Магнитное поле и сила Ампера

Что такое магнитное поле

Магнитное поле — особый вид материи, который возникает вокруг движущихся электрических зарядов и проводников с током и действует на другие движущиеся заряды и токи. В отличие от электрического поля, магнитное поле не действует на неподвижные заряды.

Силовой характеристикой магнитного поля служит вектор магнитной индукции B. Единица измерения — тесла (Тл). Направление вектора в данной точке совпадает с направлением, которое показывает северный полюс магнитной стрелки.

Силовые линии и их свойства

Магнитное поле изображают линиями магнитной индукции. У них есть важное отличие от линий электрического поля: они всегда замкнуты и не имеют ни начала, ни конца. Это значит, что магнитных зарядов в природе не существует, а поле является вихревым.

Сила Ампера

На проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила Ампера:

F = B · I · L · sin α, где I — сила тока, L — длина проводника, α — угол между проводником и вектором индукции.

Направление силы определяют по правилу левой руки: если расположить ладонь так, чтобы линии индукции входили в неё, а четыре пальца указывали направление тока, то отогнутый большой палец покажет направление силы.

Сила Лоренца

На отдельный заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца:

F = q · v · B · sin α

Эта сила всегда перпендикулярна скорости, поэтому она не совершает работы и не меняет модуль скорости, а лишь искривляет траекторию. Если заряд влетает перпендикулярно линиям поля, он движется по окружности постоянного радиуса, а если под углом — по винтовой линии.

Сила Лоренца лежит в основе работы многих приборов. На ней основан принцип действия электронно-лучевой трубки, масс-спектрометра, который разделяет частицы по массам, и ускорителей заряженных частиц. Радиус окружности, по которой движется заряд, тем больше, чем больше его масса и скорость и чем слабее поле, поэтому в магнитном поле лёгкие частицы закручиваются круче тяжёлых.

Магнитное поле прямого тока

Вокруг прямого проводника с током линии магнитной индукции имеют вид концентрических окружностей. Их направление определяют по правилу буравчика: если ввинчивать буравчик по направлению тока, то направление вращения его рукоятки укажет направление линий поля. Чем дальше от проводника, тем слабее поле, поэтому окружности у провода гуще, а вдали — реже.

Разбор примера

Проводник длиной L = 0,2 м с током I = 5 А расположен перпендикулярно полю с индукцией B = 0,4 Тл. Найдём силу Ампера.

F = B · I · L = 0,4 · 5 · 0,2 = 0,4 Н (при sin 90° = 1).

Частые ошибки. Не путайте правило левой руки (для силы) и правило буравчика (для направления самого поля вокруг тока). Помните: сила Лоренца не разгоняет частицу, а только закручивает её.

Кратко о главном

• Магнитное поле действует только на движущиеся заряды и токи.
• Силовая характеристика — магнитная индукция B, измеряется в теслах.
• Линии индукции замкнуты, поле вихревое.
• Сила Ампера: F = B · I · L · sin α, направление — по правилу левой руки.
• Сила Лоренца искривляет траекторию заряда, но не меняет его скорость по модулю.