§ 3. Действие магнитного поля на проводник с током. Сила ампера

Магнитное поле действует на проводник с током с силой Ампера, равной произведению индукции магнитного поля, силы тока в проводнике, его длины и синуса угла между направлением тока и вектором индукции.

Магнитные взаимодействия между проводниками с током и ориентирующее действие магнитного поля на рамку с током (см. §1) вызваны тем, что магнитное поле действует на участки с проводником тока. Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера в честь А. Ампера, который подробно описал её свойства.

Сила Ампера всегда направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции В направлению тока, текущего по проводнику. Для определения направления силы Ампера можно пользоваться правилом правого буравчика: воображаемый буравчик располагается перпендикулярно плоскости, содержащей вектор В и проводник с током, затем его рукоятка поворачивается от направления тока к направлению вектора в пределах меньшего угла между ними. Поступательное перемещение буравчика будет показывать направление силы Ампера (рис. 3а). Если вектор магнитной индукции B перпендикулярен проводнику, то направление силы Ампера можно определить с помощью правила левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (рис. 3б).

Измерение силы Ампера даёт возможность найти не только направление вектора магнитной индукции, но и его модуль. Согласно опытным данным модуль силы Ампера, FА пропорционален силе тока в проводнике, I, модулю вектора магнитной индукции, B, длине проводника, L и синусу угла между направлением тока в проводнике и направлением вектора магнитной индукции, a:

F_А = BLI.sin(a), (3.1)

откуда следует, что

Уравнение (3.1) называют законом Ампера, а соотношение (3.2) позволяет определить модуль магнитной индукции и найти единицу для его измерения. За единицу магнитной индукции в СИ принимают магнитную индукцию однородного магнитного поля, действующего с силой 1 Н на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А, ориентированный перпендикулярно к линиям магнитной индукции. Эта единица магнитной индукции получила название тесла (1 Тл) в честь югославского физика Н. Тесла. Согласно (3.2)

Силы Ампера – это силы, ориентирующие рамку с током в магнитном поле. На рисунке 3в показана рамка с током, находящаяся в однородном магнитном поле с вектором индукции, параллельным плоскости рамки. Правило левой руки определяет направления, в которых действуют силы на противоположные стороны рамки (F₁ и F₂). Видно, что эти силы стремятся повернуть рамку вокруг оси ОО1 так, чтобы ее плоскость была перпендикулярна вектору магнитной индукции. Когда плоскость рамки становится перпендикулярной вектору магнитной индукции, силы F₁ и F₂ перестают вращать ее.

Вопросы для повторения:

· Как правила буравчика и левой руки помогают определить направление силы Ампера?

· Чему равен модуль силы Ампера?

· В каких единицах измеряют магнитную индукцию?

Рис. 3. Определение направления вектора силы Ампера с помощью правого буравчика (а) и правила левой руки (б); (в) – к объяснению ориентирующего действия магнитного поля с помощью правила правой руки.