§ 20. Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полем

Проводник с током в магнитном поле. Энергия, заключенная в магнитном поле, может проявлять себя в виде электромагнитных сил, которые возникают при взаимодействии магнитного поля с движущимися электрическими зарядами. Электромагнитная сила, возникающая при движении электрического заряда в магнитном поле, действует на него в направлении, перпендикулярном движению и направлению силовых линий, и стремится вытолкнуть заряд за пределы поля (см. рис. 34).

Если поместить в магнитное поле проводник с током /, то между электронами, проходящими по проводнику, и магнитным полем воз­никнут электромагнитные силы, которые, складываясь, образуют ре­зультирующую силу Р, стремящуюся вытолкнуть проводник из магнитного поля (рис. 48). Электромагнитная сила определяется законом Ампера. Он формулируется следующим образом. Элек­тромагнитная сила, действующая на проводник с током, находя­щийся в магнитном поле и расположенный перпендикулярно направлению поля, равна произведению силы тока I, индукции магнитного поля В и длины проводника I:

Чтобы получить Р в ньютонах, надо В брать в теслах, / — в ампе­рах и / — в метрах.

Направление действия силы Р обычно определяют по правилу левой руки: ладонь левой руки нужно расположить так, чтобы магнитные линии входили в нее и четыре вытянутых пальца совме­стить с направлением тока, тогда расположенный под прямым углом большой палец укажет направление действия электромаг­нитной силы. Сила Р возникает только в том случае, если провод­ник расположен перпендикулярно или под некоторым углом к маг­нитным силовым линиям поля. Если же проводник расположен вдоль силовых линий поля, то электромагнитная сила будет равна нулю.

Для того чтобы изменить направление электромагнитной силы, как следует из правила левой руки, необходимо изменить на­правление тока в проводнике или же направление магнитного поля.

Возникновение электромагнитной силы Р при взаимодействии про­водника с током и магнитного поля можно наглядно предста­вить как результат взаимодействия двух магнитных полей. Как из­вестно, вокруг проводника с током возникает свое собственное круговое магнитное поле (рис. 49), которое будет складываться с внешним магнитным полем (например, постоянного магнита), в которое поме­щен проводник с током. При этом справа от проводника, где силовые линии поля проводника совпадают с линиями внеш­него поля, происходит сгущение силовых линий; слева от проводника, где силовые линии поля проводника направлены на­встречу линиям внешнего поля, проис­ходит разрежение силовых линий. Маг­нитные силовые линии обладают свойст­вом упругости, напоминающим свойство резиновых нитей. Стремясь сократиться по длине, они будут выталкивать про­водник из области сгущения силовых

ЛИНИЙ В сторону ИХ разрежения, т. е. ^Рис' ⁴⁸: Электромагнитная

^г V, г г сила, действующая в магнит-

справа налево. В результате возникает _{ном поле н}'_а проводник с

69

электромагнитная сила

Виток с током в магнитном поле. Если поместить в магнитное поле не проводник, а виток (или катушку) с током и расположить его вертикально (рис. 50, а), то, применяя правило левой руки к верхней и нижней сторонам витка, получим, что электромагнит­ные силы Г, действующие на них, будут направлены в разные стороны. В результате действия этих двух сил возникает электро­магнитный вращающий момент М, который вызовет поворот витка, в данном случае по часовой стрелке. Этот момент

где й — расстояние между сторонами витка.

Виток будет поворачиваться в магнитном поле до тех пор, пока он не займет положение, перпендикулярное магнитным силовым линиям поля (рис. 50, б). При таком положении через виток будет проходить наибольший магнитный поток. Следовательно, виток или катушка с током, внесенные во внешнее магнитное поле, всегда стремятся занять такое положение, чтобы через виток проходил возможно больший магнитный поток. Свойство витка и катушки с током поворачиваться в магнитном поле широко используется в электротехнике; электрические двигатели и ряд электроизмеритель­ных приборов работают по этому принципу.

Для увеличения вращающего момента в электрических двигате­лях применяют не .один виток, а несколько. Эти витки, соединенные соответствующим образом, образуют обмотку якоря электродви­гателя.