Онлайн


Сила Ампера

2

На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, которая определяется полем в том месте, где расположен проводник, силой тока в проводнике и направлением проводника. Направление силы определяется правилом буравчика. Модель объясняет эту сложную зависимость силы от остальных параметров.

Подробнее

На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, которая определяется только свойствами поля в том месте, где расположен проводник, и не зависит от вида источников этого магнитного поля.

Рассмотрим небольшой элемент проводника с током длины Δl как вектор Δl, направление которого совпадает с направлением тока в проводнике. Cила F, действующая на такой элемент со стороны магнитного поля, перпендикулярна к плоскости, в которой лежат вектор Δl и вектор магнитной индукции B, причем вращение по кратчайшему расстоянию от Δl к B связано с направлением силы F правилом буравчика (см. рис. 1).  Векторы Δl и B лежат в плоскости рисунка, вектор F направлен от нас перпендикулярно к плоскости  рисунка).

2.01

Рис. 1. Сила F, действующая на проводник с током в магнитном поле с индукцией B.

Согласно закону Ампера модуль F магнитной силы F определяется  формулой

m1

где I - сила тока в проводнике, остальные величины те же, что на рис. 1. Из формулы (1) следует, что в случае, когда проводник расположен вдоль линий поля (α = 0),
сила равна нулю.

В простейшем случае, когда проводник с током и поле взаимно перпендикулярны (α =Π/2)для определения направления магнитной силы можно воспользоваться правилом левой руки: если расположить левую руку так, чтобы направление четырех вытянутых пальцев указывало направление тока, а магнитные линии «входили» в ладонь, то отставленный в сторону большой палец укажет направление силы.

Единицей магнитной индукции в системе СИ является тесла (Тл). В однородном магнитном поле с индукцией 1 Тл на 1 м длины перпендикулярного к вектору B прямого провода, по которому течет ток 1 А, действует сила 1 Н:

1Н = 1А·м·1Тл;   отсюда   1Тл = 1Н/(А·м).

Сила тока в металлическом проводнике имеет вид

   I =nevS,

где n - число свободных электронов в единице объема (плотность свободных электронов), e - заряд электрона, v - его скорость, S - площадь поперечного сечения проводника. Подставив это выражение в формулу (1), получим
m12
Произведение nSΔl дает число движущихся зарядов N в элементе Δl проводника. Магнитная сила действует именно на эти заряды, а уже от них передается кристаллической решетке вещества, из которого изготовлен проводник. Поэтому, разделив F на число зарядов N, мы получим магнитную силу, действующую на отдельный заряд e, движущийся со скоростью v

m13

Эта формула справедлива не только для электронов, но и для любого точечного заряда q:

m14

2.02

Рис. 2. Сила F, действующая на заряд q, движущийся со скоростью v в магнитном поле с индукцией B.
Направление силы F связано с векторами v и B совершенно аналогично тому, как направление силы F связано с векторами Δl и B на рис. 1. Обратите внимание, что вектор Δl на рис. 1 направлен по току, т. е. в направлении движения положительных зарядов, для отрицательных зарядов направление силы F, определенной по формуле (2), изменится на противоположное.