Закон Ампера

Магнитное поле действует на все участки проводника с током. Закон, определяющий силу, действующую на отдельный участок проводника, был установлен в 1820 году А. Ампером.

Ампер проводил опыты с замкнутыми проводниками, меняя их форму и расположение.

На помещенный в однородное магнитное поле подковообразного магнита проводник с током действует сила со стороны поля. Ее называют силой Ампера F_A.

Ампер показал, что сила F_A прямо пропорциональна длине проводника l и силе тока в нем I, а также от угла α между направлением тока и направлением линий индукции. F_A максимальна тогда, когда проводник перпендикулярен линиям индукции.

По закону Ампера:

Направление силы, действующей на проводник с током, определяется по правилу левой руки:

Если расположить левую руку вдоль проводника так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали на направление тока, то отогнутый большой палец покажет направление силы, с которой магнитное поле действует на проводник.

F_A перпендикулярна плоскости, образованной вектором В и проводником с током.

Под действием силы Ампера проводник втягивается (на рис.) в промежуток между полюсами.

Перемещение проводника с током под действием F_A замечательно тем, что при этом происходит превращение электрической энергии в механическую. Это явление лежит в основе принципа действия электродвигателей.

Однородное магнитное поле внутри соленоида или между разноименными полюсами магнита действует и на рамку с током. В однородном магнитном поле на замкнутый контур действует пара сил, которые вызывают вращательное действие и поворачивают его.

Так как на проводник с током в магнитном поле действуют силы, то, очевидно, при перемещении этого проводника будет совершаться работа.

E I F_A l

А = F_A • b = B I l • b l • b = ∆ S

B∆ S = ∆ Ф

- работа при перемещении проводника с током в магнитное поле.

Электроизмерительные приборы

Ориентирующее действие магнитного поля на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах и вольтметрах.

Такой измерительный прибор устроен следующим образом: (рис. 139 учебник «Физика» 10 класс).

На легкой алюминиевой рамке прямоугольной формы с прикрепленной к ней стрелке намотана катушка. В положении равновесия ее удерживают 2 пружины. Катушку помещают между полюсами постоянного магнита с наконечником специальной формы. Внутри катушки расположены цилиндр из мягкого железа.

Такая конструкция обеспечивает рациональное направление линий индукции там, где находятся витки катушки. В результате, при любом положении катушки силы со стороны магнитного поля, действующие на нее, максимальны и при неизменной силе тока, постоянны. Силы, действующие на катушку с током, поворачивают ее до тех пор, пока не уравновесятся силами упругости пружины.

Т.к. силы, действующие со стороны магнитного поля пропорциональны, то по углу поворота катушки можно определить I, если проградуировать прибор. Для этого надо установить, каким углам поворота стрелки соответствуют известные значения силы тока.

Применение закона Ампера – громкоговоритель.

Громкоговоритель

Громкоговоритель служит для возбуждения звуковых волн под действием переменного электрического тока, меняющегося со звуковой частотой.

В электрическом громкоговорителе (динамике) используется действие магнитного поля постоянного магнита на переменный ток в подвижной катушке (рис. 141 стр. 159 учебник «Физика» 10 класс).

Звуковая катушка ЗК расположена в зазоре постоянного магнита. С катушкой жестко связан бумажный конус – диафрагма Д.

Диафрагма укреплена на упругих подвесках, благодаря которым можно вместе с катушкой совершать колебание.

По катушке протекает переменный ток с частотой, равной звуковой частоте от микрофона или с выхода радиоприемника, магнитофона и т.д.

Под действием F_A катушка колеблется вдоль оси громкоговорителя в такт с колебанием тока. Колебания передаются диафрагме, и поверхность диафрагмы излучает звуковые волны.