Магнітне поле електричного струму.

Між нерухомими електричними зарядами діють сили, що визначаються законом Кулона. Але між електричними зарядами можуть діяти сили й іншої природи. В 1820 р. датський фізик Г. X. Ерстед (1777— 1851) вперше помітив відхилення магнітної стрілки, яка була біля провідника, по якому пропускали струм внаслідок чого він зробив висновок, що всякий електричний струм створює навколо себе магнітне поле.

Для цього він розмістив магнітну стрілку біля провідника, по якому протікав електричний струм, і в результаті виявив дію електричного струму на магнітну стрілку: коли провідник зі струмом був пара­лельний до стрілки, то вона відхилялася в один бік, а коли напрямок струму змінювали, маг­нітна стрілка відхилялася в протилежний бік мал.1.1.

Після Ерстеда це явище почали вивчати й інші вчені, але лише Ампер узагальнив велику кількість експериментальних результатів і зазначив як установлений фундаменталь­ний факт, що два паралельні прямолінійні провідни­ки, по яких протікають постійні струми, притягу­ються один до одного, якщо струми напрямлені в один бік (мал. 1.2, а), і відштовхуються, якщо їх напрям­ки протилежні (мал. 1.2, б).

Ампер також створив математичну теорію явища і вивів загальну формулу, за якою можна визначити силу взаємодії струмів.

Виникло наступне питання, оскільки провідники розміщені на певній відстані і не доторкаються один з одним, то через що відбувається силова взаємодія? На основі узагальнення відкритих явищ — дії струму на магнітну стрілку, дії магніту на струм — Ампер встановив: електричний струм утворює навколо себемагнітне поле, через яке і відбувається взаємодія.

Таку взаємодію між провідниками зі струмом, тобто взаємодію між рухомими електричними зарядами, називають магнітною. Сили, з якимипровідники зі струмом діють один на одного, називають магнітними силами.

Тобто, так само, як і в просторі, що оточує нерухомі електричні заряди,виникає електричне поле у просторі, що оточує струми, виникає магнітне. Електричний струм в одному з провідників створює навколо себе магнітнеполе, яке діє на струм у другому провіднику. А поле, створене другим струмом, діє на перше. Аналізуючи вище наведене, потрібно наголосити, що магнітне поле – матеріальне.

Ампер встановив закон ме­ханічної взаємодії двох елементів струмів, які містяться на певній відстані один від одного. Характер дії магнітного поля на електричний струм різний, залежно від форми провідника, по яко­му тече струм, розміщення провідника в магнітному полі та напрямку струму в провіднику. Тому для ха­рактеристики магнітного поля потрібно розглядати його дію на деякий цілком визначений струм. При цьому вважатимемо, що провідники, по яких течуть струми, перебувають у вакуумі. Для визначення властивостей маг­нітного поля скористаємось його дією на елемент струму. Елемент струму - поняття абстрактне. Елементом струму будемо вважати нескінченно малий провідник , по якому протікає струм . Елемент струму є вектором, напрям його співпадає із напрямом струму. В найбільш загальному випадку елементи струму та лежать в різних площинах, як це зображено на мал.1.3.

Закон, що описує взаємодію двох елементів струму, названо законом Ампера. Сформулюємо його словесно: сила , з якою діє перший елемент струму на другий , прямо пропорційна добуткові елементів струмів, обернено пропорційна квадратові відстані між ними і зале­жить від взаємної орієнтації цих еле­ментів.

Математично в скалярній формі закон Ампера для випадку розміщення двох елементів струму зображеного на малюнку записується так:

, (1.1.)

де - магнітна стала, - модуль радіус вектора проведеного від першого елемента струму до другого, - кут між першим елементом струму та радіус-вектором, - кут між другим елементом струму та вектором нормалі до площини S, положення вектора нормалі визначається за правилом правого буравчика: якщо буравчик закручувати так, щоб обертальний рух його рукоятки співпадав з напрямком від першого елемента до радіус-вектора, то поступальний рух покаже напрямок нормалі . Напрямок сили також визначатиметься поступальним рухом правого буравчика, обертаючи рукоятки від другого елемента струму до нормалі .

Якщо аналогічно, детальніше провести аналіз і визначити силу , з якою діє другий елемент на перший, то очевидним стане те, що кути та будуть іншими і в результаті цього сили та не будуть паралельними і різними за модулем, тобто у випадку магнітної взаємодії елементів струму не виконується третій закон Ньютона. Це властиве механічним силам немеханічного походження.

. (1.2.)

Силовою характеристикою магнітного поля є напруженість магнітного поля, позначається буквою Н. Напруженість магнітного поля є векторною величиною.

Дата добавления: 2015-08-09