Взаимодействие токов

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

Магнитное поле

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

Однако опыт показывает, что если заряды движутся, то между ними возникают дополнительные силы разного характера. Так как электрический ток есть движение зарядов, то такие же силы должны возникать и между двумя токами. И опыт это подтверждает.

Если взять два параллельных проводника с током, то окажется, что проводники будут притягиваться, если ток в них течет в одном направлении, и отталкиваться, если ток течет в противоположных направлениях:

Рис. 1. Взаимодействие двух проводников с током.

Этот опыт показывает, что как вокруг покоящегося заряда возникает электрическое поле, так и вокруг проводника с током возникает силовое поле, называемое магнитным. Взаимодействие электрических токов есть проявление магнитного поля.

Свойства магнитного поля

Свойства магнитного поля изучались в первой половине 19 века. Г. Эрстед и А. Ампер. Было обнаружено, что магнитное поле создается проводниками с током, и это то самое поле, которое вызывает дрейф стрелки компаса.

В качестве направления линий магнитной индукции было выбрано направление, указывающее на северный полюс магнитной стрелки. Опыт показывает, что линии магнитной индукции проводника с током представляют собой окружности, выстилающие проводник, которые тем плотнее, чем ближе они к проводнику (т е магнитное поле ослабевает с расстоянием).

Классическим правилом 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 движения вектор магнитной индукции.

В современном мире буравчик применяется редко, поэтому гораздо удобнее эквивалентное правило захвата правой рукой: если большой палец правой руки, сжимая проводник, указывает направление тока, то остальные пальцы укажут направление тока направление индукционных линий.

Рис. 2. Правило хвата правой рукой.

В отличие от электрического поля линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца. Таким образом, магнитное поле представляет собой вихрь. Теория не запрещает существование источников линий магнитной индукции — магнитных зарядов, однако в действительности такие заряды еще не обнаружены.

Позднее в работах Дж. Максвелла было показано, что магнитное поле, как и электрическое поле, являются различными проявлениями 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 (позже названная силой Ампера), равная произведению силы тока в проводнике, модуля магнитной индукции, длины проводника и синуса угол между направлениями вектора магнитной индукции.

Формула закона Ампера:

F= I |\overrightarrow B| ∆l sin α

Для определения направления силы Ампера используется правило левой руки: если левая рука расположена так, что линии магнитной индукции входят в ладонь, а четыре пальца указывают направление тока, то большой палец укажет направление силы ампера.

Рис. 3. Правило левой руки.

Поделиться:
×
Рекомендуем посмотреть