Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

О СИЛОВЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ

Оглоблин Г.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет»
В рамках техники и методики демонстрационного эксперимента в работе рассматривается опыт Ампера по силовому взаимодействию магнитных и электрических сил в параллельных проводниках, находящихся друг от друга на расстоянии L. Отмечается, что данный опыт был осуществлён ранее, где результаты эксперимента отражались с помощью оптического фонаря, а питание линии параллельных проводников осуществлялось от источника высокого напряжения.Было рассчитано критическое сопротивление линии, при котором магнитные и силовые взаимодействия перетерпевали изменения.С развитием новых материалов и технологий появилась возможность постановки опыта в качественно новых условиях с использованием детектора, выполненого на основе нано-технологий. Предлагаемый опыт проводится с проводниками, участки которых имеют большое сопротивление, а визуализация электрических полей осуществляется холестерическими жидкими кристаллами. Описан детектор коронного разряда на основе термоиндикатора с мезофазой 42-50оС. Представлена методика постановки и проведения опыта. В качестве участков с высоким сопротивлением коронные разряды в системе игла-плоскость.
опыт
Ампер
параллельные проводники
жидкие кристаллы
силы взаимодействия
1. Малов Н.Н. Оглоблин Г.В. О силовых взаимодействиях проводов с током. // Известия вузов. Физика. – 1977. – Вып. 10. – С.151-153.
2. Оглоблин Г.В. Опыты с жидкими кристаллами. // Физика в школе. – 1977. -№5. – С. 94.-99.
3. Оглоблин Г.В. Датчики. Учебное пособие, Изд-во КГПУ, 2002. – 70с.
4. Стулов В.В., Одиноков В.И., Оглоблин Г.В. Физическое моделирование процессов при получении литой деформированной заготовки – Владивосток: Дальнаука, 2009. – 175с.
5. Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество: учеб. для вузов. - М., 1960. – 456с.

В работе [5] показано, что для взаимодействия прямых токов имеют место следующие законы Ампера:

Первый закон: параллельные токи одного направления притягиваются.

Второй закон: параллельные токи противоположного направления отталкиваются.

При этом не рассматривается цепь с Rл>Rk, где Rл- сопротивление линии, Rk – критическое сопротивление линии, когда эффект взаимодействия токов меняется. Эффект этот сегодня можно показать в видимом формате. И именно это является целью нашего исследования.

В работе [2] на основе опытных фактов показано и доказано, что эффект взаимодействия проводников при определённых условиях, когда

Rл>Rkменяется на обратный, т. е., электрические силы преобладают над магнитными.

В опытах [1, 2] оценка результатов опыта проводилась в реальном времени и они наблюдались визуально в оптической проекции на экране. Для получения визуальной картины взаимодействия электрических полей параллельных токов с сопротивлением Rл>Rк использовались жидкие кристаллы и коронный разряд. В нашем случае Rэ -сопротивление электрода типа игла, а Rл – это сопротивление воздушного промежутка между электродом типа игла и плоским электродом плюс сопротивление электрода типа игла,

Rл = Rв+ Rэ.

В реальных условиях величиной Rэ можно пренебречь, так как Rв>>Rэ.

Применение жидких кристаллов позволяет получить реплику данных взаимодействий [2, 3, 4].

Исходные данные:

Преобразователь напряжения типа «Разряд» из коллекции типового школьного кабинета с U = 5кV.

Две швейные иглы длиной 70мм.

Плоский электрод размером 150х150мм (из белой жести).

Чёрный нитролак.

Диэлектрический держатель (из набора по электростатике) или два зажима.

Жидкие холестерические кристаллы с мезофазой 42-50оС.

Физический штатив – 2шт.

Плоский электрод обезжириваем и с одной стороны покрываем чёрным нитролаком. Через 2-3 часа наносим на плоский электрод жидкие кристаллы, предварительно подогрев электрод и жидкие кристаллы до 55-60оС на мармите. Даём жидким кристаллам растекаться равномерным слоем по поверхности электрода. Полученный таким образом детектор охлаждаем до комнатной температуры.

Методика постановки опыта.

Ток в проводниках идёт во встречных направлениях.

Собираем установку согласно рис.1, где 1 – источник типа «Разряд» на 5kV, 2-физический штатив, 3 – плоский электрод с нанесённым слоем жидких кристаллов,       4 – физический штатив, 5 – зажим положительного электрода 6, 7-зажим отрицательного электрода 8.5.

Рис.1. Блок-схема опыта параллельных проводников, когда ток идёт во встречных направлениях: 1. Источник питания. 2.4. Физический штатив. 3. Плоский электрод.    5.8. диэлектрические держатели. 6. Положительный электрод. 7.Отрицательный электрод.

 

Включаем установку и на жидкокристаллическом детекторе получаем отпечаток положительной и отрицательной короны. Размеры отпечатков разные, так как положительная корона при одинаковых условиях примерно в 1,63 раза больше отрицательной. По отпечаткам рис.2 можно судить о взаимодействии электрических полей: они притягиваются.

Рис.2. Реплика положительной и отрицательной корон. 1, 2-зажимы электродов типа игла. 4 – положительная корона, 5 – отрицательная корона. 3 – жидкокристаллический детектор (плоский электрод).

 

Вывод. В данном случае эффект отталкивания [1] заменился эффектом притягивания, так как параллельные токи противоположного направления в цепис Rл> Rkпритягиваются.

Собираем установку согласно рис.3, где 1- источник типа «Разряд», 2-физический штатив, 3- плоский электрод, 4-физический штатив, 5- зажим положительного электрода 6, 7-зажим отрицательного электрода 8.

Рис.3. Блок-схема опыта параллельных проводников, когда ток идёт одном направлении; 1 - Источник питания. 2, 4– Физический штатив. 3 – Плоский электрод. 5.8 – Диэлектрический держатель. 6.7 – Положительные электроды.

 

Проводим опыт в той же последовательности, что и в первом случае. Получаем отпечатки двух положительных корон, из которых следует: электрические поля отталкиваются (рис.4).

Рис.4. Реплика положительных корон: 1, 2 – зажимы электродов, 4, 5 – реплики положительных корон, 3 – жидкокристаллический детектор.

 

Вывод. В данном случае эффект притягивания [1] заменился эффектом отталкивания. Параллельные токи одного направления при Rл>Rk отталкиваются.

Таким образом, для высоковольтных цепей сопротивлением больше Rкритическое, закон Ампера о взаимодействии параллельных токов ограничен, так как кулоновские силы преобладают над амперовскими.

Но в школьном курсе физики, а так же в курсе общей физики в вуза об этом умалчивают, как методисты, так и специалисты, читающие эти курсы.

 

Рецензенты:

Сапченко И.Г., д.т.н.,  доцент, заместитель директора по научной работе ФГБУ «Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН, г. Комсомольск-на-Амуре;

Шумейко А.А., д.п.н., профессор, ректор ФГБОУ ВПО Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет, г. Комсомольск-на-Амуре.


Библиографическая ссылка

Оглоблин Г.В. О СИЛОВЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=23652 (дата обращения: 26.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074