10.3. Закон ампера.

Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее (вращающее) действие. Ампер установил, что сила dF, действущая на элемент проводника dl с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорционально силе тока I в проводнике и векторному произведению элемента длиной dl на магнитную индукцию В:

dF = I.[dl.B]. (10.14.)

Направление вектора dF может быть найдено по общим правилам векторного произведения (правила левой руки). Модуль силы Ампера

dF = I.B.dl.sina, (10.15.)

где a - угол между векторами dl и B.

Рис. 52. Магнитное взаимодействие параллельных и антипараллельных токов.

Имеются два бесконечно длинных прямолинейных проводника с параллельными токами I₁ и I₂, расстояние между которыми равно R. Каждый из проводников создает магнитное поле, которое действует по закону Ампера на другой проводник с током. Определим, с какой силой действует магнитное поле тока I₁ на элемент dl второго проводника с током I₂. Ток I₁ создает вокруг себя магнитное поле, линии которого представляют собой концентрические окружности. Направление вектора В задается правилом правого винта, его модуль

B₁ = (m₀m/4p).(2l₁/R). (10.16.)

Направление силы dF₁, с которой поле В₁ действует на участок dl второго тока, определяется по правилу левой руки. Модуль силы, с учетом того, что угол a между элементами тока I и вектором В прямой, равен

dF₁ = I_2..В₁dl, (10.17)

или подставив значение для В₁, получим

dF₁ = (m₀m/4p).(2I₁I₂/R).dl. (10.18.)

Можно показать, что и сила dF₂, с которой магнитное поле тока I₂ действует на элемент dl первого проводника с током I₁, направлена в противоположную сторону и по модулю равна

dF₂ = I₁.B₂.dl = (m₀m/4p).(2I₁I₂/R).dl. (10.19.)

Сравнение показывает, что dF₁ = dF₂, т.е. два параллельных тока одинакового направления притягиваются друг к другу с силой dF. Если токи имеют противоположные направления, то, между ними действует сила отталкивания. Направление силы притяжения, действующие между двумя проводниками с током одинакового направления, определяется по правилу левой руки.

Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.

Магнитное поле прямолинейного проводника с током обладает осевой симметрией и замкнутые линии магнитной индукции являются концентрическими окружностями, располагающимися в плоскостях, перпендикулярных проводнику, те. векторы B₁ и B₂ магнитной индукции параллельных токов I₁ и I₂ лежат в плоскости, перпендикулярной токам. Из закона магнитного взаимодействия параллельных токов следует, что модуль индукции B магнитного поля прямолинейного проводника с током I на расстоянии R от него выражается соотношением

B = μ₀I/2πR. (10.20.)

Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используется в Международной системе единиц (СИ) для определения единицы силы тока – ампера. Генри (Гн) — единица индуктивности. Единица магнитной индукции — тесла (Тл): 1 Тл — магнитная индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с силой 1 Н на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно направлению поля, если по этому проводнику проходит ток 1 А. Единица напряженности магнитного поля — ампер на метр (А/м): 1 А/м — напря­женность такого поля, магнитная индукция которого в вакууме равна 410^–7 Тл.