Образовака🌡️ Физика11 классОсновы электродинамики

Взаимодействие токов

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 244.

Практически все электрические механизмы, существующие в мире, работают благодаря способности электрических токов взаимодействовать друг с другом. Познакомимся кратко с этим явлением, отметим его основные особенности.

Магнитное поле

Из курса физики в 11 классе известно, что между неподвижными электрическими зарядами существуют силы взаимного притяжения или отталкивания, называемые кулоновскими, по имени открывшего их ученого.

Однако опыт показывает, что если заряды движутся, то между ними возникают дополнительные силы другой природы. Поскольку электрический ток — это движение зарядов, то эти же силы должны возникать и между двумя токами. И опыт это подтверждает.

Если взять два параллельных проводника токов, окажется, что проводники будут притягиваться друг к другу, если ток в них будет течь в одном направлении, и отталкиваться, если ток будет течь в противоположных направлениях:

Рис. 1. Взаимодействие двух проводников с током.

Этот опыт показывает, что подобно тому, как вокруг покоящегося заряда возникает электрическое поле, вокруг проводника с током также возникает силовое поле, которое называется магнитным. Взаимодействие электрических токов — это проявление магнитного поля.

Свойства магнитного поля

Свойства магнитного поля изучались в первой половине XIX в. Х. Эрстедом и А. Ампером. Было установлено, что магнитное поле порождается проводниками с током, и это то самое поле, которое заставляет отклоняться стрелку компаса.

В качестве направления линий магнитной индукции было выбрано направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки. Опыт показывает, что линии магнитной индукции проводника с током представляют собой окружности, охватывающие проводник, лежащие тем гуще, чем они ближе к проводнику (то есть магнитное поле слабеет с расстоянием).

Классическим правилом для определения направления линий магнитной индукции является правило буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление вектора магнитной индукции.

В современном мире буравчик используется редко, поэтому гораздо удобнее эквивалентное ему правило обхвата правой рукой: если большой палец правой руки при обхвате проводника указывает направление тока, то остальные пальцы укажут направление линий индукции.

В отличие от электрического поля, линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца. Магнитное поле, таким образом, является вихревым. Теория не запрещает существование источников линий магнитной индукции — магнитных зарядов, однако в реальности такие заряды пока не обнаружены.

Впоследствии в работах Дж. Максвелла было показано, что магнитное поле, как и электрическое, — это различные проявления более фундаментального электромагнитного поля.

Закон Ампера

Закон, определяющий силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, был открыт А. Ампером в 1820 г.

На проводник с током в магнитном поле действует сила (названная впоследствии силой Ампера), равная произведению тока в проводнике, модуля магнитной индукции, длины проводника и синуса угла между направлениями вектора магнитной индукции.

Формула закона Ампера:

$$F= I |\overrightarrow B| Δl sin \alpha$$

Для определения направления силы Ампера используется правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца указывали бы направление тока, то большой палец укажет направление силы Ампера.

Что мы узнали?

Проводники с током взаимодействуют друг с другом с помощью магнитного поля. Это поле порождается движущимися электрическими зарядами и любым проводником с током. Сила взаимодействия токов называется силой Ампера. Ее модуль определяется по закону Ампера, а направление — мнемоническим правилом левой руки.