Подъемная сила электромагнита.Взаимодействие проводников с токами.Закон Ампера.

подъемная сила магнита -сила, с которой магнит удерживает железо, расположенное в непосредственной близости к нему; другими словами, подъемная сила магнита равна той силе, которая необходима, чтобы оторвать от магнита притянутый к нему кусок чистого мягкого железа.
Чтобы получить электромагнит с возможно большей подъемной силой, нужно увеличить площадь соприкосновения полюсов магнита с притягиваемым железным предметом (который носит название якоря) и добиться того, чтобы линии магнитного поля проходили только в железе, т. е. устранить всякие воздушные зазоры или щели между якорем и полюсами магнита; для этого необходимо хорошо пришлифовать друг к другу их поверхности. Этим требованиям хорошо удовлетворяет конструкция так называемого горшкообразного магнита.

Подъемная сила электромагнита имеет следующее выражение:

или приближенно: где В означает магнитную индукцию у конца электромагнита, Q – поперечное сечение электромагнита.

При протекании по двум параллельным проводникам токов проводники испытывают взаимное притяжение, если токи текут в одном и том же направлении, или отталкивание, если направления токов противоположны. В соответствии с законом Ампера сила взаимодействия параллельных проводников с током в вакууме определяется выражением

I1I2l

F = – μ о ———, (4.1)

4π d где μ о = 4π ·10–7 Гн·м–1 – магнитная проницаемость вакуума; I1 и I2 – величины токов в первом и втором проводниках; l – длина проводников; d – расстояние между их осями. Физически взаимодействие между проводниками осуществляется за счет того, что сориентированные в пространстве электроны создают вокруг проводников винтовые потоки эфира, которые воспринимаются как магнитное поле токов (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Взаимодействие электронов в параллельных проводниках: а – при протекании токов в одном направлении; б при протекании токов в противоположных направлениях

Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля: F = B I l sinα,

где α — угол между векторами магнитной индукции и тока,
B — индукция магнитного поля,
I — сила тока в проводнике,
l — длина проводника.

Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.
Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, то Закон Ампера принимает вид: dF = I B dl sinα,

где dF — сила, с которой магнитное поле действует на бесконечно малый проводник с током I,
dl — элемент длины проводника. Направление силы dF определяется по правилу вычисления векторного произведения, которое удобно запомнить при помощи правила правой руки. Сила dF максимальна, когда элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции (α = 90, sinα = 1): dF_max = I B dl

Если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.