Магнитная индукция. Сила Ампера.

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера.
Экспериментальное изучение магнитного взаимодействия показывает, что модуль силы Ампера пропорционален длине L проводника с током и зависит от ориентации проводника в магнитном поле.

Для характеристики способности магнитного поля оказывать силовое действие на проводник с током вводится векторная величина — магнитная индукция:

B = F/ IL (47)

Направление силы Ампера определяется с помощью «правила левой руки» (рис.180):

Если кисть левой руки расположить так, что 4 вытянутых пальца указывают направление тока в проводнике, а вектор магнитной индукции входит в ладонь, то отогнутый (в плоскости ладони) на 90⁰ большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника.

Единица индукции в этом случае определяется как индукция такого магнитного поля, в котором на 1 м проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется Тесла (Тл) в честь выдающегося югославского электротехника Николы Тесла (1856—1943).

. Формулу (47) можно использовать для определения модуля максимального значения силы Ампера, действующей на прямолинейный проводник с током в магнитном поле с индукцией :

F_max = BIL (48)

где L — длина проводника; I — сила тока.
Опыт показывает, что при расположении проводника с током под углом к вектору магнитной индукции для нахождения модуля силы Ампера следует применять выражение

F = BILsinα (49)

Сила Ампера может быть выражена через силы, действующие на отдельные носители заряда. Пусть концентрация носителей свободного заряда в проводнике есть n, а q – заряд носителя. Тогда произведение nqυ S, где υ – модуль скорости упорядоченного движения носителей по проводнику, а S – площадь поперечного сечения проводника, равно току, текущему по проводнику:

Выражение для силы Ампера можно записать в виде:

F = Bqnʋ SLsinα

Так как полное число N носителей свободного заряда в проводнике длиной Δ l и сечением S равно nSΔ l, то сила, действующая на одну заряженную частицу, равна

F_л = qʋ Bsinα (50)

Эту силу называют силой Лоренца. Угол α в этом выражении равен углу между скоростью ʋ и вектором магнитной индукции B. Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу, так же, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки. Взаимное расположение векторов B, ʋ и Fл для положительно заряженной частицы показано на рис. 4.18.1.

1

Рисунок 4.18.1.

Сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам В и ʋ. При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется. Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость лежит в плоскости, перпендикулярной вектору В, то частица будет двигаться по окружности.

Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы (рис. 4.18.2).

2

Рисунок 4.18.2. Круговое движение заряженной частицы в однородном магнитном поле.