Закон Ампера. Фізичні основи роботи електричних машин, електромагнітних реле та електровимірювальних приладів. Закон Ампера
Тема 4. Магнітостатика
На провідники зі струмом, що знаходяться в магнітному полі, діють сили Ампера.
Узагальнюючи результати дослідження дії магнітного поля на різні провідники зі струмом, Ампер встановив, що
сила , з якою магнітне поле діє на елемент довжини провідника зі струмом, що знаходиться в магнітному полі, прямо пропорційна до сили струму в провіднику і до векторного добутку елемента довжини на магнітну індукцію :
.
Це співвідношення називається законом Ампера.
Напрямок сили можна знайти за правилом векторного добутку і за правилом лівої руки: якщо долоню лівої руки поставити так, щоб у неї входили лінії магнітної індукції, а чотири витягнуті пальці спрямувати в напрямку електричного струму в провіднику, то відставлений на великий палець покаже напрямок сили, що діє на провідник з боку поля. Це правило зручне, коли елемент провідника зі струмом перпендикулярний до напрямку магнітного поля.
В загальному випадку для визначення напрямку сили Ампера слід скористатись правилом векторного добутку: вектор напрямлений перпендикулярно до площини, утвореної векторами і так, щоб з кінця вектора обертання від вектора до вектора найкоротшим шляхом відбувалося проти годинникової стрілки (рис. 165).
Модуль сили Ампера розраховується за формулою
,
де a - кут між векторами і .
Закон Ампера дає змогу визначити іншим способом, ніж раніше, фізичний зміст магнітної індукції .
Припустимо, що елемент провідника із струмом I перпендикулярний до напрямку магнітного поля , тоді закон Ампера можна записати у вигляді:
.
Звідси, магнітна індукція числово дорівнює силі, що діє з боку поля на одиницю довжини провідника, по якому протікає електричний струм одиничної сили і який розташовано перпендикулярно до напрямку магнітного поля.
Отже, магнітна індукція є силовою характеристикою магнітного поля.
Використовуючи закон Ампера, розраховуємо силу взаємодії між двома прямими нескінченно довгими провідниками зі струмами і , які розміщені паралельно один до одного на відстані R. Кожен із провідників створює магнітне поле, яке діє згідно закону Ампера на другий провідник. Якщо електричні струми і однакового напрямку, то провідники притягуються один до одного (рис. 166а), а якщо напрямки струмів взаємно протилежні, то провідники відштовхуються один від одного (рис. 166б).
За законом Ампера на елемент провідника зі струмом діє сила , яка числово дорівнює:
,
де - магнітна індукція поля, створеного струмом , враховуючи, що кут між векторами і – прямий, отримуємо:
.
Відповідно на ділянку провідника зі струмом діє сила , модуль якої:
.
Отже, для сил і можна написати загальну формулу:
.