Онлайн школа №1 - Энциклопедия

Магнитное взаимодействие проводников с токами.

Единица силы тока — Ампер

План урока

Объяснение явлений взаимодействия проводников с токами в опытах Ампера
Определение единицы силы тока в СИ
Формулы для расчёта модуля силы Ампера, действующей на проводники с токами при их взаимодействии

Цели урока

уметь объяснять явление взаимодействия проводников с токами
знать, как определяется единица силы тока в СИ
уметь находить модуль силы Ампера, действующей на участок одного проводника с током длиной $l$ со стороны магнитного поля, созданного другим проводником с током

Разминка

Какой может быть картина магнитных линий?
Что называют силой Лоренца и силой Ампера?
Где могут использоваться действия сил магнитного поля на проводники с током и движущиеся заряжённые частицы?

Объяснение явлений взаимодействия проводников с токами в опытах Ампера

Рис. 1. Взаимодействие параллельных проводников с токами, текущими в одном направлении

Ещё раз рассмотрим опыт Ампера с двумя параллельными проводниками с токами. Сила тока в первом проводнике $I_{1},$ а во втором — $I_{2} .$ Пусть токи в проводниках сонаправлены (рис. 1). $\vec{B_{1}}$ — вектор магнитной индукции поля, созданного первым проводников с током, а $\vec{B_{2}}$ — вектор магнитной индукции поля второго проводника. Для определения направления вектора магнитной индукции $\vec{B_{1}}$ там, где находится второй проводник, применим правило правой руки (правило буравчика).

Рис. 2. Взаимодействие параллельных проводников с токами, текущими в противоположных направлениях

Вектор $\vec{B_{1}}$ обозначен на рисунке косой стрелкой, направленной от наблюдателя $\otimes$ в плоскость рисунка. Для определения направления силы Ампера $F_{12},$ действующей на второй проводник со стороны магнитного поля первого проводника, воспользуемся правилом левой руки. Согласно этому правилу, сила $F_{12}$ приложена ко второму проводнику с током $I_{2}$ и направлена влево. Следовательно, второй проводник с током притягивается к первому.

Определив направление вектора $\vec{B_{2}}$ там, где находится первый проводник, применив правило буравчика и левой руки, увидим, что сила Ампера $F_{21}$ , действующая на первый проводник с током $I_{1}$ со стороны магнитного поля второго проводника, направлена вправо. Первый проводник притягивается ко второму.

Если направление во втором проводнике сменить на противоположное (рис. 2), то направления сил $F_{12}$ и $F_{21}$ тоже сменятся на противоположные. Проводники будут отталкиваться.

Если направления токов в параллельных прямолинейных проводниках совпадают, то проводники притягиваются друг к другу. Напротив, если направления токов в параллельных прямолинейных проводниках противоположны, то провода отталкиваются друг от друга.

Определение единицы силы тока в СИ

Явление магнитного взаимодействия проводников с токами используют для определения одной из основных единиц СИ — силы тока. В честь великого французского ученого её назвали ампер (А).

1 Ампер — это сила постоянного тока, который протекает по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, которая вызывает на каждом отрезке проводника длиной 1 м силу взаимодействия $2 \cdot 10^{- 7} H .$

Формулы для расчёта модуля силы Ампера, действующей на проводники с токами при их взаимодействии

Получим формулу для расчёта модуля силы Ампера $F_{12}$ , действующей на второй проводник с током $I_{2}$ длины $l$ со стороны магнитного поля первого проводника с током $I_{1} .$

Модуль магнитной индукции поля, созданного проводником с током $I_{1}$ на расстоянии $r$ от его оси, равен

$B_{1} = \frac{μ_{0} \cdot I_{1}}{2 π \cdot r},$ где $μ_{0}$ — магнитная постоянная (1).

Согласно закону Ампера, на участок второго проводника длиной $l$ действует сила, модуль которой равен

$F_{12} = B_{1} \cdot I_{2} \cdot l$ (2).

Подставив формулу (1) в (2), получим

$F_{12} = \frac{μ_{0} \cdot I_{1} \cdot I_{2}}{2 π \cdot r} l$ (3).

Аналогичным образом можно показать, что

$F_{21} = F_{12} = \frac{μ_{0} \cdot I_{2} \cdot I_{1}}{2 π \cdot r} l$ .

Используя формулу (3) и определение единицы силы тока, можно определить значение магнитной постоянной:

$μ_{0} = \frac{2 π \cdot r \cdot F_{21}}{I_{1} \cdot I_{2} \cdot l} = \frac{2 π \cdot 1 м \cdot 2 \cdot 10^{- 7} Н}{1 А^{2} \cdot 1 м} = 4 π \cdot 10^{- 7} \frac{Н}{А^{2}}$ .

Контрольные вопросы

1. Как взаимодействуют друг с другом два прямых параллельных провода, токи в которых направлены: а) в одну сторону; б) в противоположные стороны?

2. Сформулируйте определение единицы силы тока в СИ.

3. От чего зависит модуль силы Ампера, действующей на проводники с токами при их взаимодействии?

Конспект урока: Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Магнитное взаимодействие проводников с токами. Единица силы тока — ампер

Магнитное поле

Объяснение явлений взаимодействия проводников с токами в опытах Ампера

Определение единицы силы тока в СИ

Формулы для расчёта модуля силы Ампера, действующей на проводники с токами при их взаимодействии