2. Магнітне поле електричного струму

Н авколо провідника зі струмом утворюється магнітне поле, і роз­міщена поблизу провідника магнітна стрілка, яка вільно обертається, прагнутиме зайняти положення, перпендикулярне до площини, що проходить вздовж провідника. У цьому легко переконатися, провівши такий дослід. В отвір у горизонтально розміщеному листі картону вставляють прямолінійний провідник і пропускають по ньому струм. На картон насипають залізні ошурки й пере-конуються в тому, що во­ни розташовуються концентри-ними колами зі спільним центром у точ­ці перетину провідником картонного листа (рис. 18, а). Магнітна стріл­ка, підвішена на нитці поряд з провідником, займе положення, показа­не на рис. 18, а. Зі зміною напрямку струму у провіднику, магнітна стрілка повернеться на кут 180°, залишаючись у положенні, перпенди­кулярному до площини, що проходить вздовж провідника. Залежно від напрямку струму у провіднику напрямок магнітних ліній утворе­ного ним магнітного поля визначається правилом свердлика, яке фор­мулюється так: якщо поступальний рух свердлика збігається з напрям­ком струму у провіднику, то обертальний рух його ручки показує на­прямок магнітних ліній поля, що утворюється навколо цього провідника.

Якщо по дроту, зігнутому у вигляді кільця, пропустити струм, то під дією його також виникає магнітне поле. Зігнутий спірально дріт, що складається з кількох витків, розташованих так, що їхні осі збі­гаються (рис. 18, б), називається соленоїдом. Під час прохо­дження струму через обмотку соленоїда або через один виток дроту збуджується магнітне поле, напрямок якого також визначається пра­вилом свердлика. Якщо розмістити вісь свердлика перпендикулярно до площини кільцевого провідника або вздовж осі соленоїда й оберта­ти ручку свердлика за напрямком струму, то поступальний рух сверд­лика покаже напрямок магнітних ліній поля соленоїдного кільця. Магнітне поле, викликане струмом соленоїдної обмотки аналогіч­не магнітному полю постійного магніта, тобто кінець соленоїда, з яко­го виходять магнітні лінії, є його північним полюсом, а протилежний кінець — південним. Напрямок магнітного поля залежить від напрям­ку струму і в разі зміни напрямку струму в прямолінійному провідни­ку або в котушці зміниться також напрямок магнітних ліній поля, яке збуджується цим струмом. Однорідне магнітне поле в усіх точках має однаковий напрямок і однакову інтенсивність. В іншому випадку поле називається неоднорідним. Однорідне магнітне поле графічно зображають паралельними лініями однакової густини, наприклад у повітряному зазорі між двома різнойменними паралельно розміщени­ми полюсами магніту.

3. Провідник зі струмом у магнітному полі. Магнітна індукція

Я кщо провідник, по якому протікає електричний струм, внести в магнітне поле магніту, то внаслідок взаємодії магнітного поля та провідника зі струмом провідник буде переміщуватись у той чи той бік. Напрямок переміщення провідника залежить від напрямку стру­му в ньому і від напрямку магнітних ліній поля.

Припустимо, що в магнітному полі магніту N — S (рис. 19, а) зна­ходиться провідник, розміщений перпендикулярно до площини рисунка: по провіднику протікає струм у напрямку від нас за площину рисунка. Струм, що йде від площини рисунка до спостерігача, позна­чається умовно точкою, а струм, що направляється за площину рисун­ка від спостерігача — хрестом. Від дії струму навколо провідника утворюється своє магнітне поле. Застосувавши правило свердлика, легко переконатися, що в розглядуваному випадку напрямок магніт­них ліній цього поля збігається з напрямком руху годинникової стріл­ки. Від взаємодії магнітного поля магніту і поля, утвореного струмом, утворюється результуюче магнітне поле (рис. 19, б). Густина магніт­них ліній результуючого поля з обох боків провідника різна. Справа від нього магнітні поля, маючи однаковий напрямок, додаються, а зліва спрямовані зустрічно поля частково взаємно знищуються. Отже,, на провідник діятиме сила, яка буде більшою справа і меншою зліва. Під дією більшої сили провідник переміщуватиметься в напрямку сили F. Зміна напрямку струму в провіднику обумовить зміну напрям­ку магнітних ліній навколо нього, внаслідок чого зміниться і напря­мок переміщення провідника.

Для визначення напрямку руху провідника в магнітному полі можна скористатися правилом лівої руки, яке формулюється так: якщо ліву руку розмістити так, щоб магнітні лінії пронизували долоню, а витягнуті чотири пальці показували напрямок струму в провіднику, то відігнутий великий палець покаже напрямок руху про­відника (рис. 19, в).

Сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, залежить від сили струму у провіднику та інтенсивності магнітного поля. Ін­тенсивність магнітного поля характеризується магнітною ін­дукцією В. Одиниця вимірювання магнітної індукції — тесла (Тл = В · с/м²).

Про магнітну індукцію можна судити за силою дії магнітного поля на провідник зі струмом, що розміщений у цьому полі. Якщо на про­відник довжиною 1 м зі струмом силою 1 А, розміщений перпендику­лярно до магнітних ліній у рівномірному магнітному полі, діє сила 1 Н (ньютон), то магнітна індукція такого поля становить 1 Тл. Магнітна індукція є величиною векторною, її напрямок збігається з напрямком магнітних ліній, причому в кожній точці поля вектор магнітної індук­ції спрямований по дотичній до магнітної лінії. Сила F, що діє на про­відник зі струмом у магнітному полі, прямо пропорційна магнітній індукції В, силі струму в провіднику І та довжині провідника l: F = ВІl. Ця формула справедлива лише в тому випадку, коли провідник зі струмом розміщений перпендикулярно до магнітних ліній рівномір­ного магнітного поля. Якщо провідник зі струмом знаходиться в маг­нітному полі під якимсь кутом а відносно магнітних ліній, то сила, що діє на провідник,

F = ВІl sinα.

Якщо провідник буде розміщений вздовж магнітних ліній, то сила F дорівнюватиме нулеві, оскільки α = 0.