Сила Ампера (закон Ампера)

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, со стороны этого ноля будет действовать сила Ампера по закону Ампера.

Здесь / — длина проводника, I — сила тока в нем, В — магнитная индукция. Направление силы Ампера определяется, как уже говорилось, по правилу правой руки (как для любого векторного произведения). Скалярная форма закона Ампера выглядит следующим образом.

Действие силы Ампера на проводник с током.

Разберем примеры, позволяющие научиться определять направление силы Ампера.

Пример 5.

Два параллельных проводника с током: если по параллельным проводникам ток идет в одном направлении, то они называются одноименными токами (рис. 6.33, а). Проводник № 1 создает вокруг себя магнитное поле B_v направление которого можно найти по правилу буравчика. Таким образом, в точке, где находится проводник № 2, существует магнитное поле B_v созданное проводником № 1. Следовательно, на проводник № 2 со стороны поля Б, будет действовать сила Ампера F_V1, направление которой находится по правилу правой руки (см. рис. 6.33, а). Аналогично, проводник № 2 создает вокруг в точке нахождения проводника №> 1 магнитное поле Б₂, которое действует на проводник № 1 с силой Ампера Б₂₁, направленной так, как показано на рис. 6.33, а.

Рис. 6.33. Параллельные проводники с током:

а — одноименные токи; б — разноименные токи В итоге получим, что два одноименных тока притягиваются друг к другу.

Если по проводникам токи текут в противоположных направлениях (разноименные токи), то аналогичным способом мы получим вывод, что разноименные токи отталкиваются друг от друга (рис. 6.33, 6).

Сила магнитного взаимодействия параллельных проводников с токами /, /₂ определяется законом Био —Савара —Лапласа (см. далее) и равна.

где г — расстояние между проводниками, г<$С /.

Пример 6.

Прямоугольная рамка в магнитном поле: рассмотрим поведение рамки с током, находящейся в магнитном поле, созданном постоянным магнитом (рис. 6.34). Для удобства рассуждений возьмем прямоугольную рамку. Ее можно рассматривать как совокупность четырех разных проводников (четырех сторон прямоугольника). На каждую из сторон со стороны магнитного поля будет действовать сила Лоренца, направление которой находится, но правилу правой руки. В результате, оценив направления всех четырех сил, действующих на четыре стороны рамки, получим, что действие сил приведет к повороту рамки на некоторый угол, не превышающий 180°. Вращение рамки прекратится, как только ее плоскость окажется параллельной плоскости магнитов (см. рис. 6.34).

Рис. 634. Вращение рамки с током в магнитном ноле

На описанном явлении основано действие стрелочного амперметра. Если рамку соединить со стрелкой амперметра, то стрелка вместе с рамкой будет отклоняться в магнитном иоле силой Ампера на некоторый угол. Причем, согласно закону Ампера (6.16), сила Ампера тем больше, чем больше сила тока, следовательно, и угол отклонения стрелки пропорционален силе тока в цепи.

Тот же принцип действия используется в электродвигателях. Однако, для того чтобы рамка вращалась непрерывно, а не поворачивалась на некоторый угол, необходимо дважды за период менять направление силы Ампера. Для этого либо используют переменный ток в рамке при постоянном магнитном поле (электродвигатель переменного тока), либо переменное магнитное иоле при постоянном токе в рамке (электродвигатель постоянного тока).

Сила Ампера или сила Лоренца? Давайте задумаемся, в чем отличие силы Ампера от силы Лоренца? По определениям, сила Лоренца действует со стороны магнитного поля на отдельный движущийся заряд, а сила Ампера — на проводник с током. Но ведь электрический ток — эго и есть совокупность движущихся отдельных зарядов. Попробуем для ответа воспользоваться математическими выкладками. Сила Ампера в скалярной форме есть.

Выходит, что сила Ампера и сила Лоренца — суть одно и то же? Ответ прост. Если под силой Лоренца мы будем подразумевать силу из выражения (6.14) и не станем учитывать электростатическую компоненту силы Лоренца из выражения (6.13), то речь идет об одной и той же силе. В более общем случае две этих силы не равны. Таким образом, можно сказать, что сила Ампера есть проявление силы Лоренца.

Возникает вопрос: известно, что два одноименных заряда отталкиваются друг от друга, а два одноименных тока — притягиваются. Нет ли тут противоречия? Ведь два одноименных тока — это совокупность большого числа движущихся параллельно одноименных зарядов, которые должны отталкиваться, а не притягиваться. Попробуйте найти ответ на этот вопрос самостоятельно.

Ранее было обговорено о том, как определяется направление магнитной индукции. Теперь обсудим, как определить ее величину (модуль). Это позволяет сделать закон Био — Савара — Лапласа.