1. Страница 1.5.3. Закон Ампера. Постоянный магнит и провод с током
http://www.youtube.com/watch?v=nOL0rbRcG50 209 Андре Мари Ампер 5.18
http://www.youtube.com/watch?v=jVnOGfZzLCU опыты Ампера 1.20
Французский физик А. М. Ампер экспериментально установил, что если в двух
параллельных проводниках электрический ток направлен в одну и ту же сторону, то
наблюдается взаимное притяжение этих проводников. В случае же, когда направление
токов противоположное, проводники отталкиваются (рис. 8).
Рис. 8.
Можно предположить, что взаимодействие проводников — результат действия
магнитного поля одного тока на другой и наоборот.
Чтобы выяснить, от каких величин и как зависит сила взаимодействия параллельных
токов, можно воспользоваться установкой, изображённой на рисунке 9.
Рис. 9.
В опыте измеряется сила, с которой магнитное поле длинного проводника с током I1
действует на параллельный ему отрезок проводника с током I2.
Этим отрезком проводника служит нижняя (по рисунку) сторона проволочной рамки,
подвешенной к чувствительному динамометру. До включения токов система
уравновешивается противовесом. Расстояние между взаимодействующими проводниками
берётся во много раз меньшим их длины. В этом опыте измеряют силу отталкивания
проводников.
Силу тока в длинном неподвижном проводнике и в рамке можно изменять с помощью
реостатов и измерять с помощью амперметров. Изменяя расстояние между
1
2. взаимодействующими проводниками и силу тока в них, можно выяснить, как зависит от
этих величин сила взаимодействия.
Если при постоянной силе тока I2 в рамке увеличивать в 2, 3, 4, ... раза силу тока I1 в
неподвижном проводнике, то можно заметить, что сила взаимодействия
токов также будет увеличиваться соответственно в 2, 3, 4, ... раза.
Это значит, что сила F взаимодействия токов прямо пропорциональна силе тока I1 в
неподвижном проводнике.
При увеличении расстояния между проводниками в 2, 3, 4, ... раза сила взаимодействия
уменьшается соответственно в 2, 3, 4, ... раза. Следовательно, эта сила обратно
пропорциональна расстоянию R.
Наконец, используя рамки различных размеров, можно убедиться в том, что сила,
действующая на нижнюю сторону рамки, прямо пропорциональна длине l этой стороны.
Объединяя результаты опытов и вводя коэффициент пропорциональности, можно
записать:
I I l
FK 1 2 ,
R
где F — сила, с которой магнитное поле действует на участок проводника с током,
измеряется в ньютонах, сокращённо Н;
0
K — коэффициент пропорциональности, K , 0 — магнитная постоянная,
2
измеряется (в СИ) в ньютонах на ампер в квадрате. Магнитная постоянная равна:
0 4 107 Н / А2 ;
I1 — сила тока в первом проводнике, измеряется в амперах, сокращённо А;
I2 — сила тока во втором проводнике, измеряется в амперах, сокращённо А;
l — длина отрезока прямого проводника (по нему течет ток I2), в метрах, сокращённо м;
R — расстояние между проводниками, измеряется в метрах, сокращённо м.
По этой формуле можно вычислить силу F, с которой магнитное поле бесконечно
длинного прямого проводника с током I1 действует на параллельный ему отрезок прямого
проводника длиной l, если по нему течет ток I2 и расстояние между проводниками равно
R. Эта формула впервые была получена французским физиком А. М. Ампером поэтому
это соотношение иногда называют законом Ампера.
Взаимодействие токов положено в основу определения единицы силы тока — одного
ампера (одной из семи основных единиц в СИ).
В Международной системе единиц (СИ) за единицу силы тока принят ампер (А). Ампер
— это сила тока, при прохождении которого по двум параллельным прямолинейным
проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного
сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на
каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 10 7 Н.
Причина, вследствие которой тела обладают магнитными свойствами, была впервые
найдена Ампером. Ампер пришёл к выводу: магнитные свойства любого тела
определяются замкнутыми электрическими токами внутри него; магнитные
взаимодействия — это взаимодействия токов.
Для того, чтобы количественно описать магнитное поле, нужно указать способ
определения не только направления вектора B , но и его модуля. Проще всего это сделать,
внося в исследуемое магнитное поле проводник с током и измеряя силу, действующую на
2
3. отдельный прямолинейный участок этого проводника. На рисунке 10 показана схема
опыта Ампера для исследования действия подковообразного магнита на отрезок
проводника длиной l, который свободно подвешен в горизонтальной плоскости.
Вектор магнитной индукции в области, где находится отрезок проводника, направлен
вертикально от северного полюса магнита к южному.
Если тока в проводнике нет (I = 0), то сила на проводник не действует (рис. 10, а).
Рис. 10.
При пропускании тока по проводнику он втягивается полем магнита (рис. 10, б), (или
выталкивается в зависимости от напрвления тока в проводнике).
Сила, действующая на элемент тока длиной l, определяется законом Ампера:
сила, с которой магнитное поле действует на помещённый в него отрезок проводника с
током, равна произведению модуля вектора магнитной индукции, силы тока, длины
отрезка проводника и синуса угла между направлениями тока и магнитной индукции:
F BIl sin ,
где F — сила, действующая на участок, измеряется в ньютонах, сокращённо Н;
B — магнитная индукция, измеряется в теслах, сокращённо Тл;
I — сила тока, измеряется в амперах, сокращённо А;
l — длина участка проводника, измеряется в метрах, сокращённо м;
α — угла между направлением тока и вектора магнитной индукции.
Сила F называется силой Ампера. Она достигает максимального по модулю значения
Fmax , когда проводник с током ориентирован перпендикулярно линиям магнитной
индукции.
Магнитной индукцией называют векторную величину, являющуюся силовой
характеристикой магнитного поля. Модуль вектора B определяется следующим образом:
модуль вектора магнитной индукции — физическая величина, равна отношению
максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к
силе тока I в проводнике и его длине l:
F
B max ,
I l
где B — магнитная индукция, измеряется в теслах, сокращённо Тл;
Fmax — максимальная сила, действующая на участок, измеряется в ньютонах, сокращённо
Н;
I — сила тока, измеряется в амперах, сокращённо А;
l — длина участка проводника, измеряется в метрах, сокращённо м.
3
4. В системе единиц СИ за единицу магнитной индукции принята индукция такого
магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А
действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла (Тл).
Эта единица магнитной индукции названа в честь сербского учёного Н. Теслы.
Тесла — очень крупная единица. Магнитное поле Земли приблизительно равно 0,5 10 4
Тл. Большой лабораторный электромагнит может создать поле не более 5 Тл.
4
