- Действие магнитного поля на проводник с током
- Модуль силы Ампера
- Правило левой руки для силы Ампера
- Примеры решения задач
- уметь применять правило левой руки для определения направления силы Ампера
- знать формулу для нахождения модуля силы Ампера
- уметь применять формулу для решения задач
- Чем отличается обычный проводник от проводника с током?
- Что произойдёт, если поместить в магнитное поле проводники с током и без тока?
- Действует ли на свободные заряды проводника магнитное поле, если по проводнику не течёт ток?
Действие магнитного поля на проводник с током
Из курса физики 8-го класса известно, что внутри любого проводника имеется огромное количество носителей заряда, которые совершают непрерывное хаотическое (тепловое) движение. Поскольку движение носителей заряда хаотично, то ток в проводнике не течёт до тех пор, пока он не окажется в электрическом поле. Если же проводник внести в магнитное поле, то на каждую заряжённую частицу будет действовать магнитная составляющая силы Лоренца, но суммарное действие магнитного поля на весь проводник будет равно нулю. А вот при упорядоченном движении зарядов в проводнике, при возникновении тока в нём, суммарное действие сил станет отличным от нуля (принцип суперпозиции). Магнитное поле будет действовать на проводник (вспомним опыт Ампера с двумя параллельными прямолинейными проводниками с токами), проводник начнёт перемещаться.
Силу, с которой магнитное поле действует на элемент длины проводника с током, называют силой Ампера.
Модуль силы Ампера
Рассмотрим прямолинейный участок проводника с током в однородном магнитном поле. Пусть длина этого проводника , сила тока в проводнике равна , а вектор магнитной индукции составляет с рассматриваемым участком проводника угол . Эксперименты показывают, что модуль силы Ампера равен
(1).
При модуль силы Ампера принимает максимальное значение . Используя формулу (1), можно выразить модуль вектора магнитной индукции:
(2).
Но использовать эту формулу для определения модуля в реальном эксперименте не возможно, т. к. крайне сложно измерить силу, действующую со стороны магнитного поля на отдельный участок проводника с током.
Правило левой руки для силы Ампера
Сила Ампера всегда перпендикулярна плоскости, в которой располагаются участок проводника и вектор магнитной индукции. Для определения направления действия силы Ампера применяют правило левой руки:
- Ладонь левой руки располагают так, чтобы вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока на участке проводника.
- Ладонь поворачивают вокруг оси проводника так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь (направление вытянутых четырёх пальцев сохраняется).
- Большой палец, отогнутый на , показывает направление действия силы Ампера.
Пример 1
Квадратная рамка с током расположена в однородном магнитном поле в плоскости линий магнитной индукции так, как показано на рисунке. Куда направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) сила Ампера, действующая на сторону рамки со стороны магнитного поля? Ответ запишите словами.
Решение
Давайте выясним, как это определить.
1. Сначала определим направление тока в рамке. Ток направлен от «плюса» к «минусу», следовательно, ток в рамке течёт против часовой стрелки.
2. На участке ток направлен от к (вверх).
3. По правилу левой руки: четыре пальца располагаем вдоль стороны вверх; поворачиваем ладонь так, чтобы линии вектора магнитной индукции входили в ладонь; отогнутый на большой палец показывает направление действия силы Ампера.
Ответ: к наблюдателю.
Пример 2
Прямолинейный проводник длиной , по которому течёт ток , находится в однородном магнитном поле. Модуль вектора магнитной индукции , проводник расположен под углом к вектору Какова сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля? (Ответ дать в Ньютонах).
Решение
1. Для нахождения силы Ампера нам понадобится формула
2. Подставим в неё данные из условия задачи:
Ответ:
Упражнение 1
1. Электрическая цепь находится в однородном магнитном поле, вектор магнитной индукции которого направлен от наблюдателя
(см. рисунок). Как направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) сила Ампера, действующая на проводник 3–4? Ответ запишите словами.
2. Прямолинейный проводник длиной по которому течёт ток находится в однородном магнитном поле. Проводник расположен под углом к вектору магнитной индукции Сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, равна Чему равен модуль вектора магнитной индукции? (Ответ дать в Тесла).
Контрольные вопросы
1. Какую силу называют силой Ампера?
2. По какой формуле рассчитывают силу Ампера?
3. Как применять правило левой руки для силы Ампера?
Упражнение 1
1. Вправо
2. Тл