Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера

Сила Ампера

Мы знаем, что вокруг проводника с током есть магнитное поле. Верно и обратное действие: если проводник с током поместить во внешнее магнитное поле, на него начнёт действовать сила. Эту силу называют силой Ампера в честь французского физика Андре Ампера, который изучал взаимодействие токов и магнитов. Именно сила Ампера заставляет вращаться рамку с током в электродвигателе.

От чего зависит сила Ампера

Модуль силы Ампера тем больше, чем сильнее магнитное поле, чем больше сила тока в проводнике и чем длиннее участок проводника, находящийся в поле. Когда проводник расположен перпендикулярно линиям магнитного поля, силу вычисляют по формуле:

F_А = B · I · L

где B — магнитная индукция, I — сила тока, L — длина проводника в поле. Если же проводник направлен вдоль линий поля, то сила Ампера равна нулю — поле не действует на ток, текущий параллельно линиям.

Правило левой руки

Направление силы Ампера определяют с помощью правила левой руки. Это удобный приём, который позволяет быстро найти, куда вытолкнет проводник.

Правило: если расположить левую руку так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца показывали направление тока в проводнике, то отставленный на 90 градусов большой палец укажет направление силы Ампера.

Разбор примера

Прямой проводник длиной L = 0,2 м с током I = 4 А находится в однородном магнитном поле с индукцией B = 0,5 Тл и расположен перпендикулярно линиям поля. Найдём силу Ампера, действующую на проводник:

F_А = B · I · L = 0,5 · 4 · 0,2 = 0,4 Н

Если теперь поменять направление тока в проводнике на противоположное, то и сила Ампера изменит своё направление на обратное, а её величина останется прежней. Так же сила сменит направление, если поменять местами полюсы магнита. А если увеличить ток или индукцию поля вдвое, то и сила Ампера вырастет вдвое — она прямо пропорциональна каждой из этих величин.

Частая ошибка: применять правило левой руки для определения направления магнитного поля. Левая рука нужна именно для силы Ампера. А чтобы определить направление поля вокруг тока, используют правило буравчика.

Где применяют силу Ампера

• электродвигатели постоянного тока, где сила вращает рамку с током;
• электроизмерительные приборы со стрелкой, где сила отклоняет стрелку;
• громкоговорители, где ток в катушке колеблет мембрану и рождает звук.

Во всех этих устройствах электрическая энергия превращается в механическое движение именно благодаря силе, с которой магнитное поле действует на ток.

Кратко о главном

• На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера.
• Формула: F_А = B · I · L при перпендикулярном расположении.
• Если проводник идёт вдоль линий поля, сила равна нулю.
• Направление силы находят по правилу левой руки.
• На действии этой силы основана работа электродвигателей.