Фізика. 9 клас. Сиротюк

§ 5. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера

Ви вже знаєте, що два провідники, по яких проходить електричний струм, взаємодіють між собою з певною силою. Це пояснюється тим, що на кожний провідник зі струмом діє магнітне поле струму іншого провідника.

Магнітне поле діє з певною силою на будь-який провідник зі струмом, що розміщений у цьому полі. Таку силу називають силою Ампера на честь французького вченого, який дослідив і визначив залежність значення і напрямку цієї сили від умов досліду.

Дослід 1. Підвісимо на приєднаних до джерела струму гнучких провідниках відрізок товстого мідного дроту АВ. Розмістимо його горизонтально між полюсами підковоподібного магніту (мал. 38, а). У цьому разі провідник АВ розміщуватиметься в магнітному полі, що створює навколо себе магніт. Якщо замкнемо електричне коло, провідник АВ почне рухатися, втягуючися до середини магніту (мал. 38, б).

Коли змінимо напрямок електричного струму, то провідник АВ виштовхуватиметься з магніту (мал. 38, в). Таку саму зміну напрямку руху провідника АВ спостерігатимемо, якщо будемо змінювати положення полюсів магніту на протилежне.

Напрямок руху провідника в магнітному полі визначається напрямком сили Ампера, що діє на нього, і залежить від напрямку струму в провіднику та розміщення його відносно полюсів магніту.

На практиці зручно визначати напрямок сили Ампера, що діє на провідник зі струмом, за допомогою правила лівої руки (мал. 38, г).

Мал. 38

Якщо долоню лівої руки розмістити так, щоб чотири випрямлені пальці вказували напрямок струму в провіднику, а лінії магнітного поля входили в долоню, то відігнутий під прямим кутом великий палець укаже напрямок сили Ампера, що діє на провідник зі струмом.

Під час розв’язування задач для визначення сили Ампера потрібно скористатися формулою:

F_A = BIlsinα,

де F_A - сила Ампера, Н; В - індукція магнітного поля, Тл; I - сила струму у провіднику, А; l - довжина провідника; α - кут, під яким провідник довжиною l, по якому проходить струм, розміщений у магнітному полі до вектора магнітної індукції В.

Якщо α = 90°, то формула набуває вигляду:

F_A = BIl.

Практичне значення має обертальний рух провідника зі струмом у магнітному полі як механічна дія електричного струму. На малюнку 39 зображено прилад, на якому можна здійснювати такий рух. У цьому приладі легку прямокутну рамку ABCD насаджено на вертикальну вісь. На рамку намотано кілька десятків витків дроту, покритого ізоляцією. Кінці котушки приєднано до металевих півкілець колектора 2.

Мал. 39

Один кінець дроту приєднано до одного півкільця, а другий - до іншого.

До кожного півкільця притискується металева пластинка-щітка 1. Щітки призначено для підведення струму від джерела струму до рамки. Одна щітка завжди з’єднана з позитивним полюсом джерела, а друга - з негативним.

Ви вже знаєте, що струм у колі напрямлений від позитивного полюса джерела до негативного, отже, в частинах рамки АС і BD він має протилежний напрямок, тому ці частини провідника переміщуватимуться у протилежні боки, і рамка повертатиметься. З поворотом рамки приєднані до її кінців півкільця повернуться разом з нею, і кожне притиснеться до іншої щітки, тому струм у рамці змінить напрямок на протилежний. Оскільки після повороту рамки на 180° одночасно помінялися на протилежні відносно неї і напрямок магнітного поля, і напрямок струму, то напрямки сил Ампера, що діють на частини АС і BD рамки, не зміняться, і рамка продовжуватиме обертатися в тому самому напрямку. Якби колектор 2 не перемикав автоматично напрямок струму в рамці на протилежний, то вона зупинялася б після кожного півоберту.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

• 1. З якого дослідного факту випливає, що магнітне поле має діяти певною силою на вміщений у нього провідник зі струмом?
• 2. Перелічіть, від чого залежить напрямок сили, що діє на провідник зі струмом.
• 3. За якою формулою визначається сила Ампера?
• 4. Який пристрій автоматично змінює напрямок струму в обмотці рамки, що обертається між полюсами магніту?