Магнитное поле и его свойства. Магнитная индукция. Сила Ампера. Работа при перемещении проводника в магнитном поле. Намагничивание веществ, страница 11

 

Если токи в проводниках и имеют одинаковые направления, то проводники притягиваются с равными по величине силами и. Наличие этих сил объясняется тем, что второй проводник находится в магнитном поле первого проводника, которое и создает силу.  Очевидно, что сила в свою очередь создается магнитным полем второго проводника.

Изменяя силу тока в проводниках и расстояние межу ними, можно показать на опыте, что сила, действующая на отрезок L длинного провода, прямо пропорциональна произведению сил токов, длине и обратно пропорциональна расстоянию между ними:

       (1)

Изменяя среду, в которой находятся проводники, можно установить, что сила  зависит от окружающей среды. Следовательно, коэффициент пропорциональности зависит как от выбора единиц, так и от среды. Для упрощения ряда формул этот коэффициент в представляют в виде и формула (1) принимает вид:

     (2)

Здесь по прежнему определяется выбором единиц и свойствами среды.

Величину  выражающую зависимость силы взаимодействия электрических токов от среды, называют магнитной проницаемостью среды.

Для силы взаимодействия токов в вакууме формулу (2) можно записать в виде:

     (3)

Здесь называется магнитной постоянной; ее значение определяется выбором единиц.

Если под и  подразумевать силы взаимодействия одних и тех же токов в какой-либо среде и в вакууме, то, разделив почленно (2) на (3), получим:

         (4)

Где  – относительная магнитная проницаемость среды – отвлеченное число. Относительная магнитная проницаемость показывает во сколько раз сила взаимодействия токов в данной среде больше, чем в вакууме.

Опыты показали, что среда может как усиливать взаимодействие токов, так и ослаблять его по сравнению с вакуумом. Поэтому величина  может быть как больше, так и меньше единицы. Значение  определяют опытным путем и при расчетах берут из таблиц.

Из (4) следует, что:

      (5)

8 Определение ампера. Магнитная постоянная.

В Международной системы единиц формула (3) была использована для определения единицы силы тока – ампера. При одинаковых токах в проводниках она имеет вид:

       (3а)

Из (3а) следует, что если поместить два параллельных проводника с равными токами в вакууме на определенном расстоянии и задать силу, которая должна действовать на единицу длины каждого из них, то сила тока в этих проводниках будет иметь строго определенное значение. Таким образом, и был определен Ампер: Ампером называют силу тока, текущего в каждом из двух бесконечно длинных параллельных проводников, находящихся в вакууме на расстоянии 1м друг от друга, которая вызывает силу в 2×10^-7Н, действующую на каждый метр длины проводника.

Найдем теперь числовое значение магнитной постоянной.

Из (За) видно, что:

Подставляя сюда значения, соответствующие определению ампера, получим:

Единицы и называют генри на метр (Гн/м).

9 Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током. Силовая характериcтика магнитного поля

Поместим подвижный проводник с током  между полюсами подковообразного магнита, как показано на рис. 13. Под действием магнитной силы (ее называют силой Ампера) этот проводник втягивается в промежуток между полюсами. При перемене направления тока проводник движется в обратную сторону.

Направление силы , действующей на прямолинейный проводник с током в магнитном поле, определяется правилом левой руки: Если расположить левую руку вдоль проводника так чтобы четыре пальца указывали направление тока в нем, то отогнутый большой палец будет указывать направление силы, действующей на проводник с током.

Ампер показал, что сила прямо пропорциональна длине проводника и силе тока в нем . Она зависит еще и от угла между направлением тока и направлением линий индукции в том месте, где находится проводник (рис. 15).

Оказалось, что сила пропорциональна . И имеет максимальное значение, когда проводник перпендикулярен к линии индукции поля. Таким образом, сила Ампера выражается формулами:

       (6)

(6а)

Мнoжитель в формулах (6) и (6a) выражает зависимость силы Ампера от магнитного поля, в которое помещен проводник с током.