Закон Ампера для полной цепи. Закон Ампера для участка цепи - источника тока

 

 

В физике есть закон Ома для полной цепи, для цепи - источника тока, цепи - потребителя тока, но нет закона Ампера для полной цепи и для источника тока. В физике есть только формулировка и определение закона Ампера для участка цепи – потребителя тока.

Отсутствие вывода закона Ампера для полной цепи  и источника тока происходит потому,что физический парадокс смены знака силы Ампера не вписывается в современную электродинамику.

Заполнить этот пробел теории достаточно несложно, но после этого может возникнуть более серьёзный вопрос о причине изменения направления силы Ампера при переходе участка цепи из потребителя тока в участок цепи - источник тока (из двигателя в генератор), на который в современной теории электродинамики ответа нет.

 «Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие. Следовательно, вращающий момент, испытываемый рамкой, есть результат действия сил на отдельные её элементы. Обобщая результаты исследования действия магнитного поля на различные проводники с током, Ампер установил, что сила , с которой магнитное поле действует на элемент проводника  с током, находящегося в магнитном поле, равна

 

,                        (1)

где  - вектор, по модулю равный  и совпадающий по направлению с током,  - вектор магнитной индукции.

Направление вектора  может быть найдено, согласно (1), по общим правилам векторного произведения, откуда следует правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в неё входил вектор , а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на ток». [1]

Формула (1), определяющая силу Ампера физически не корректна:  В векторном произведении  вектор  не имеет физической природы.

Зная квантовый физический механизм электрического тока можно привести эту формулу к виду, в котором все величины будут иметь физический смысл. Для этого нужно заменить не физическую величину  в векторном произведении формулы (1) на физическую векторную величину . Выведем её из закона Ома.

 

,                                 (2)

 

Учитывая, что ,

 

,                                 (3)

 

Заменяя  в формуле (1), получим:

 

,                   (4)

где  - сила Ампера,

  - вектор напряженности электрического поля. Этот вектор направлен вдоль проводника и является  величиной, имеющей физический смысл.

  - вектор магнитной индукции внешнего магнитного поля, в которое помещен проводник с током. Это также величина, имеющая физический смысл.

 - электрическое сопротивление проводника.

Формула (4) выражает закон Ампера для участка цепи – потребителя тока, приведенный к корректному физическому виду в рамках классической электродинамики. Формулу (4) можно также преобразовать для участка цепи - источника тока и полной цепи электрического тока.

Закон Ампера для участка цепи – источника тока выглядит следующим образом:

 ,                          (5)

 

Закон Ампера для полной цепи электрического тока выглядит следующим образом:

 

.                          (6)

 

Знак (-) перед правой частью уравнения (5) означает изменение потока энергии при переходе проводника на участок цепи – источник тока.

Таким образом, в рамках классической электродинамики можно вывести формулы для определения силы Ампера для цепи – потребителя тока, цепи – источника тока и полной цепи. Однако вывод этой формулы не даёт механизма электрического тока.

Для того, чтобы понять физическую природу возникновения силы Ампера, нужно рассмотреть квантовую теорию электрического тока, опубликованную на сайте.

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

 

 

1. Трофимова Т. И. Курс Физики. «Высшая школа». М.,1997.

2. Дрюков В.М. О чём молчат физики. Тула 2004.