Сила Ампера. Сила Лоренца

Одним из проявлений магнитного поля его силовое воздействие на движущиеся электрические заряды и проводники с током. В 1820 г. А. Ампер установил закон, определяющий силу, действующую на отрезок проводника с током в магнитном поле.

Поскольку создать обособленное элемент тока нельзя, то Ампер изучал поведение подвижных проволочных замкнутых контуров различной формы. Он установил, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная длине отрезка проводника М, силе тока I, проходящего по проводнику, и индукции магнитного поля В.

это выражение называют законом Ампера, а силу — силой Ампера. Здесь а — угол между направлением тока в проводнике и направлением вектора Эта сила будет иметь максимальное значение при Если же проводник размещен вдоль линий магнитной индукции, то эта сила равна нулю.

Направление силы Ампера определяется с помощью правила левой руки, с которым вы ознакомились ранее (см. рис. 54).

Как мы уже выяснили, магнитное поле взаимодействует только с проводниками, через которые течет ток, и не влияет на проводники без тока. Это свидетельствует о том, что магнитное поле действует не на материал проводника, а на заряженные частицы (электроны или ионы), которые в нем перемещаются. В таком случае сила Ампера является результирующей всех сил, действующих на отдельные движущиеся заряженные частицы.

Определим силу, которая действует на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Пусть на проводник длиной l, по которому течет ток I и который находится в магнитном поле с индукцией B, действует сила FA = BIlsina. Но сила тока определяется по формуле I = envS. Тогда FA = nevSBlsina, где произведение Sl — объем проводника, N = nSl — количество заряженных частиц, движущихся в этом проводнике. Тогда силу, которая действует на одну подвижную частицу, можно определить, разделив силу которая действует на все частицы, на общее количество движущихся заряженных частиц N.

Направление силы Лоренца, как и силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная к скорости движения заряда, входила в ладонь, а выпрямленные четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90 ° большой палец покажет направление силы Лоренца Fл. которая действует на заряд, помещенный в магнитное поле (рис. 61).

При этом нужно помнить, что это справедливо для положительно заряженных частиц. Если определяется направление силы Лоренца, действующей на электрон (или другую отрицательно заряженную частицу), то при применении правила нужно менять направление скорости движения на противоположное.

Действие силы Лоренца применяется во многих приборах и технических установках. Так, смещение электронного луча, «рисует» изображение на экране кинескопа телевизора или монитора, осуществляется магнитным полем специальных катушек, в которых проходит электрический ток, изменяющийся по определенному закону. В научных исследованиях используются так называемые циклические ускорители заряженных частиц, в которых магнитное поле мощных электромагнитов удерживает заряженные частицы на круговых орбитах.

Это интересно знать

Исследование магнитного поля тока

1. «Правило пловца». В 1820 г. в Женеве на собрании естествоиспытателей Араго увидел повторение опытов Эрстеда. И, вернувшись во Францию , решил ознакомить с ними своих соотечественников. Для этого он сконструировал нехитрую установку с вольта -ным столбом и продумал ход экспериментов.

Чтобы стрелка компаса легче вращалась, он обострил опорную иглу, включил ток, и магнитная стрелка начала отклоняться серебряным проводником с током от своего направления. Но что это? Араго протирает серебряный проводник и снимает с него прилепленные металлические опилки. Потом кладет проводник снова на стол, и опилки сразу же прилипают к нему… Араго выключает ток, и опилки осыпаются с серебряного проводника, включает — они облепляют проводник, словно серебро стало магнитом! Счастливое открытие, значение которого Араго понял сразу.

В тот момент, когда Араго закончил опыт, послышался стук в дверь. Араго выглянул в окно и увидел Ампера — академик Андре Мари Ампер — самый гениальный и найрозсияниший из его друзей. Показать Ампера свидетельствовал о том, что ученый уже давно вышел из дома, бродя по улицам Парижа и размышляя над своими гениальными открытиями.

Ампер вошел в комнату, где Араго проводил свои опыты. «Я вижу, что Вы занимаетесь гальваническими опытами», — отметил Ампер. «Вы правы. Я воспроизвел опыт Эрстеда, и, как мне кажется, наткнулся на новое явление. Возможно заинтересует Вас», — ответил Араго. Он снова замыкает круг и приближает проводник к опилок, которые облепляют проводник, а когда выключает ток, то опилки высыпаются на ладони Ампера. Радостный ученый восклицает: «Прекрасно, это только лишний раз доказывает, что я прав. Заряды, которые находятся в покое, не взаимодействуют с магнитной стрелкой» Ампер продолжает: «А как Вам кажется, будут взаимодействовать два проводника с током, как магниты?»

Не дожидаясь ответа, Ампер получается из квартиры Араго, у него в голове вызревает новая гениальная мысль. Ученый шагает набережной Сены, находясь в таком радостном и счастливом состоянии, бывает только тогда, когда становится понятным то, над чем долго и упорно работаешь и думаешь. Вдруг Ампер обращает внимание на мальчиков, которые в реке плавали по течению, весело перекликаясь, и здесь ученому приходит в голову гениальная мысль о простом правиле, с помощью которого можно всегда определить отклонение магнитной стрелки электрическим током. Он решил назвать это правило «правилом пловца». Если человек будет плести по течению, направление которой совпадает с направлением тока, то пловец всегда будет видеть, что северный конец магнитной стрелки отклоняется под действием этого тока вправо. Браво Ампер! Ученый оглянулся: как хорошо было бы все это нарисовать здесь, поставить стрелки, определить направления. Вот и кусочек мела нашелся в кармане, а вот и черная доска. Прохожие парижане начали удивленно вращаться на пожилого (не очень опрятно одетого) джентльмена, который с большим увлечением расписывал мелом… заднюю стенку черной кареты. 18 июня 1820 на заседании Парижской академии наук А. Ампер начал свою знаменитую серию докладов с электромагнетизма.

Загрузка...
Мы в Google+