Сила Ампера

В первоначальной своей формулировке закон Ампера касался взаимодействия двух параллельных проводников с током. Направление силы такого взаимодействия зависит от взаимного направления токов. При одинаково направленных токах проводники притягиваются, при противоположно направленных токах — отталкиваются. Сама же сила получила название силы Ампера.

Закон взаимодействия электрических токов

В момент установления данного закона физика электричества и магнетизма являла собой несколько малосвязанных друг с другом разделов науки: электростатику, гальванизм и магнитизм:

  • Электростатика занималась исследованием взаимодействия заряженных объектов. Примером достижения этой науки является хорошо всем знакомый закон Кулона.
  • Гальванизм изучал токи, возникающие из батарей, сооруженных впервые Гальвани и опробованных в своих опытах Вольтой.
  • Магнитизм был посвящен выяснению свойств магнитов, магнитных свойств железных руд, а также магнитному полю планеты, влияющему на положение стрелки компаса.

Все эти три направления рассматривались изолированно и лишь у некоторых, особенно чутких исследователей, возникала идея об их общем корне. В частности о том, что гальванические токи и электростатические взаимодействия как-то связаны. Закон Ампера стал второй важнейшей вехой на пути построения современной электромагнитной теории.

Первым экспериментальным фактом, давшим повод говорить о единстве электрических и магнитных явлений, стал опыт Эрстеда. Полагая, что гальванический ток может воздействовать на стрелку компаса, он провел неудавшийся публичный опыт, в котором поместил стрелку параллельно идущему по проводу тока. Никакого эффекта это не возымело.

После демонстрации Эрстеду пришла в голову идея установить стрелку перпендикулярно току, и он немедленно получил нетривиальный результат – стрелка отклонилась, а при смене направления тока – отклонилась в обратную сторону. Отсюда был один шаг до открытия закона Ампера, который Ампер практически немедленно и сделал. Ампер впервые ясно осознал взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями: ток порождает магнитное поле, которое, в свою очередь воздействует на ток. Причем направление магнитных сил ортогонально направлению токов.

Действие магнитного поля на участок проводника с током описывается формулой:

Закон Ампера

где, dl – длина участка, B – вектор магнитной индукции, I – сила тока на участке.

Закон Ампера

Из данного выражения и закона Био-Савара нетрудно вывести величину для силы взаимодействия двух проводов:

Закон Ампера

где μ0 – т.н. магнитная постоянная (связанны с выбором системы единиц), а r – расстояние между проводами.

Практические применения силы Ампера

Сила Ампера находит повсеместное применение в электромеханике:

  • Все электродвигатели используют данную силу для вращения ротора.
  • В звукотехнике силой Ампера управляется мембрана громкоговорителя.
  • В процессах прессовки.
  • При управлении плазмой в токомаках.

Словом везде, где нужно превратить энергию электромагнитного поля в механическое действие.