Действие магнитного поля на ток. Индукция магнитного поля

Взаимодействие постоянного магнита и тока на расстояние можно объяснить наличием вокруг постоянного магнита особой формой материи - магнитного поля. Французский физик А.Ампер провел систематические исследования силы взаимодействия между полем постоянного магнита и проводником с током. Результатом этих исследований является закон, позволяющий вычислить силу магнитного воздействия на проводник с током в зависимости от характеристики магнитного поля – индукции магнитного поля.

Основные положения удобно формулировать для проводника бесконечно малой (практически достаточно малой) длины. Назовем элементом тока вектор, модуль которого равен произведению длины малого проводника на силу тока в нем, а направление совпадает с направлением тока ().

Измеряя силу, действующую на элемент тока, помещенный в данную точку магнитного поля (силу Ампера ), можно прийти к следующим выводам:

- сила пропорциональна модулю элемента тока ~ I×l;

- направление силы перпендикулярно элементу тока ^();

- величина силы зависит от направления элемента тока; при некоторой ориентации элемента тока сила в данной точке пространства обращается в ноль. При повороте элемента тока на угол относительно этого направления, сила принимает максимальное значение для данной точки пространства .

Значение / (I×l) не зависит от величины и направления элемента тока, а является характеристикой магнитного поля в данной точке пространства – индукцией магнитного поля – :

.

Таким образом, индукцией магнитного поля называется вектор, модуль которого равен максимальной силе, действующей на единичный элемент тока, помещенный в данную точку магнитного поля. За направление вектора магнитной индукции принимается направление вектора элемента тока, при котором сила Ампера в данной точке пространства обращается в ноль. Это направление совпадает с ориентацией северного полюса магнитной стрелки.

В системе СИ единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл), связанная с другими единицами соотношением 1 Тл=1 Н/(А м). Т.е. один тесла это индукция такого магнитного поля, которое действует на проводник с током 1 ампер с максимальной силой 1 Н на каждый метр длины проводника.

Суммируя отмеченные свойства силы и определение магнитной индукции, запишем закон Ампера, определяющий величину и направление силы, действующей на элемент тока, помещенный в магнитное моле:

,

где квадратные скобки подразумевают векторное произведение. Предлагаем убедиться, что приведенная формула правильно описывает все перечисленные свойства силы Ампера.

Пользуясь известным выражением для модуля векторного произведения, из закона Ампера получим формулу для вычисления величины магнитной силы:

,

где a ¾ угол между элементом тока и вектором .

Направление силы Ампера можно определить либо из векторного произведения, либо известного со школы правила левой руки: «если расположить левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены в направлении тока в проводнике, а вектор магнитной индукции – в ладонь, то отставленный большой палец покажет направление силы».