Действия магнитного поля на токи и движущиеся заряды
Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.
Экспериментально доказано, что на проводники с током со стороны магнитного поля действует сила. Величина силы, действующей на элемент тока dl, помещенного в магнитное поле, дается законом, установленным Ампером. Математическая запись закона имеет вид:
где I – сила тока, - индукция магнитного поля в том месте, где помещен элемент , Сила Ампера всегда перпендикулярна плоскости.
в которой лежат векторы и (рис 20.6). Направление силы Ампера можно определить по общим правилам векторного произведения. На практике пользуются правилом левой руки: если расположить левую руку так, чтобы вектор «вонзался» в ладонь, а четыре вытянутых, сложенных вместе пальца были направлены по направлению тока в проводнике, то отставленный в сторону большой палец укажет направление силы.
Модуль силы Ампера выражается формулой:
dF = IBdlsina , (4.3.2)
где a - угол между векторами и . С помощью закона Ампера можно установить силу взаимодействия двух параллельных бесконечно длинных прямых токов (рис 20.7).
Направление токов, указаны на рис. (4.3.7), расстояние между токами R. Каждый из токов I создает в окружающем пространстве магнитные поля индукции и . Магнитная индукция поля, созданного первым током I1, по модулю равна:
Направление вектора , определяется по правилу правого винта. В поле первого проводника с током индукцией , находится проводник с током I2. По закону Ампера на этот проводник будет действовать сила
Угол (угол между ), а sina =1. В формулу (4.3.3) подставим значения :
Анлогично можно получить выражение силы F12, действующей на проводник с током I1, находящейся в поле второго проводника В2:
Сравнив выражения (4.3.3) и (4.3.4), получим:
Что же произойдет с такими проводниками? Определив направление сил 12 и 21, можно утверждать, что два проводника с одинаково направленными токами притягиваются. Если же токи имеют различные направления, то они будут отталкиваться. Убедитесь в этом самостоятельно.
Полученная формула является исходной для определения основной электрической единицы в СИ – ампера. Ампер – сила, не изменяющегося тока, протекающего по двум длинным прямым параллельным проводникам ничтожно малого кругового сечения, находящимся в вакууме (m = 1) на расстоянии 1 метра друг от друга и взаимодействующих с силой 2·10 -7 ньютона на каждый метр длины.
Вычислим числовое значение магнитной постоянной m0. Если два параллельных проводника находятся в вакууме (m = 1), то сила взаимодействия на единицу длины проводника:
Согласно определению Ампера при
Подставим в формулу (4.3.5 )
где генри (Гн) – единица индуктивности. Об этой единице будет сказано ниже.
Закон Ампера позволяет так же определить единицу магнитной индукции В. Если элемент проводника с током перпендикулярен направлению магнитного поля ( ), то закон Ампера запишется так:
Единица магнитной индукции – тесла (Тл): 1Тл – магнитная индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с силой в 1Н на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно направлению поля, если по этому проводнику течет ток в 1А:
Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.
Экспериментально доказано, что на проводники с током со стороны магнитного поля действует сила. Величина силы, действующей на элемент тока dl, помещенного в магнитное поле, дается законом, установленным Ампером. Математическая запись закона имеет вид:
где I – сила тока, - индукция магнитного поля в том месте, где помещен элемент , Сила Ампера всегда перпендикулярна плоскости.
в которой лежат векторы и (рис 20.6). Направление силы Ампера можно определить по общим правилам векторного произведения. На практике пользуются правилом левой руки: если расположить левую руку так, чтобы вектор «вонзался» в ладонь, а четыре вытянутых, сложенных вместе пальца были направлены по направлению тока в проводнике, то отставленный в сторону большой палец укажет направление силы.
Модуль силы Ампера выражается формулой:
dF = IBdlsina , (4.3.2)
где a - угол между векторами и . С помощью закона Ампера можно установить силу взаимодействия двух параллельных бесконечно длинных прямых токов (рис 20.7).
Направление токов, указаны на рис. (4.3.7), расстояние между токами R. Каждый из токов I создает в окружающем пространстве магнитные поля индукции и . Магнитная индукция поля, созданного первым током I1, по модулю равна:
Направление вектора , определяется по правилу правого винта. В поле первого проводника с током индукцией , находится проводник с током I2. По закону Ампера на этот проводник будет действовать сила
Угол (угол между ), а sina =1. В формулу (4.3.3) подставим значения :
Анлогично можно получить выражение силы F12, действующей на проводник с током I1, находящейся в поле второго проводника В2:
Сравнив выражения (4.3.3) и (4.3.4), получим:
Что же произойдет с такими проводниками? Определив направление сил 12 и 21, можно утверждать, что два проводника с одинаково направленными токами притягиваются. Если же токи имеют различные направления, то они будут отталкиваться. Убедитесь в этом самостоятельно.
Полученная формула является исходной для определения основной электрической единицы в СИ – ампера. Ампер – сила, не изменяющегося тока, протекающего по двум длинным прямым параллельным проводникам ничтожно малого кругового сечения, находящимся в вакууме (m = 1) на расстоянии 1 метра друг от друга и взаимодействующих с силой 2·10 -7 ньютона на каждый метр длины.
Вычислим числовое значение магнитной постоянной m0. Если два параллельных проводника находятся в вакууме (m = 1), то сила взаимодействия на единицу длины проводника:
Согласно определению Ампера при
Подставим в формулу (4.3.5 )
где генри (Гн) – единица индуктивности. Об этой единице будет сказано ниже.
Закон Ампера позволяет так же определить единицу магнитной индукции В. Если элемент проводника с током перпендикулярен направлению магнитного поля ( ), то закон Ампера запишется так:
Единица магнитной индукции – тесла (Тл): 1Тл – магнитная индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с силой в 1Н на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно направлению поля, если по этому проводнику течет ток в 1А: