3.3.3 Сила Ампера, её направление и величина

В пункте 3.3.2 мы говорили, что электрический ток создаёт магнитное поле. Теперь рассматриваем обратную сторону связи: магнитное поле действует на проводник с током.

Сила Ампера - сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

Если участок прямого проводника длиной $l$ находится в однородном магнитном поле с индукцией $\vec{B}$, то модуль силы Ампера равен

где:

• $F_A$ - модуль силы Ампера;
• $I$ - сила тока в проводнике;
• $B$ - модуль магнитной индукции;
• $l$ - длина участка проводника, находящегося в магнитном поле;
• $\alpha$ - угол между направлением проводника, то есть направлением тока, и вектором $\vec{B}$.

Из формулы видно: сила Ампера тем больше, чем больше ток, индукция поля и длина участка проводника в поле.

Роль угла

Множитель $\sin \alpha$ показывает, что действует только та часть магнитного поля, которая перпендикулярна проводнику.

Частные случаи:

• если проводник перпендикулярен линиям магнитной индукции, то $\alpha =90^{\circ }$ и

• если проводник параллелен линиям магнитной индукции, то $\alpha =0^{\circ }$ и

Важно

Если ток направлен вдоль магнитного поля, сила Ампера на прямой участок проводника не действует.

Направление силы Ампера

Сила Ампера направлена перпендикулярно и к направлению тока, и к направлению магнитного поля. Поэтому её направление нельзя определить только по формуле для модуля.

Для направления используют правило левой руки:

1. расположи левую руку так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь;
2. четыре вытянутых пальца направь по току;
3. отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера.

На схеме магнитное поле направлено от наблюдателя в плоскость рисунка, ток идёт вправо, поэтому сила Ампера направлена вверх.

Что физически происходит

В металлическом проводнике ток связан с направленным движением свободных электронов. Магнитное поле действует на движущиеся заряды, а через них - на весь проводник. Поэтому проводник может смещаться, если он не закреплён.

В школьной теории для ЕГЭ обычно не выводят силу Ампера из движения электронов подробно. Главное знать:

• магнитное поле действует на проводник только при наличии тока;
• направление силы задаётся правилом левой руки;
• модуль силы вычисляется по формуле $F_A=IBl\sin \alpha$.

Не путать

• Опыт Эрстеда: ток создаёт магнитное поле. Сила Ампера: магнитное поле действует на проводник с током.
• Направление $\vec{B}$ не совпадает с направлением силы Ампера. Сила перпендикулярна к направлению поля и к направлению тока.
• В формуле $l$ - длина той части проводника, которая находится в магнитном поле.
• Если проводник расположен вдоль линий магнитной индукции, сила Ампера равна нулю.
• Правило левой руки для силы Ампера применяют к направлению тока, а не к направлению движения электронов.

Коротко

Сила Ампера - сила действия магнитного поля на проводник с током. Её модуль равен $F_A=IBl\sin \alpha$, где $\alpha$ - угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. Направление силы находят по правилу левой руки: линии $\vec{B}$ входят в ладонь, четыре пальца направлены по току, большой палец показывает ${\vec{F}}_A$.