Изучение нового материала. Сила Ампера.

Сила Ампера.

Магнитное поле действует на все участки проводника с током. Зная силу, действующую на каждый малый участок проводника, можно вычислить силу, действующую на весь замкнутый проводник в целом.

Закон, определяющий силу, действующую на отдельный небольшой участок проводника (элемент тока), был установлен в 1820 г. А. Ампером. Так как создать обособленный элемент тока нельзя, то Ампер проводил опыты с замкнутыми проводниками. Меняя форму проводников и их расположение, он сумел установить выражение для силы, действующей на отдельный элемент тока.

Выясним экспериментально, от чего зависит сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Это позволит нам дать определение модуля вектора магнитной индукции, а затем найти силу Ампера.

Запишем тему урока.

Запись темы на доске: «Сила Ампера»

Изучение нового материала.

12 мин

Действие магнитного поля на проводник с током будем изучать на следующей установке.

Свободно подвешенный горизонтально проводник находится в поле постоянного подковообразного магнита. Поле магнита сосредоточено в основном между его полюсами, поэтому магнитная сила действует практически только на часть проводника длиной , расположенную непосредственно между полюсами. Сила измеряется с помощью специальных весов, которые соединяют с проводником двумя стерженьками. Она направлена горизонтально, перпендикулярно проводнику и линиям магнитной индукции.

Увеличиваем силу тока в 2 раза, Что видим?

Добавив еще один такой же магнит, мы в 2 раза увеличим размеры области, где существует магнитное поле, и тем самым в 2 раза увеличим длину части проводника, на которую действует магнитное поле. Что наблюдаем?

И наконец, меняем наклон подставки, на которой находятся магниты, так, чтобы изменялся угол между проводником и линиями магнитной индукции. Когда сила достигает максимального значения F_m?

Вывод: сила Ампера зависит от угла, образованного вектором с проводником.

Итак, максимальная сила, действующая на отрезок проводника длиной Δl, по которому идет ток, прямо пропорциональна произведению силы тока на длину участка

Этот опытный факт можно использовать для определения модуля вектора магнитной индукции. В самом деле, поскольку, то отношение не будет зависеть ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника. Именно поэтому это отношение можно принять за характеристику магнитного поля в том месте, где расположен участок проводника длиной Δl.

Модуль вектора магнитной индукции определяется отношением максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого отрезка:.

Магнитное поле полностью характеризуется вектором магнитной индукции. В каждой точке магнитного поля можно определить направление вектора магнитной индукции и его модуль, если измерить силу, действующую на отрезок проводника с током.

Модуль силы Ампера. Пусть вектор магнитной индукции составляет угол α с направлением отрезка проводника с током (элементом тока). (За направление элемента тока принимают направление, в котором по проводнику идет ток.) Опыт показывает, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, не оказывает никакого действия на ток. (Показ опыта). Модуль силы зависит лишь от модуля составляющей вектора, перпендикулярной проводнику, т. е. от B_┴ = В sinα, и не зависит от составляющей B_II, направленной вдоль проводника.

Максимальная сила Ампера равна: ей соответствует угол α =. При произвольном значении угла α сила пропорциональна не В, а составляющей B_┴ = В sin α. Поэтому выражение для силы F, действующей на малый отрезок проводника Δ l, при силе тока в нем I, со стороны магнитного поля с индукцией В, составляющей с элементом тока угол, имеет вид

F = I │B│Δl sin α.

Это выражение называют законом Ампера. Сила Ампера равна произведению модуля силы тока, вектора магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла между направлениями векторов магнитной индукции и тока.