidamente la direzione del movimento di un conduttore percorso da corrente in un campo magnetico, esiste un cosiddetto regola della mano sinistra(Figura 2.).

Figura 2. Regola della mano sinistra.

La regola della mano sinistra è la seguente: se metti la mano sinistra tra i poli di un magnete in modo che le linee di forza magnetiche entrino nel palmo e le quattro dita della mano coincidano con la direzione della corrente nel conduttore, allora il pollice indicherà la direzione del movimento del conduttore.

Quindi, su un conduttore percorso da corrente elettrica agisce una forza, tendendo a spostarlo perpendicolarmente alle linee di forza magnetiche. L'entità di questa forza può essere determinata sperimentalmente. Risulta che la forza con cui un campo magnetico agisce su un conduttore percorso da corrente è direttamente proporzionale all'intensità della corrente nel conduttore e alla lunghezza della parte del conduttore che si trova nel campo magnetico (Figura 3 a lato). Sinistra).

Questa regola è vera se il conduttore si trova ad angolo retto rispetto alle linee di forza magnetiche.

Figura 3. La forza dell'interazione tra il campo magnetico e la corrente.

Se il conduttore non si trova ad angolo retto rispetto alle linee di forza magnetiche, ma, ad esempio, come mostrato nella Figura 3 a destra, la forza che agisce sul conduttore sarà proporzionale all'intensità della corrente nel conduttore e alla lunghezza della proiezione della parte del conduttore situata nel campo magnetico, su un piano perpendicolare alle linee di forza magnetiche. Ne consegue che se il conduttore è parallelo alle linee di forza magnetiche, allora la forza che agisce su di esso è zero. Se il conduttore è perpendicolare alla direzione delle linee di forza magnetiche, la forza che agisce su di esso raggiunge il suo valore massimo.

La forza che agisce su un conduttore percorso da corrente dipende anche dall'induzione magnetica. Quanto più dense sono le linee del campo magnetico, tanto maggiore è la forza che agisce sul conduttore percorso da corrente.

Riassumendo tutto quanto sopra, possiamo esprimere l'effetto di un campo magnetico su un conduttore percorso da corrente con la seguente regola:

La forza che agisce su un conduttore percorso da corrente è direttamente proporzionale all'induzione magnetica, all'intensità della corrente nel conduttore e alla lunghezza della proiezione della parte del conduttore situata nel campo magnetico su un piano perpendicolare al flusso magnetico .

Va notato che l'effetto di un campo magnetico su una corrente non dipende né dalla sostanza del conduttore né dalla sua sezione trasversale. L'effetto di un campo magnetico su una corrente può essere osservato anche in assenza di un conduttore, facendo passare, ad esempio, un flusso di elettroni che corrono rapidamente tra i poli di un magnete.

L'effetto di un campo magnetico sulla corrente è ampiamente utilizzato nella scienza e nella tecnologia. L'uso di questa azione si basa sulla progettazione di motori elettrici che convertono l'energia elettrica in energia meccanica, sulla progettazione di dispositivi magnetoelettrici per misurare tensione e corrente, altoparlanti elettrodinamici che convertono le vibrazioni elettriche in suono, tubi radio speciali - magnetron, tubi a raggi catodici , ecc. L'azione di un campo magnetico La corrente viene utilizzata per misurare la massa e la carica di un elettrone e persino per studiare la struttura della materia.

Forze agenti su un conduttore.

In un campo elettrico, determinate forze agiscono sulla superficie del conduttore, ed è qui che si trovano le cariche elettriche. Poiché l'intensità del campo elettrostatico sulla superficie di un conduttore ha solo una componente normale, la forza che agisce su un elemento della superficie del conduttore è perpendicolare a quell'elemento di superficie. L'espressione della forza in esame, relativa all'area dell'elemento superficiale conduttore, ha la forma:

(1)

dove è la normale esterna alla superficie del conduttore, è la densità superficiale della carica elettrica sulla superficie del conduttore. Per un guscio sferico sottile carico, le forze di trazione possono causare sollecitazioni nel materiale del guscio che superano la resistenza a trazione.

È interessante notare che tali relazioni furono oggetto di ricerca da parte di classici della scienza come Poisson e Laplace all'inizio del XIX secolo. Nella relazione (1), il fattore 2 al denominatore è sconcertante. Infatti, perché dividendo l'espressione a metà si ottiene il risultato corretto? Consideriamone uno caso speciale(Fig. 1): sia una sfera conduttrice di raggio che contenga una carica elettrica sulla sua superficie laterale. La densità superficiale della carica elettrica è facile da calcolare: introduciamo un sistema di coordinate sferiche () e definiamo l'elemento della superficie laterale della palla come . La carica di un elemento di superficie può essere calcolata dalla relazione: . La carica elettrica totale dell'anello di raggio e larghezza è determinata dall'espressione: . La distanza dal piano dell'anello in questione al polo della sfera ( superficie laterale palla) è uguale . Esiste una soluzione nota al problema della determinazione della componente del vettore dell'intensità del campo elettrostatico sull'asse dell'anello (principio di sovrapposizione) in un punto di osservazione situato a una distanza dal piano dell'anello:

Calcoliamo il valore totale dell'intensità del campo elettrostatico creato dalle cariche superficiali, esclusa la carica elementare in prossimità del polo della sfera:

Ricordiamo che vicino a una sfera conduttrice carica la forza del campo elettrostatico esterno è uguale a

Si scopre che la forza che agisce sulla carica di un elemento della superficie di una palla conduttrice carica è 2 volte inferiore alla forza che agisce sulla stessa carica situata vicino alla superficie laterale della palla, ma all'esterno di essa.

La forza totale che agisce sul conduttore è pari a

(5)

Oltre alla forza del campo elettrostatico, il conduttore è soggetto all'azione di un momento di forza

(6)

dove è il raggio vettore dell'elemento di superficie dS conduttore.

In pratica, spesso è più conveniente calcolare l'effetto della forza di un campo elettrostatico su un conduttore differenziando l'energia elettrica del sistema W. La forza che agisce sul conduttore, secondo la definizione di energia potenziale, è pari a

e l'entità della proiezione del vettore di coppia su un determinato asse è uguale a

dove è l'angolo di rotazione del corpo nel suo insieme attorno all'asse in esame. Si noti che le formule di cui sopra sono valide se l'energia elettrica Wè espresso attraverso le cariche dei conduttori (sorgenti di campo!), e le derivate sono calcolate a valori costanti delle cariche elettriche.