3.3.6. Магнітне поле електричного струму. Закон Ампера. Індукція і напруженість магнітного поля. Закон Біо – Савара – Лапласа.

Магнітним полем називають одну із форм прояву електромагнітного поля, особливістю якого є те, що це поле діє тільки на рухомі частинки і тіла, які володіють електричним зарядом, а також намагнічені тіла незалежно від стану їхнього руху. Магнітне поле створюється провідниками зі струмом, рухомими зарядженими частинками і тілами, змінним електричним полем.

Закон Ампера: сила dF прямо пропорційна добуткові елемента струму Idl і індукції магнітного поля B в точці, де вміщено елемент струму Idl, і залежить від взаємної орієнтації елемента струму та напряму магнітного поля:

Напрям сили Ампера шукають за правилом лівої руки: якщо ліву руку розмістити так, щоб лінії індукції магнітного поля входили в долоню, а 4-ри випрямлених пальці збіглися з напрямом струму в провіднику, то поставлений під прямим кутом великий палець вкаже напрям сили Ампера.

Силовою характеристикою магнітного поля струму є вектор магнітної ідукції В. Це величина пропорційна відношенню сили dF до елемента струму Idl sinα, яка є постійною для даної точки магнітного поля (кількісна характеристика поля):

α – кут між напрямом пробного елемента струму в даній точці простору і напрямом магнітного поля.

Напруженість магнітного поля – векторна фізична величина Н, яка характеризує магнітне поле :

; J – намагніченість середовища в даній точці поля.

Для магн. поля в вакуумі .Якщо середовище ізотропне, то

Закон Біо – Савара – Лапласа : елементарна індукція dB магнітного поля, створюваного пробним елементом струму в довільній точці простору, прямо пропорційна елементові струму Idl, обернено пропорційна квадратові відстані від точки спостереження до елемента струму і залежить від кута α між елементом Idl та напрямком радіуса r:

3.3.7. Постійний струм в металах. Сила і густина струму. Закон Відемана – Франца. Електрорушійна сила. Закони Ома і Джоуля-Ленца. Правила Кірхгофа і їх фізичний зміст.

Силою струму називають скалярну величину, яка чисельно дорівнює зарядові, що переноситься через поперечний переріз провідника за одиницю часу: . Струм називається постійним, якщо сила струму і його напрям не змінюються з часом :

Електричний струм характеризують вектором густини струму. Густина струму j чисельно дорівнює відношенню сили струму dI, що проходить через перпендикулярну до напряму руху носіїв поверхню dS, до площі цієї поверхні:

.Якщо виразити густину струму через характеристики носіїв заряду, то ,де n₀ – концентрація частинок-носіїв,v_д – середня швидкість упорядкованого руху носіїв заряду.

Закон Відемана-Франца: для всіх металів відношення коефіцієнта теплопровідності( ) до коефіцієнта електропровідності( ) є величиною сталою :

.Подальші дослідження Лоренца показали, що відношення λ/σ пропорційне абсолютній температурі металу: , де А₁ константа, яка не залежить від природи металу.

Електрорушійною силою джерела струму, що діє в замкненому колі або на його ділянці, називають скалярну величину , яка рівна відношенню роботи сторонніх сил до одиниці позитивного заряду: .

Закон Ома: сила струму в однорідному провіднику прямо пропорційна напрузі на кінцях цього провідника і обернено пропорційна його опору:

Закон Ома в диференціальній формі: густина електричного струму в будь-якій точці фізично однорідного провідника пропорційна напруженості електричного поля : , де σ – питома електропровідність – залежить тільки від хімічної природи матеріалу провідника, а його форма і розміри значення не мають.

Закон Джоуля-Ленца : кількість теплоти, яка виділяється в провіднику при проходженні по ньому електричного струму, прямо пропорційна добутку квадрата сили струму, опору провідника і часу проходження струму: .

Закон Джоуля-Ленца в диференціальній формі: або ,

де ω – питома потужність струму .

І правило Кірхгофа (правило вузлів): алгебраїчна сума сил струмів, які сходяться у вузлі, дорівнює нулеві :

,

де n – кількість струмів, які сходяться у вузлі; додатними вважають струми, які входять у вузол, від’ємними – струми, що виходять з нього.

Це правило виражає закон збереження заряду у будь-якій точці кола постійного струму і стосується вузлів розгалуженого кола.

ІІ правило Кірхгофа (правило контурів): у контурі алгебраїчна сума спадів напруг (добутків сил струмів на опори відповідних ділянок) дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних сил, які діють у цьому контурі :

,

де n – кількість ділянок у контурі, m – кількість ЕРС, що діють у контурі.

Це правило є узагальненням закону Ома на розгалуженні електричні кола.