Дія магнітного поля на струм. Взаємодія струмів. Закон Ампера
ФІЗИКА
Частина 3 ЕЛЕКТРИКА І МАГНЕТИЗМ
Розділ 9 МАГНЕТИЗМ. МАГНІТНЕ ПОЛЕ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ
9.4. Дія магнітного поля на струм. Взаємодія струмів. Закон Ампера
У попередніх підрозділах йшлося про те, що провідники зі струмом утворюють навколо себе магнітне поле і діють на постійні магніти (магнітні стрілки), розташовані поблизу них, а магнітне поле діє на провідник зі струмом.
Закони дії магнітного поля на струм установив А. Ампер у 1820- 1821 рр. Тоді ж було з’ясовано, що закономірності, знайдені А. Ампером теоретично і ним же підтверджені
Якщо прямолінійний жорсткий провідник із довжиною l, по якому проходить струм силою I, помістити в однорідне магнітне поле з індукцією B, то на нього діятиме з боку поля сила F, яку можна виміряти. Як показали дослідження А. Ампера, в цьому разі
Де α – кут між напрямами струму й індукції магнітного поля; k – коефіцієнт пропорційності, який визначають добором одиниць фізичних величин, що входять у формулу (9.21). В одиницях СІ k = 1, а тому далі
Співвідношення (9.21) називають законом Ампера. Аналіз формули (9.21) показує, що на прямолінійний жорсткий провідник зі струмом, вміщений в однорідне магнітне поле, діє з боку поля найбільша сила тоді, коли α = 90°, тобто коли магнітні силові лінії перетинають провідник під прямим кутом. Тоді
На прямий струм, орієнтований уздовж поля, сила не діятиме (F = 0, оскільки α = 0). Напрям сили можна знайти за правилом лівої руки: для цього ліву руку розміщують так, щоб лінії індукції магнітного поля входили в долоню, а витягнуті пальці збігалися з напрямом струму, тоді відігнутий великий палець вкаже напрям сили, що діє на провідник з боку поля. За допомогою формули (9.22) можна з’ясувати фізичний зміст магнітної індукції. З неї випливає, що магнітна індукція В чисельно дорівнює силі, що діє з боку поля на одиницю довжини провідника, по якому проходить струм одиничної сили, перпендикулярний до напряму магнітного поля.
Рис. 9.6
Розглянемо взаємодію двох прямих нескінченно довгих провідників зі струмом, розміщених паралельно один одному на відстані d (рис. 9.6). Дослід показує, що такі провідники притягуються один до одного, якщо струми в них мають однаковий напрям (паралельні), і відштовхуються, коли струми напрямлені протилежно (антипаралельні). Взаємодію паралельних струмів неважко пояснити, якщо врахувати, що кожний із провідників створює магнітне поле, яке, за законом Ампера, діє на інший провідник зі струмом. Визначимо спочатку силу F1, з якою діє магнітне поле з індукцією В2, що створюється струмом I2, на провідник зі струмом І1:
Де l – довжина елемента першого провідника, на який діє сила F1. Ураховуючи, що в цьому разі 
[див. формулу Г9.15)1. маємо
Де d – відстань між провідниками.
Аналогічно можна дістати формулу для сили F2, з якою магнітне поле, що створюється струмом I1, діє на провідник зі струмом І2:
Отже, сили F1 і F2 однакові за значенням і напрямлені протилежно, що видно з рис. 9.6.
Таким чином, сила взаємодії двох прямолінійних нескінченно довгих паралельних провідників у розрахунку на відрізок l провідникa прямо пропорційна добутку сил струмів і обернено пропорційна відстані між ними. Це твердження називається законом взаємодії струмів.
Користуючись законом взаємодії струмів, можна встановити одиницю сили струму, за яку в СІ беруть ампер (А) – силу такого постійного струму, при проходженні якого по двох паралельних прямолінійних провідниках нескінченної довжини і дуже малої площі колового поперечного перерізу, що містяться у вакуумі на відстані 1 м один від одного, виникає сила електромагнітної взаємодії між провідниками, яка дорівнює 2 ∙ 10-7 Н на кожний метр довжини.
Виходячи з цього визначення ампера та формули (9.25), неважко довести, що
Магнітна індукція виражається в теслах (Тл). Тесла – магнітна індукція такого однорідного магнітного поля, що діє з силою 1 Н на кожний метр довжини прямолінійного провідника, який розміщений перпендикулярно до напряму поля, якщо по цьому провіднику проходить струм силою 1 А:
За одиницю напруженості магнітного поля, яку називають ампер на метр (А/м), беруть напруженість такого поля, магнітна індукція якого у вакуумі дорівнює 4π ∙ 10-7 Тл.
Крім СІ, якій надається перевага в практиці електромагнітних вимірювань, користуються також абсолютною електромагнітною системою одиниць (СГСМ) і системою Гаусса. Не зупиняючись на принципах побудови цих систем, наведемо лише співвідношення між одиницями магнітних величин у системах СГСМ і СІ.
Гаус (Гс) – одиниця магнітної індукції в системі СГСМ – пов’язаний із теслою – одиницею магнітної індукції в СІ – так: 1 Гс = 10-4 Тл.
Напруженість магнітного поля в системі СГСМ виражається в ерстедах (Е). Зв’язок між ерстедами та одиницею напруженості в СІ такий:
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...