Теорія 3

Сила Ампера

На провідник зі струмом, розміщеним у зовнішньому магнітному полі, діє сила. Цю силу назвали силою Ампера на честь французького фізика А. Ампера (1775-1836).

Модуль сили Ампера визначається за формулою:

 – де FA – модуль сили Ампера; I – сила струму в провіднику, довжина активної частини (частини провідника, яка знаходиться в магнітному полі провідника, B – модуль вектора магнітної індукції, α – кут між вектором магнітної індукції та напрямом струму в провіднику. 

Напрям сили Ампера можна знайти за допомогою правила лівої руки (рис.1):

Рис. 1. Правило лівої руки, яке встановлює напрям сили, що діє на провідник зі струмом з боку магнітного поля.

якщо ліву руку розташувати так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, а чотири витягнуті пальця були напрямлені уздовж напряму струму, то відігнутий на 90° великий палець покаже напрям сили, діючої на провідник.

Магнітне поле не діє на провідник зі струмом, розташований паралельно до вектора магнітної індукції.

Електромагніти

Будь-який провідник зі струмом створює в просторі навколо) себе магнітне поле. Якщо провіднику надати форми спіралі, магнітне поле посилиться. Таку котушку зі струмом Називають соленоїд (від грец. «солен» – трубка).

Дослід 1. Пропускаючи через котушку (рис.2) струм, спостерігаємо її магнітні властивості, взаємодію з магнітною стрілкою. Зазначаємо наявність у соленоїда двох полюсів. Змінюючи реостатом силу струму помічаємо зміну магнітних властивостей котушки. Змінюючи напрямок струму на протилежний, зазначаємо зміну полярності магнітного поля (рис. 3).

                                                                            Рис. 2. Котушка                         Рис. 3. Соленоїд

Соленоїд із залізним осердям усередині називають електро­магнітом.

Електромагніти можуть містити не одну, а кілька котушок. Сучасні електромагніти можуть піднімати вантажі масою декілька десятків тонн.

Дія магнітного поля на рамку зі струмом. Вивчення дії магнітно­го поля на рамку зі струмом важливе з двох точок зору. По-перше, ця дія має якісно іншу природу - вона є орієнтуючою. Цей факт дозво­лить надалі зрозуміти характер поведінки магнітів і частинок, наділе­них магнітним моментом, у зовнішньому магнітному полі. По-друге, рух рамки зі струмом у магнітному полі важливий і з точки зору практич­ного застосування, оскільки лежить в основі роботи електродвигунів.

Розглянемо, які сили діють на протилежні сторони рамки зі струмом у магнітному полі. По них течуть струми, напрямлені в протилежні боки. Тому сили, діючі з боку магнітного поля на протилежні сторони рамки, будуть проти­лежно напрямлені. Ці сили обертатимуть рамку. Таким чином, магніт­не поле чинить на рамку зі струмом орієнтуючу дію.

Визначимо величину моменту сил, діючих на рамку зі струмом (дов­жина рамки l, ширина - b),   коли напрям перпендикуляра n  до рамки становить кут α з напрямом вектора магнітної індукції B. Оберта­ючий рамку момент сил М=F1d+F2d, де плече сил d=b/2sinα, а сили F1 і F2 рівні за модулем (F1=F2=F). Звідси  M=Fbsinα.

Потоком будь-якого вектора, що залежить від просторових координат середовища – вектора поля (а не тільки вектора індукції магнітного поля) через обрану орієнтовану поверхню називають величину, що обчислюється за певним правилом.

Елементарним потоком вектора через маленьку частину обраної поверхні називають скалярну величину, рівну добутку вектора поля й вектора нормалі до цієї частини поверхні, помноженому на площу цієї частини поверхні. Вона вибирається настільки маленькою, що її можна вважати плоскою, а вектор поля однаковим у будь-якій точці, що належить цій ділянці.

Всю поверхню, через яку рахується потік вектора, розбиваємо на безліч елементарних ділянок і підсумовуємо всі елементарні потоки: Ф=BScosα.

Отриману величину називають потоком вектора. Це скалярна величина, знак якої залежить від вибору напрямку нормалі, що вважається додатнім. Наприклад, для замкнутої поверхні вибір нормалі визначає потік вектора «усередину» або «назовні».

[Ф]=1Тл х м^2=1Вб.