Физика
3.3.3. Сила Ампера, её направление и величина
Сила Ампера
Формулировки экспериментального закона: на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила; эта сила называется силой Ампера.
Формула экспериментальной связи физических величин и словесное изложение формулы: сила Ампера зависит от величины тока в проводнике, от индукции магнитного поля и от ориентации проводника относительно силовых линий индукции. Общий вид закона для любых полей и любых проводников изучается в вузе.
В школе рассматривается случай, когда магнитное поле однородно, а проводник прямолинейный и жесткий (не гнется). Проводник не меняет ориентации в магнитном поле и не меняет своей формы (не гнется) во время движения. Тогда FА = [I·l,B], FА = B∙I∙l∙sinα.
Расшифровка формулы: для случая, когда магнитное поле однородно, а проводник прямолинейный и жесткий, т.е. проводник не меняет ориентации в магнитном поле и не меняет своей формы во время движения, модуль силы Ампера FА равен произведению модуля магнитной индукции B на силу тока в проводнике I, на длину проводника l и на синус угла между вектором индукции магнитного поля и проводником sinα с учетом направления тока в нем.
Для определения направления силы Ампера проще, чем общим правилом математики для определения направления векторного произведения, пользоваться экспериментально подобранным правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а четыре пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера. (Правило работает в единственном случае: при взаимно перпендикулярном расположении вектора индукции В и направления силы тока I в проводнике длиной l).
Смысл константы (фундаментальная / нефундаментальная): вектор магнитной индукции появляется в этой формуле как новая константа, которая оказывается разной для разных полей, и характеризует каждый раз конкретное магнитное поле. Этот экспериментальный закон можно рассматривать как определение магнитной индукции для однородных магнитных полей.
Условия применения закона: приведен пример, когда закон применяется для случая однородного магнитного поля, прямолинейного и жесткого проводника (проводник не меняет ориентации в магнитном поле и не меняет своей формы во время движения). В вузе получен закон для произвольных полей, произвольных проводников и любой их взаимной ориентации; все перечисленное (B, l, I, угол α) в отдельности и все вместе может быть переменным во времени.
На рисунке с помощью «правила стрелы» изображено направление тока. Правило стрелы применяют для изображения направления вектора, перпендикулярного плоскости рисунка: если движение направлено «к нам», то ставим точку (видим острие стрелы), если «от нас», то ставим крест (видим оперение стрелы).
Другие материалы по данной теме
Видео
6.8. Сила Ампера
Формула
\({F_A} = IBl\sin \alpha \)