3. Сила Лоренца

Как всегда, полевые силы проявляются взаимодействием соответствующих полей. Электростатические силы – результат взаимодействия электростатических полей двух зарядов. «Магнитные» – результат взаимодействия магнитных полей. Но мы уже выяснили, что магнитное поле создается движущимися зарядами, значит, подействовать оно может только на движущиеся заряды.

На опыте установлено, что сила, действующая на движущейся в магнитном поле заряд, перпендикулярна магнитной индукции и скорости движения, пропорциональна модулям векторов индукции и скорости, а также синусу угла между этими векторами. Эта сила Лоренца (рис. 3.36, ) записывается в виде

(заметим, что если заряд отрицателен, то сила Лоренца направлена навстречу векторному произведению ).

17. Как определяется работа, совершаемая силой Лоренца?

3. Сила Ампера

В магнитном поле на каждый заряд, движущейся в проводнике с током, действует сила Лоренца. Рассмотрим элемент такого тока (рис. 3.37). Свободные заряды, участвующие в токе , движутся со средней скоростью направленного движения .

Силу тока можно связать со свободным зарядом и объемом данного элемента:

,

где концентрация свободных зарядов.

Весь заряд движется в магнитном поле вдоль проводника со средней скоростью направленного движения . Значит, на него действует сила Лоренца , которая является суммарной суммой сил Лоренца, действующих на каждый свободный заряд.

Вспомним, что вектор по определению, направлен вдоль тока, т.е. совпадает с направлением движения положительных зарядов. Значит, для положительных и отрицательных свободных зарядов. Поэтому в последнем уравнении ничего не измениться, если вместо и написать и :

.

Сила, действующая на весь проводник с током в магнитном поле, - это равнодействующая всех таких сил Лоренца. Она называется силой Ампера:

.

В частности, на прямолинейный ток в однородном магнитном поле действует сила Ампера, модуль которой определяется выражением:

.

Вектор перпендикулярен плоскости, в которой расположены вектора и , и его направление определяется по правилу правого винта. В еще более частном случае прямолинейный проводник перпендикулярен вектору магнитной индукции однородного поля. Модуль силы Ампера в этом случае

;

ее направление легко определить по правилу левой руки:

если вектор магнитной индукции направлен в ладонь левой руки, а четыре пальца расположены по направлению тока, то отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера.

18. Кулоновские силы являются центральными. Что можно сказать в этом смысле о силе Ампера?

3. Взаимодействие параллельных токов

Как мы уже говорили, магнитное поле действует на помещенный в него проводник силой Ампера. В частности, такая сила будет действовать на проводник с током со стороны магнитного поля другого тока, параллельного первому (рис. 3.38). Найдем, например, силу , действующую на первый проводник со стороны магнитного поля второго.

Направление этой силы легко определить по правилу левой руки. Обозначим и – векторы индукции и напряженности магнитного поля второго тока на расстоянии от него (в точках, где расположен первый ток). Искомая сила

.

Аналогично

.

В соответствии с третьим законом Ньютона силы и равны по модулю и противоположны по направлению. В случае антипараллельных токов изменятся направления сил взаимодействия, проводники будут отталкиваться друг от друга.

Итак, при взаимодействии параллельных токов возникают силы Ампера, равные по модулю

.

Величина Н/А² – магнитная постоянная.

19. На основании полученной формулы для определения силы взаимодействия двух бесконечно длинных параллельных проводников можно ввести понятие основной единицы сила тока. Как будет звучать такое определение?