чем передается магнитное взаимодействие

Лекция по физике на тему «Магнитное поле»

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Тема: Магнитное поле

Цель : Изучить магниты и их взаимодействие. Магнитное поле. Магнитное поле тока. Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Взаимодействие токов

В результате изучения темы должны:

– знать, в чем состоит явление магнетизма, как взаимодействуют одноименные и разноименные магнитные полюса;

– знать, что представляет собою и как графически изображается магнитное поле;

– знать, какая величина называется индукцией магнитного поля и в каких единицах она измеряется;

– уметь определять направление силовых линий и вектора индукции магнитного поля прямого тока с помощью правила правого винта или правой руки;

– знать, какая сила называется силой Ампера, какой формулой она выражается;

– знать формулу для вычисления силы взаимодействия двух длинных параллельных проводников с током;

– уметь определять направление силы Ампера с помощью правила левой руки;

– уметь определять направления сил взаимодействия прямых длинных проводников с током;

– уметь решать простые задачи с использованием имеющихся в параграфе формул.

Магниты и их взаимодействие. Магнитное поле. Магнитное поле тока. Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Взаимодействие токов.

Магниты и их взаимодействие. Магнитное поле. Магнитное поле тока

Магнетизм – свойство минерала «магнетит» (31% FeO + 69% Fe ₂ O ) притягивать железные предметы. Название минерала происходит от названия местности Магнезия, где его добывали.

Магнит, изготовленный в виде стержня, ориентируется одним концом на северный полюс Земли, а другим – на южный (стрелка компаса). Эти концы назвали соответственно: СЕВЕРНЫМ ПОЛЮСОМ МАГНИТА и ЮЖНЫМ ПОЛЮСОМ МАГНИТА.

Магниты взаимодействуют друг с другом, притягиваясь разноименными полюсами (рис. 31.1).

Рис. 31.1. Взаимодействие полюсов магнитов:

а ) отталкивание одноименных полюсов;

) притяжение разноименных полюсов.

Магнитное взаимодействие передается через магнитное поле.

Магнитное поле можно увидеть, насыпав вокруг магнита мелкие железные опилки. Линии, которые образуют железные опилки или магнитные стрелки вокруг магнита, называются СИЛОВЫМИ ЛИНИЯМИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (рис.31.2).

Договорились считать, что силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный.

Рис. 31.2. Магнитное поле постоянного магнита: а) железные опилки в поле постоянного магнита; б) магнитные стрелки в поле постоянного магнита

Электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Его, как и поле постоянного магнита, можно обнаружить с помощью магнитных стрелок или железных опилок (рис. 31.3).

Рис. 31.3. Магнитное действие проводника с током в перпендикулярной плоскости: а) на железные опилки; б) на магнитные стрелки

Рис.31.4. Правила буравчика и правой руки.

аправление силовых линий магнитного поля определяют с помощью правила буравчика (правого винта) (рис. 31.4- а ) или правила правой руки (рис. 31.4- б ).

Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера

Магнитное поле взаимодействует с электрическим током.

Сила, с которой магнитное поле действует на отрезок проводника с током ток, называется силой Ампера. Она равна произведению силы тока, величины магнитной индукции и длины отрезка проводника, на синус угла между направлениями тока и вектора магнитной индукции:

Если направление тока и направление силовых линий перпендикулярны, формула принимает вид : Направление силы Ампера находят с помощью правила левой руки: левую руку располагают так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, а четыре пальца показывали направление тока; тогда отставленный большой палец покажет направление силы Ампера (рис.31.6). а )

б )

в )

Рис. 31.6. Сила Ампера, действующая на проводник с током в магнитном поле:

Электрические токи взаимодействуют своими магнитными полями. Токи одинакового направления притягиваются. Токи противоположных направлений отталкиваются (рис. 31.7).

Опыты Ампера показали, что отрезки Δ l бесконечно длинных параллельных проводников, находящихся на расстоянии r друг от друга, взаимодействуют с силой

Задания для самоподготовки

1.Прочитайте конспект. Выучите новые термины и формулировки и ответьте на вопросы

В чем состоит явление магнетизма?

Как взаимодействуют одноименные и разноименные полюса магнитов?

Как можно увидеть силовые линии магнитного поля?

Какой величиной характеризуется магнитное поле? Как называется единица измерения этой величины?

Вектором или скаляром является магнитная индукция?

Как направлен вектор индукции относительно силовых линий магнитного поля?

Как определить направление силовых линий и вектора индукции магнитного поля прямого тока?

Как определить направление силы Ампера?

Как направлены силы взаимодействия двух параллельных прямых проводников с током?

От каких физических величин зависит сила взаимодействия двух параллельных длинных проводников с током (запишите формулу и прочитайте)?

Решите задачи

1.В каком направлении действует сила на проводник А, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа (рис. 31.8), если ток в проводнике направлен от наблюдателя?

2

Рис. 31.9 к задаче 2

.Проводник В поместили между полюсами магнита, как показано на рисунке 31.9. Ток в проводнике направлен к наблюдателю. Укажите направление движения провод- ника.

3.Определите направление вектора индукции магнитного поля, если известно, что проводник с током отклоняется под действием этого поля вправо (рис. 31.10).

4. Определите полюсы источника тока, если при замыкании цепи на проводник В действует сила в направлении, указанном стрелкой (рис. 31.11).

5. Прямой проводник длиной 15 см, по которому течет электрический ток, поместили в однородное магнитное поле с индукцией 0,4 Тл. Вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно направлению тока. Сила тока в проводнике равна 0,6 А. Найдите силу Ампера.

6*. Прямой проводник длиной 10 см и массой 10 г подвешен горизонтально в магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. По проводнику течет ток 4,2 А. Линии индукции магнитного поля направлены горизонтально и перпендикулярно проводнику. Сделайте рисунок и найдите силу натяжения нитей, на которых подвешен проводник.

Задача имеет два решения. Рассмотрите оба. Обратитесь к параграфу 6.

Рис. 31.11 к задаче 4

. Найдите силу взаимодействия двух параллельных отрезков провода длиной 60 см, находящихся на расстоянии 10 см друг от друга, по которым текут токи 6 А и 8 А.

Источник

Чем передается магнитное взаимодействие

8. Электромагнитные волны

Бэкон о законах природы

Фундаментальные законы природы, к числу которых относятся найденные Максвеллом законы электромагнетизма, замечательны в следующем отношении: «они могут дать больше, чем заключено в том материале, из которого они получены». Именно благодаря этому возможна наука. В самом деле, если бы (перефразируя Козьму Пруткова) каждый закон, подобно колбасе, содержал бы лишь то, чем он начинен, то законов было бы столько же, сколько явлений природы, и мы вместо современной науки имели бы необозримое скопление сведений о наблюдаемых в природе процессах, но ничего нового не могли бы предсказать.

Этот факт касается самого смысла науки, и поэтому необходимость его стала понятной еще до того, как были сформулированы законы механики. Приведенное выше высказывание принадлежит английскому философу Бэкону и было сделано им до выхода в свет основного труда Ньютона «Математические начала натуральной философии».

Как передается электромагнитное взаимодействие

Среди бесчисленных следствий, вытекающих из уравнений для электромагнитного поля Максвелла, содержался результат чрезвычайной важности, предугадать который заранее было бы трудно. В них содержалась, как обнаружил сам Максвелл, конечность скорости распространения электромагнитных взаимодействий.

Согласно концепции дальнодействия сила Кулона, действующая на электрический заряд, сразу же изменится, если соседний заряд сдвинуть с места. Действие передается мгновенно. С точки зрения действия на расстоянии иначе быть не может. Ведь один заряд непосредственно через пустоту «чувствует» другой.

По Максвеллу дело обстоит совершенно иначе и много сложнее. Перемещение заряда меняет электрическое поле вблизи него. Это переменное электрическое поле (ток смещения) порождает переменное магнитное поле в соседних областях пространства.

Перемещение заряда вызывает таким образом к жизни дремавшие до этого «способности» электромагнитного поля, и в результате всплеск этого поля, распространяясь, охватывает всё большие и большие области окружающего пространства, перестраивая по дороге то поле, которое существовало до смещения заряда. Наконец этот всплеск достигнет второго заряда, что и приведет к изменению действующей на него силы. Но произойдет это не в тот момент времени, когда произошло смещение первого заряда. Процесс распространения электромагнитного возмущения, механизм которого был вскрыт Максвеллом, протекает с конечной, хотя и очень большой скоростью.

Как возникает электромагнитная волна

Имея в руках только перо и систему уравнений электромагнитного поля перед глазами, Максвелл чисто математически показал, что скорость распространения этого процесса равна скорости света в пустоте: триста тысяч километров в секунду. Вот новое фундаментальное свойство поля, которое делает его, наконец, осязаемой реальностью. Можно поставить опыт по измерению времени распространения возмущения между двумя зарядами. Практически, правда, подобный опыт вряд ли удастся осуществить, так как очень велика скорость. Но это не так уж существенно. Важно, что впервые появилась возможность доказать существование поля опытным путем. Если эта возможность есть, то рано или поздно всегда будет найден такой вариант опыта, который окажется осуществимым. Так и произошло в действительности, когда Герцу удалось получить электромагнитные волны.

Представьте себе, что электрический заряд не просто сместился из одной точки в другую, а приведен в быстрые колебания вдоль некоторой прямой, так что он движется подобно грузу, подвешенному на пружинке, но только много быстрее. Тогда электрическое поле в непосредственной близости от заряда начнет периодически изменяться. Период этих изменений, очевидно, будет равен периоду колебаний заряда. Электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле, а последнее в свою очередь вызывает появление переменного электрического поля, уже на большем расстоянии от заряда, и т. д.

Электромагнитная волна

В окружающем заряд пространстве, захватывая всё большие и большие области, возникает система периодически изменяющихся электрических и магнитных полей («моментальный снимок» такой системы, по-видимому, многим хорошо известен), и этот процесс распространяется со скоростью света. Образуется то, что мы называем электромагнитной волной, бегущей во все стороны от колеблющегося заряда. В каждой точке пространства электрические и магнитные поля меняются во времени периодически, но, так как чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее достигнут ее колебания полей, на разных расстояниях от заряда колебания не происходят синхронно.

Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но дожить до их обнаружения ему не было суждено. Умер он сравнительно молодым, за 10 лет до того, как Герц впервые экспериментально доказал существование электромагнитных волн.

Взаимодействие посредством электромагнитных волн

С чем большей частотой колеблется заряд, тем большее ускорение он имеет и тем соответственно более интенсивны излучаемые им волны. При увеличении частоты колебаний всего лишь в два раза излучаемая энергия возрастает в 16 раз! Поэтому в антеннах радиостанций возбуждаются колебания с частотой в сотни миллионов колебаний в секунду.

Самым важным фактом взаимодействия посредством электромагнитных волн, определяющим все его значение, является медленность убывания напряженностей полей в волне с расстоянием от источника. Как вы помните, электростатические силы и силы взаимодействия токов обратно пропорциональны квадрату расстояния и при этом считаются дальнодействующими. Убывание же с расстоянием полей в электромагнитной волне происходит обратно пропорционально самому расстоянию! Это крайне медленное убывание. Все другие силы уменьшаются с расстоянием гораздо быстрее. Здесь же, как показывают вычисления, за счет последовательного возбуждения полей друг другом они оказываются способными уходить от источника очень далеко. Вот почему поля даже сравнительно маломощной радиостанции могут быть обнаружены на расстояниях в тысячи километров, в то время как статические поля на таких расстояниях уже никак не сказываются.

Но вернемся к электромагнитным волнам.

Нельзя не упомянуть и еще об одной стороне процесса излучения. Если частица излучает, то расходящиеся электромагнитные волны уносят с собой энергию. Излучающая частица теряет энергию и, следовательно, должна испытывать некоторое торможение. На нее действует нечто подобное силе трения. Но что же это за сила? Со стороны чего она действует?

Нам хорошо известно, что на заряженную частицу действует сила со стороны электрического и магнитного полей. Пока мы имели в виду только внешние (т. е. создаваемые окружающими частицу заряженными телами) поля. Но ведь есть еще и поля собственные, создаваемые самой частицей. Не оказывают ли они воздействия на порождающий их источник? Легко сообразить, что никаких сил самовоздействия нет, если источник покоится. Ведь иначе произошло бы совершенно невероятное: самоускорение частицы, предоставленной самой себе. Положение не меняется и при равномерном и прямолинейном движении источника (в чем легко убедиться, вспомнив, что покой есть просто частный случай равномерного прямолинейного движения). В этих простейших случаях полевой шлейф несется вместе с частицей, не отрываясь и не деформируясь.

Кулоновское поле

Но у самовоздействия есть и еще одна интересная черта. Мы сказали, что сила самовоздействия покоящейся (или равномерно и прямолинейно движущейся) частицы равна нулю. Но из этого вовсе не следует, что равна нулю и энергия самовоздействия. Полевой шлейф имеет энергию, он имеет массу, он, следовательно, вносит свой вклад в инерцию частицы.

Если бы электрон вдруг потерял по какой-то таинственной причине свой заряд, в то же мгновение уменьшилась бы его масса. На какую долю? Вот этого мы пока не знаем. Да это и не удивительно. Ведь здесь мы касаемся таких сторон взаимодействия между частицами и создаваемым ими полем, разобраться в которых можно лишь после основательного углубления наших знаний о том, что часто называют структурой элементарных частиц. А это пока еще область науки завтрашнего дня.

Источник

Магнитное взаимодействие токов

С точки зрения современной науки, проводники с током взаимодействуют друг с другом не непосредственно, а при помощи окружающих их магнитных полей.

Электрические заряды или токи – это источники магнитного поля. Магнитные поля возникают в пространстве, окружающем проводники с током, так же, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникают электрические поля. Магнитные поля постоянных магнитов тоже создаются электрическими микротоками, которые циркулируют внутри молекул вещества (согласно гипотезе Ампера).

Магнитные поля токов принципиально не такие, как электрические поля. Магнитные поля, в отличие от электрических, оказывают силовое действие лишь на движущиеся заряды (токи).

Для описания магнитных полей введем силовую характеристику поля, которая аналогична вектору напряженности E → электрических полей. Данной характеристикой будет вектор магнитной индукции B → он определяет силы, действующие на токи либо движущиеся заряды в магнитных полях.

Линии магнитной индукции

По аналогии построения силовых линий в электростатике строятся линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор B → направляется по касательной.

Обращаем внимание, что линии магнитной индукции все время замкнутые, и ни в каком месте не обрываются. Из этого следует, что у магнитных полей нет источников – магнитных зарядов.

Вихревые силовые поля – это поля, обладающие свойством магнитной индукции.

Мы можем наблюдать картину магнитной индукции при помощи мелких опилок железа, которые в магнитном поле намагничиваются и, наподобие маленьких магнитных стрелок, ориентируются вдоль линий индукции.

Закон Ампера

Сила Ампера равна F

В общем случае сила Ампера вычисляется по формуле, которая является законом Ампера:

Правило левой руки и правило Буравчика

Согласно закону Ампера, сила Ампера находится перпендикулярно вектору магнитной индукции B → и направлению тока, проходящего по проводнику. Чтобы определить направление силы Ампера часто используют одно правило. Вот его пример.

Магнитное взаимодействие параллельных токов

Как демонстрируют опыты, модуль силы, которая действует на отрезок длиной Δ l каждого из проводников, прямо пропорционален силе тока I 1 и I 2 в проводниках, длине отрезка Δ l и обратно пропорционален расстоянию R между ними:

В Международной системе единиц измерения коэффициент пропорциональности k записывают следующим образом:

где μ 0 – это постоянная величина, которая называется магнитной постоянной.

Введение магнитной постоянной в систему измерения упрощает запись нескольких формул. Ее числовое значение равняется:

Формула, которая выражает закон магнитного взаимодействия параллельных токов, имеет вид: F = μ 0 I 1 I 2 ∆ l 2 π R

Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током применяется в С И для вычисления единицы силы тока – ампера.

Рисунок 1.16.5. Модель взаимодействия параллельных токов.

Рисунок 1.16.6. Модель рамки с током в магнитном поле.

Источник

Магнитное поле. Взаимодействие токов.

Магнитное поле — является одной из форм материи (отличной от вещества), существующая в пространстве, которое окружает постоянные магниты, проводники с током и заряды, что движутся. Магнитное поле вместе с электрическим полем образует единое электромагнитное поле.

Магнитное поле не только создается постоянными магнитами, движущимися зарядами и токами в проводниках, однако и действует на них же.

Термин «магнитное поле» ввел в 1845 году М. Фарадей. К этому времени были уже извес­тны некоторые явления электродинамики, которые требуют объяснений:

1. Явление взаимодействия постоянных магнитов (установление магнитной стрелки вдоль магнитного меридиана Земли, притяжение разноименных полюсов, отталкивание одноименных), известное с древних времен и систематически исследованное У. Гильбертом (результаты опубликованы в 1600 г. в его трактате «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле»).

2. В 1820 г. датский ученый Г. X. Эрстед выяснил, что магнитная стрелка, которая помещена рядом с проводником, по которому течет ток, поворачивается, стремясь расположиться перпендику­лярно проводнику.

3. В этом же году французский физик Ампер, заинтере­совавшийся опытами Эрстеда, выявил взаимодействие 2х прямолинейных проводников с током: если токи в проводниках текут в одну сторону (параллельны), то проводники притягивают­ся (рис. а), если в противоположные стороны (антипараллельны), то отталкиваются (рис. б).

Взаимодействия между проводниками с током, то есть взаимодейс­твия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными, а силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, — магнитными силами.

Исходя из теории близкодействия, которой придерживался М. Фарадей, ток в одном из проводников не может непосредственно влиять на ток в другом проводнике. Аналогично случаю с неподвижными электрическими зарядами, около которых существует электрическое поле, был сделан вывод, что в пространстве, окружающем токи, существует магнитное поле, которое действует с некоторой силой на другой проводник с током, помещенный в это поле, либо на посто­янный магнит. В свою очередь, магнитное поле, создаваемое вторым проводником с током, действует на ток в первом проводнике.

Подобно тому, как электрическое поле обнаруживается по его воздействию на пробный заряд, внесенный в это поле, магнитное поле можно обнаружить по ориентирующему действию магнитного поля на рамку с током малых (по сравнению с расстояниями, на которых магнитное поле заметно меняется) размеров.

Провода, подводящие ток к рамке, следует сплести (или расположить близко друг к другу), тогда результирующая сила, действующая со стороны маг­нитного поля на эти провода, будет равна нулю. Силы же, действующие на такую рамку с током, будут ее поворачивать, так что ее плоскость установится перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. В примере, приведенном на рисунке выше, рамка повернется так, чтобы проводник с током оказался в плоскости рамки. При изменении направления тока в проводнике рамка по­вернется на 180°. В поле между полюсами постоянного магнита рамка повернется плоскостью перпендикулярно магнитным силовым линиям магнита.

Источник

Магнитное взаимодействие токов

Магнитные явления были известны еще в древнем мире. Компас был изобретен более 4500 лет тому назад. В Европе он появился приблизительно в XII веке новой эры. Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом и возникло представление о магнитном поле.

Первыми экспериментами (проведены в 1820 г.), показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется глубокая связь, были опыты датского физика Ханса Эрстеда. Эти опыты показали, что на магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током, действуют силы, которые стремятся ее повернуть. В том же году французский физик Андре Ампер наблюдал силовое взаимодействие двух проводников с токами и установил закон взаимодействия токов.

По современным представлениям, проводники с током оказывают силовое действие друг на друга не непосредственно, а через окружающие их магнитные поля.

Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды. Магнитное поле возникает в пространстве, окружающем проводники с током, подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле. Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

Ученые XIX века пытались создать теорию магнитного поля по аналогии с электростатикой, вводя в рассмотрение так называемые магнитные заряды двух знаков (например, северный N и южный S полюса магнитной стрелки). Однако опыт показывает, что изолированных магнитных зарядов не существует.

Магнитное поле токов принципиально отличается от электрического поля. Магнитное поле, в отличие от электрического, оказывает силовое действие только на движущиеся заряды (токи).

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности электрического поля. Такой характеристикой является вектор магнитной индукции который определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле.

За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно ориентирующийся в магнитном поле. Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства определить направление вектора . Такое исследование позволяет наглядно представить пространственную структуру магнитного поля. Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор направлен по касательной. Пример линий магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током приведен на рис. 1.16.1.

Линии магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током. Индикаторные магнитные стрелки ориентируются по направлению касательных к линиям индукции

Обратите внимание на аналогию магнитных полей постоянного магнита и катушки с током. Линии магнитной индукции всегда замкнуты, они нигде не обрываются. Это означает, что магнитное поле не имеет источников – магнитных зарядов. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются вихревыми. Картину магнитной индукции можно наблюдать с помощью мелких железных опилок, которые в магнитном поле намагничиваются и, подобно маленьким магнитным стрелкам, ориентируются вдоль линий индукции.

Для того, чтобы количественно описать магнитное поле, нужно указать способ определения не только направления вектора но и его модуля. Проще всего это сделать, внося в исследуемое магнитное поле проводник с током и измеряя силу, действующую на отдельный прямолинейный участок этого проводника. Этот участок проводника должен иметь длину Δl, достаточно малую по сравнению с размерами областей неоднородности магнитного поля. Как показали опыты Ампера, сила, действующая на участок проводника, пропорциональна силе тока I, длине Δl этого участка и синусу угла α между направлениями тока и вектора магнитной индукции:

Эта сила называется силой Ампера. Она достигает максимального по модулю значения F_max, когда проводник с током ориентирован перпендикулярно линиям магнитной индукции. Модуль вектора определяется следующим образом:

Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине Δl:

В общем случае сила Ампера выражается соотношением:

Это соотношение принято называть законом Ампера.

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.

Сила Ампера направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции и направлению тока, текущего по проводнику. Для определения направления силы Ампера обычно используют 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 (рис. 1.16.2).

Правило левой руки и правило буравчика

Если угол α между направлениями вектора и тока в проводнике отличен от 90°, то для определения направления силы Ампера более удобно пользоваться правилом буравчика: воображаемый буравчик располагается перпендикулярно плоскости, содержащей вектор и проводник с током, затем его рукоятка поворачивается от направления тока к направлению вектора Поступательное перемещение буравчика будет показывать направление силы Ампера (рис. 1.16.2). Правило буравчика часто называют правилом правого винта.

Одним из важных примеров магнитного взаимодействия является взаимодействие параллельных токов. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Ампером. 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.

Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.

Опыты показали, что модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока I₁ и I₂ в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:

В Международной системе единиц СИ коэффициент пропорциональности k принято записывать в виде:

где μ₀ – постоянная величина, которую называют магнитной постоянной. Введение магнитной постоянной в СИ упрощает запись ряда формул. Ее численное значение равно

Формула, выражающая закон магнитного взаимодействия параллельных токов, принимает вид:

Отсюда нетрудно получить выражение для индукции магнитного поля каждого из прямолинейных проводников. Магнитное поле прямолинейного проводника с током должно обладать осевой симметрией и, следовательно, замкнутые линии магнитной индукции могут быть только концентрическими окружностями, располагающимися в плоскостях, перпендикулярных проводнику. Это означает, что векторы и магнитной индукции параллельных токов I₁ и I₂ лежат в плоскости, перпендикулярной обоим токам. Поэтому при вычислении сил Ампера, действующих на проводники с током, в законе Ампера нужно положить sin α = 1. Из закона магнитного взаимодействия параллельных токов следует, что модуль индукции B магнитного поля прямолинейного проводника с током I на расстоянии R от него выражается соотношением

Для того, чтобы при магнитном взаимодействии параллельные токи притягивались, а антипараллельные отталкивались, линии магнитной индукции поля прямолинейного проводника должны быть направлены по часовой стрелке, если смотреть вдоль проводника по направлению тока. Для определения направления вектора магнитного поля прямолинейного проводника также можно пользоваться правилом буравчика: направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением вектора если при вращении буравчик перемещается в направлении тока (рис. 1.16.3).

Магнитное поле прямолинейного проводника с током

Магнитное взаимодействие параллельных и антипараллельных токов

Рис. 1.16.4 поясняет закон взаимодействия параллельных токов.

Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используется в Международной системе единиц (СИ) для определения единицы силы тока – ампера:

Ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2·10 –7 Н на каждый метр длины.

Источник