1. Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера
Действие магнитного поля на проводник с током изучалось Эрстедом и Ампером. Сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, называется силой Ампера.
Закон Ампера
, (1)
, (2)
Раскрытие векторного произведения
Правило левой руки
Если расположить левую руку так, чтобы линии 
индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.
Правило буравчика (правого винта)
Воображаемый буравчик располагается перпендикулярно плоскости, содержащей вектор 
и проводник с током, затем его рукоятка поворачивается от направления тока к направлению вектора 
. Поступательное перемещение буравчика показывает направление силы Ампера 
.
Сила Ампера – нецентральная сила (в отличие от центральных сил (Кулона, тяжести и др.). При = /2 
, отсюда
, 
. (3)
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).
Тесла – очень крупная единица. Магнитное поле Земли приблизительно равно 0,5·10 –4 Тл. Большой лабораторный электромагнит может создать поле не более 5 Тл.
Принцип суперпозиции
Для нахождения результирующей силы, действующей на криволинейный участок проводника с током в магнитном поле, нужно разбить его на малые прямолинейные отрезки, затем определить силы Ампера, действующие на каждый такой отрезок и вычислить векторную сумму полученных сил, т.е. в пределе нужно взять интеграл вдоль всей длины провода 
:
. (4)
Пример 1. Определить результирующую силу Ампера, действующую на проводник ADC с током 
, находящийся в однородном магнитном поле с вектором индукции 
.
Пусть 
, 
, 
. Тогда силы Ампера, действующие на участки проводника:
, 
.
Результирующая сила Ампера, действующая на проводник ADC:
.
Фактически при вычислении силы Ампера ломаный проводник ADC можно заменить прямолинейным проводником АС.
Отсюда следует важный вывод: сила Ампера, действующая на криволинейный участок проводника с током в однородном магнитном поле, не зависит от формы проводника, а зависит только от расстояния между началом и концом этого участка (т. е. фактически от координат начала и конца участка).
Результаты примера 1 позволяют сделать еще один вывод: сила Ампера, действующая на замкнутый проводник с током (рамку, виток с током) в однородном магнитном поле, равна нулю.
2. Взаимодействие параллельных проводников с током
Для бесконечно длинного проводника 1
, (5)
. (6)
. (6а)
При 
, 
. (7)
Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в одну и ту же сторону, то наблюдается взаимное притяжение проводников. В случае, когда токи текут в противоположных направлениях, проводники отталкиваются.
Из (7) следует эталон силы тока: 1Ампер – это сила постоянного тока при длине проводников и расстоянию между ними в 1 м в вакууме, равная 210 -7 Н.
Из (7) следует также значение магнитной постоянной (при I1 = I2 = I)
,
От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током, находящийся в магнитном поле?
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
Опыт Ампера, Опыты Фарадея, Правило левой руки
Опыт Ампера. Взаимодействие двух параллельных проводников с током. Действие магнитного поля на проводник с током. Направление и модуль силы Ампера.
Если по параллельным проводникам текут электрические токи, то противоположно направленные токи отталкиваются, токи одного направления притягиваются (опыт Ампера).
Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера. Эта сила прямо пропорциональна силе тока I, длине проводника l (части проводника, находящейся в магнитном поле) и величине магнитного поля (модулю вектора индукции магнитного поля В), а также зависит от угла между вектором индукции магнитного поля и проводником: Fa = BIlsinα, где
α = ∠(B;I)
Максимальная сила Ампера действует, если ток направлен перпендикулярно магнитному полю: Fa = BIl
Направление силы Ампера (правило левой руки): Если левую руку расположить так, чтобы вектор В входил в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник с током.
На рамку с током в магнитном поле действует пара сил, в результате чего она поворачивается (см. рисунок).
Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея.
В 1831 г. М. Фаралей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает индукционный ток. (Индукция в данном случае — появление, возникновение.)
Индукционный ток в катушке возникает при:
— перемещении постоянного магнита относительно катушки;
— перемещении электромагнита относительно катушки;
— перемещении сердечника относительно электромагнита, вставленного в катушку;
— регулировании тока в цепи электромагнита;
— замыкании и размыкании цепи.
Явление возникновения электрического поля при изменении магнитного поля называется электромагнитной индукцией.
Если в изменяющееся магнитное поле поместить замкнутый проводящий контур, то появление тока в контуре свидетельствует о действии в контуре сторонних электрических сил (или о возникновении в контуре ЭДС индукции).
Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля, пронизывающего контур, является следствием электромагнитной индукции.
Основные области применении электромагнитной индукции: генерирование тока (индукционные генераторы на всех электростанциях, динамомашины), трансформаторы.
Индукция магнитного поля
Все мы знаем, что есть магниты более сильные и менее сильные. Маленький магнитик сможет притянуть пару гвоздей и все, а гораздо более мощный электромагнит домофона удерживает дверь в подъезд так, что несколько взрослых мужчин не смогут открыть ее силой.
Величина, характеризующая величину силы магнита
То есть, мы можем говорить о некой величине, характеризующей величину силы магнитов, а точнее, магнитного поля, создаваемого ими. Магнитное поле характеризуется векторной величиной, которая носит название индукции магнитного поля или магнитной индукции. (см. подробнее электромагнитная индукция)
Обозначается индукция буквой B. Магнитная индукция это не сила, действующая на проводники, это величина, которая находится через данную силу по следующей формуле:
Или в виде определения:
Модуль вектора магнитной индукции B равен отношению модуля силы F, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в проводнике I и длине проводника l.
От чего зависит магнитная индукция
Магнитная индукция не зависит ни от силы тока, ни от длины проводника, она зависит только от магнитного поля. То есть, если мы, например, уменьшим силу тока в проводнике, не меняя больше ничего, то уменьшится не индукция, с которой сила тока связана прямо пропорционально, а сила воздействия магнитного поля на проводник. Величина же индукции останется постоянной. В связи с этим индукцию можно считать количественной характеристикой магнитного поля.
Измеряется магнитная индукция в теслах (1 Тл). При этом 1 Тл=1 Н/(А*м) .
Линии индукции магнитного поля
Магнитная индукция имеет направление. Графически ее можно зарисовывать в виде линий. Линии индукции магнитного поля это и есть то, что мы до сих пор в более ранних темах называли магнитными линиями или линиями магнитного поля. Так как мы выше вывели определение магнитной индукции, то мы можем дать определение и линиям магнитной индукции:
Линии магнитной индукции это линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции.
В однородном магнитном поле линии магнитной индукции параллельны, и вектор магнитной индукции будет направлен так же во всех точках.
В случае неоднородного магнитного поля, например, поля вокруг проводника с током, вектор магнитной индукции будет меняться в каждой точке пространства вокруг проводника, а касательные к этому вектору создадут концентрические окружности вокруг проводника. Так и будут выглядеть линии индукции магнитного поля расширяющиеся окружности вокруг проводника.