2. Дія магнітного поля на провідник з струмом. Сила ампера

Якщо в однорідному магнітному полі індукцією В знаходиться прямолінійний провідник довжиною L зі струмом І, то на нього діє сила F, модуль якої визначається законом Ампера (45.7).

, (45.7)

де  - кут між вектором індукції і провідником. Довжину провідника L, на яку діє сила Ампера , називають активною довжиною.

Напрям сили Ампера визначається правилом лівої руки (рис. 45.6)., напрям сили Ампера можна визначити як векторний добуток (45.8).

(45.8)

де – вектор рівний довжині провідника і має напрям струму в цьому провіднику.

Виходячи з закону Ампера можна дати інше означення одиниці вимірювання індукції магнітного поля 1 Тл. Так при  = 90 маємо (45.9)

(45.9)

звідки:

1 Тл - це така індукція однорідного магнітного поля , в якому на провідник з активною довжиною 1 м та струмом 1 А діє сила 1 Н при перпендикулярній орієнтації провідника до силових ліній магнітного поля.

Відкрите в 1820 р. французьким фізиком Ампером явище дії магнітного поля на провідник зі струмом , має надзвичайно велике практичне значення. По суті в усіх електродвигунах використовується це фізичне явище : в магнітному полі обертається рамка зі струмом внаслідок дії на рамку моменту сил (45.2), як результат дії сили Ампера. В електротехніці нерухому частину електродвигуна називають статором, рухому - ротором. В останній час практично здійснений інший тип електродвигуна, в якому відсутні деталі , що обертаються. Такий двигун називається лінійним, в якому один з елементів магнітної системи (статор) розгорнутий в лінію. Наприклад, під полотном залізниці прокладена обмотка, яка створює магнітне поле. Рухома частина – це провідники зі струмом, які знаходяться під вагоном поїзда. На ці провідники з боку магнітного поля діє сила Ампера (45.7), поїзд приводиться в рух. Сучасні електропоїзди з такими лінійними електродвигунами в поєднанні з “магнітними подушками” розвивають швидкість до 500 км/год.

3. Терези ампера та методика визначення індукції магнітного поля

Дію магнітного поля на провідник зі струмом можна використати для експериментального визначення індукції магнітного поля. Так, згідно (45.7) будемо мати (45.10).

(45.10)

Тобто, помірявши активну довжину провідника L, струм І, кут  між провідником і напрямом поля і силу F, що діє на провідник, знайдемо індукцію В. Для вимірювання сили, яка діє на провідник зі струмом (сили Ампера) використовують спеціальні терези. Принципова схема їх приведена на рис. 45.7.

Терези складаються з коромисла АБ, яке обертається відносно вісі ОО (вісь перпендикулярна до площини рисунка). На лівому плечі коромисла закріплений провідник 1 з активною довжиною L, яка вказана на лабораторному стенді. Терези технічно виконані так, що струм до провідника підводиться через підшипники, в яких обертаються півосі терезів. Сила струму регулюється реостатом, а вимірюється амперметром. Нехай під дією сили Ампера провідник зі струмом опустився вниз, став “важчим”.

Визначення сили Ампера проводиться методом зрівноваження терезів. Для цього, вздовж правого плеча коромисла, яке має шкалу відліку, пересувають рівноважку 2 поки коромисло не повернеться в попереднє положення проти нерухомого покажчика (стрілки) 3. Число поділок , на які пересунули рівноважку, визначає силу Ампера. В даній роботі визначають індукцію магнітного поля постійного магніту 4. Зміна кута між напрямом вектора індукції магнітного поля здійснюється обертанням магніту відносно вертикальної вісі О'О'. Значення цього кута відраховується за шкалою лімба 5.