Методическое пособие для студентов заочного факультета Санкт-Петербург 2007

1.5. Закон Ампера
З акон Ампера описывает силовое воздействие магнитного поля на расположенный в нем проводник с током.
Рассмотрим наиболее часто встречающийся на практике случай, когда проводник с током I расположен в неподвижном равномерном плоско-параллельном магнитном поле (индукция магнитного поля B = const). На рисунке 9 проводник с током расположен в зоне действия магнитного поля постоянных магнитов N – S под углом α = 90°.
С
(20)
огласно закону Ампера: сила F, действующая на проводник с током I, равна
,
где F – электромагнитная сила (сила Ампера) в ньютонах (Н);
В – индукция магнитного поля в тесла (Тл);
l – длина проводника, находящаяся в зоне действия магнитного поля в метрах (м);
α – угол между вектором В и вектором элемента тока Idl.
Сила F действует перпендикулярно к плоскости, где расположены векторы В и dl.
Если угол α равен нулю (проводник с током расположен вдоль силовых линий поля), то сила Ампера согласно равенству (20) равна нулю.
Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки (рис. 9): если расположить ладонь левой руки перпендикулярно магнитным линиям так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а вытянутые пальцы направить по течению тока I, то отставленный в сторону большой палец укажет направление силы F, действующей на проводник.
Направление силы F может быть определено так же по правилу академика В.Ф. Миткевича. В соответствии с этим правилом проводник начнет двигаться в сторону от сгущения магнитных линий результирующего поля, образовавшегося в результате наложения магнитного поля проводника на внешнее магнитное поле (рис. 10).

Рис. 10
На рисунке 10а показан проводник с током I, находящийся во внешнем равномерном магнитном поле Φ_вн, силовые линии которого действуют параллельно плоскости чертежа. Проводник расположен перпендикулярно к этой плоскости. Ток I направлен от наблюдателя, о чем свидетельствует крестик в заштрихованном поперечном сечении проводника.
Для векторных величин, направленных перпендикулярно к плоскости рисунка, будем пользоваться общепринятыми обозначениями: крестик и точка (рис.10в), увязывая положение вектора со стрелкой, снабженной крестообразным стабилизатором. Если вектор направлен к плоскости рисунка, то наблюдатель видит проекцию стрелки в виде крестика. Если вектор направлен в обратную сторону и находится за плоскостью рисунка, то наблюдатель видит острие стрелки (точку).
Как известно, проводник с током создает магнитное поле Φ_пр, расположенное вдоль оси проводника в виде круговых, концентрически расположенных силовых линий (рис. 10а). Касательные к окружностям этих линий представляют собой векторы магнитной индукции. Направление этих векторов соответствует положению северного полюса магнитной стрелки и определяется по правилу правого буравчика (на рисунках 10а и 10б буравчик должен двигаться по направлению тока, то есть вращаться по часовой стрелке).
Если предположить, что магнитные силовые линии внешнего поля Φ_вн и поля проводника с током Φ_пр имеют одинаковую величину индукции (рис. 10а), то при наложении полей две линии слева от проводника уничтожат друг друга, а справа – добавятся. При этом получится картина результирующего магнитного поля (рис. 10б), которое становится искаженным за счет сгущения магнитных линий справа от проводника.
По представлениям Фарадея невидимые магнитные силовые линии (трубки) обладают упругостью и свойством тяжения. Стремясь распрямиться, линии результирующего поля (рис. 10б) выталкивают с силой F проводник с током в том же направлении, что и при использовании правила левой руки (рис. 9).