Электрическое поле и его напряжённость

Электромагнетизм

Многие явления природы (вспышка молнии, взаимодействия магнитов, атомов в твёрдых телах и пр.) можно объяснить только с точки зрения электромагнетизма.

Электромагнетизм – раздел физики, в котором изучаются электрические и магнитные явления.

· В электромагнетизме явления природы объясняют с помощью понятий электрического заряда (п.5.1.1.1), электрического (п.5.1.1.5) и магнитного (п.5.2.1) полей.

Электрические явления – совокупность явлений, связанных с существованием, движением и взаимодействием электрических зарядов, осуществляемым посредством электрического поля.

Магнитные явления – совокупность явлений, связанных с взаимодействиями между электрическими токами (п.5.1.2.1), между электрическими токами и магнитами и между магнитами, осуществляемыми посредством магнитного поля.

Традиционно электромагнетизм делят на два раздела:

1. Электричество – раздел электромагнетизма, в котором изучаются электрические явления.

2. Магнетизм – раздел электромагнетизма, в котором изучаются магнитные явления.

Электричество

Электростатика

Электростатика – раздел электричества, в котором изучаются взаимодействие и условия равновесия неподвижных относительно ИСО электрических зарядов.

5.1.1.1. Электрический заряд. Электромагнитные
взаимодействия. Электризация тел

Положим бумажку на стол и несколько раз с нажимом проведём по ней пластмассовой палочкой. Можно отметить, что бумажка притягивается к палочке. Значит, в результате трения они приобрели новое свойство или, как говорят, стали наэлектризованными.

Наэлектризованное тело – тело, обладающее свойствами, проявляющимися в электрических явлениях.

Необходима количественная мера свойств наэлектризованного тела.

Электрический заряд (Q; q) – мера свойств наэлектризованных тел, проявляющихся в электрических явлениях [Q] = 1 Кл – кулон.

Взаимодействия наэлектризованных тел относят к электромагнитным взаимодействиям.

Электромагнитное взаимодействие – взаимодействие между электрически заряженными телами и (или) частицами.

Электризация – процесс сообщения телу (либо перераспределения между частями тела) электрического заряда.

· Одним из способов электризации является трение.

· Из опытов известно, что существует два вида электрических зарядов. Их условно называют положительными и отрицательными.

5.1.1.2. Взаимодействие точечных электрических зарядов.
Закон сохранения электрического заряда

Точечный заряд – заряд, расположенный на теле, размеры которого пренебрежимо малы.

С высокой степенью точности заряд, расположенный на небольшом металлическом шарике, можно считать точечным.

Из опытов известно:

1) одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые – притягиваются;

2) наименьший (элементарный) электрический заряд, существующий в природе – заряд электрона е = Кл.

· Заряд тела q = N×е, где N – количество элементарных зарядов е в заряде q.

Электрически замкнутая система тел (ЭЗСТ) – система, тела которой не обмениваются зарядами с внешними телами.

3) Во всех ЭЗСТ выполняется закон сохранения электрического заряда: в электрически замкнутой системе тел полный электрический заряд (сумма величин положительного и отрицательного зарядов) остаётся постоянным.

Значит, электрический заряд не возникает из ничего и не исчезает бесследно и может переходить от одного тела к другому при электромагнитных взаимодействиях.

· Фундаментальный закон сохранения электрического заряда был сформулирован в 1747 г. Бенджамином Франклином (1706–1790, США).

Закон Кулона

Взаимодействие точечных зарядов можно изучать, проводя опыты с небольшими металлическими шариками, подвешенными на тонких нерастяжимых нитях.

В 1785 г. Шарль Кулон (1736–1806, Франция) установил и сформулировал закон, известный как основной закон электростатики (закон Кулона): электрическая (кулоновская) сила F _к взаимодействия двух точечных электрических зарядов q ₁ и q ₂ в вакууме прямо пропорциональна произведению их величин, обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними и направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды.

– коэффициент пропорциональности.

5.1.1.4. Электрическая постоянная.
Диэлектрическая проницаемость среды

В ряде случаев для упрощения расчётов k удобно представлять в виде: . Тогда .

Электрическая постоянная – коэффициент .

· Сила взаимодействия зарядов в среде меньше, чем в вакууме.

Относительная диэлектрическая проницаемость среды (e) – величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в среде (F _с) меньше, чем в вакууме ().

Тогда .

Абсолютная диэлектрическая проницаемость среды – произведение e ₀× e.

Принцип суперпозиции полей

Если взять n точечных электрических зарядов Q₁, Q₂,... Q_n, то они создадут общее электрическое поле. Опыты показали: в точке этого поля на пробный заряд q действует равнодействующая:

.

Принцип суперпозиции (наложения) полей: напряжённость в данной точке электрического поля, созданного системой n точечных зарядов Q _i, равна векторной сумме напряжённостей , созданных в этой точке каждым зарядом .

Электрометр

Электрометр предназначен для измерения заряда и состоит из металлических стержня, полого шарика, оси, стрелки и шкалы, размещённых в корпусе. Тело, несущее заряд q, приводят в соприкосновение с шариком. При этом часть заряда (или весь, если коснуться внутренней поверхности шарика (п.5.1.1.16) переходит на электрометр и распределяется по шарику, стержню, оси и стрелке, её концы отталкиваются от стержня (стержень и стрелка несут одноимённые заряды) и она поворачивается. Угол поворота пропорционален величине сообщенного электрометру заряда.

· Так как j ~ q, электрометром можно измерить и потенциал.

 

 

Разность потенциалов

Известно (п.5.1.1.10), что или , где - разность потенциалов.

· Разность потенциалов измеряют электрометром или вольтметром.

· Работа поля положительна (её совершает поле), когда положительный заряд движется из т.1 в т.2 поля, причем > . В случае движения этого заряда против линий поля ( < ), работа поля будет отрицательна (совершается внешней силой против поля). Графически работа – площадь прямоугольника со сторонами q и ():

· В случае отрицательного заряда (-q) работа будет положительной, если заряд движется против линий поля.

· Для любых двух точек эквипотенциальной поверхности =0 и работа А =0.

5.1.1.14. Связь напряженности и разности потенциалов

Из А = F ×D d и A = q× Þ F ×D d = q× или qЕ ×D d = q× Þ , т. е. напряжённость однородного электрического поля численно равна разности потенциалов на единице длины силовой линии.

Проводники и диэлектрики

Возьмём тела 1, 2, 3 и наэлектризуем тело 1. Соединим тела 1 и 3 телом 2. Если вещества тел 2 и 3 проводят электрический заряд, то тело 3 получит часть заряда.

Электропроводность – способность тела проводить электрический заряд.

По электропроводности можно выделить две большие группы веществ:

1) проводники – вещества, хорошо проводящие электрический заряд (металлы, электролиты, графит и др.);

2) диэлектрики – вещества, не проводящие электрический заряд (дерево, пластмасса, ткань, стекло и др.).

· Полупроводники (п.5.1.3.5) – вещества, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Конденсатор

Конденсатор – система двух проводников (обкладок), разделённых слоем диэлектрика, предназначенная для накопления и хранения заряда.

· Размеры обкладок существенно превышают расстояние между ними.

Возьмём конденсатор. Каждая из его обкладок электрически нейтральна и разности потенциалов между ними нет. Подключим к обкладкам аккумуляторную батарею. Обкладка 1 примет от неё заряд «+ Q» и её потенциал j ₁ станет j ₊, обкладка 2 примет заряд «– Q» и её потенциал j ₂ станет j _–. Этот процесс (зарядка конденсатора) протекает быстро (как правило от долей секунды до нескольких секунд).

 

После окончания зарядки: j ₁ = j ₊ j ₂ = j _– = j ₁ – j ₂

Q₁ = +Q; Q₂ = –Q; .

Тогда ёмкость конденсатора .

Отключим источник напряжения. Конденсатор заряжен, его обкладки несут заряды «+ Q» и «– Q». Соединим их проводником. Заряды «+ Q» и «– Q» нейтрализуют друг друга – произойдёт разрядка конденсатора (это происходит практически мгновенно и, как правило, сопровождается искрой).

· Рабочая разность потенциалов конденсатора не должна приводить к пробою его диэлектрика.

· Ёмкость плоского конденсатора (обкладки – плоские пластины) определяют по формуле: , где S – площадь обкладки; d – расстояние между обкладками.

· Ёмкость конденсатора зависит от его геометрии (d, S) и диэлектрика (e).

· Обкладки расположены близко друг к другу, несут равные по величине и противоположные по знаку заряды, поэтому за их пределами поле практически отсутствует.

Соединение конденсаторов

На практике, для получения определённой ёмкости, конденсаторы соединяют в группы – «батареи».

Последовательное соединение конденсаторов – соединение, при котором после зарядки отрицательно (положительно) заряженная обкладка предыдущего конденсатора соединена с положительно (отрицательно) заряженной обкладкой последующего.

При этом: Q = const, à разность потенциалов крайних обкладок j ₁ – j_n =
= (j ₁ – j ₂) + (j ₂ – j ₃) +... + (j_{n –1} – j_n) или (*).

Из (*) и или

Параллельное соединение конденсаторов – соединение, при котором после зарядки все положительно заряженные обкладки собраны в один узел, все отрицательно заряженные – в другой.

При этом , а заряд на батарее Q_бат = Q₁ +... + Q_n; C _бат = C ₁× +...+ C _n× ; или

5.1.1.21. Энергия электрического поля
заряженного конденсатора

Подключим конденсатор ёмкости С к аккумуляторной батарее. Конденсатор принимает заряд, по мере накопления которого растёт и разность потенциалов на обкладках: q = C× . При этом источник совершает работу по перемещению заряда, которую можно определить графически (п.5.1.1.13). Из графика q = f () видно, что при разности потенциалов конденсатор несёт заряд Q и работа (площадь заштрихованной фигуры) .

Работа, совершаемая источником при зарядке конденсатора от 0 до , идёт на увеличение энергии поля заряженного конденсатора от 0 до W_c, т. е.

.

Объёмная плотность энергии поля (w) – отношение энергии W поля к его объёму V.

· Для плоского конденсатора .

Законы постоянного тока

Сила тока. Плотность тока

Пусть по проводнику протекает электрический ток. Значит, от клеммы «+» к клемме «–» в течение времени D t переместится заряд DQ. Он может быть разной величины, т. е. ток может быть разной силы.

Сила тока (I) – скорость прохождения заряда Q через поперечное сечение проводника.

– ампер

· Силу тока измеряют амперметром.

Плотность тока (j) – отношение силы тока I к площади поперечного сечения S проводника (площадь сечения перпендикулярна к направлению тока).

Заряд DQ, проходящий через поперечное сечение проводника S за время D t, состоит из элементарных зарядов q, расположенных равномерно по всему объёму проводника V.

Тогда DQ = q×N = q×n×V = q×n×S ×l,

где N – количество зарядов q в заряде DQ;

n – объёмная концентрация зарядов q в проводнике;

,

l – длина области V.

где – скорость направленного движения зарядов q в проводнике;

– вектор, сонаправленный с .

При прохождении по проводнику носители зарядов сталкиваются с ионами его кристаллической решётки и часть энергии электрического поля теряется (переходит во внутреннюю энергию проводника).

Электродвижущая сила

Наэлектризуем проводники А и В так, что потенциал j _A > j _B. Соединим их проводником АСВ (нить накала электролампы). Положительный заряд под действием сил электрического поля будет двигаться от т.А к т.В (при этом нить накала будет нагреваться). Как только j _A и j _B сравняются, движение зарядов прекратится. Для поддержания тока необходимо, чтобы положительные заряды каким-то образом возвращались в т.А. Самопроизвольно это не происходит (j _A > j _B), поэтому необходимо наличие сторонних сил , направленных против сил электрического поля. Тогда на участке АСВ носители заряда будут двигаться под действием силы от т.А к т.В, на участке BDA – под действием сторонних сил от т.В к т.А и по замкнутой цепи непрерывно будет протекать ток. Сторонние силы совершают работу по перемещению заряда из т.В в т.А, преодолевая противодействие сил электрического поля и частиц вещества. За счёт работы сторонних сил заряды приобретают энергию и отдают её на участке АСВ, т.е. на участке BDA электрическая энергия появляется из других видов энергии, а на участке АСВ она превращается в другие виды энергии.

Источник электрической энергии – участок цепи, на котором заряды движутся под действием сторонних сил.

Потребитель электрической энергии – участок цепи, на котором заряды движутся под действием сил электрического поля.

При перемещении заряда по замкнутой цепи (от т.А до т.А): работа сил электрического поля . Работу совершают только сторонние силы, причем эта работа идет на преодаление сопротивления движению заряда как в потребителе, так и в источнике электрической энергии.

Электродвижущая сила (ЭДС) источника (e) – отношение работы сторонних сил А _ст по перемещению положительного заряда q по замкнутой цепи к величине этого заряда.

= 1 B – вольт

Если убрать проводник АСВ, то под действием сторонних сил заряды будут перемещаться от т.В к т.А до тех пор, пока j _A не достигнет своего максимально возможного значения, т. е. пока электрические и сторонние силы не сравняются. Значит, ЭДС источника надо измерять при разомкнутой цепи нагрузки.

Закон Ома для участка цепи

Проводя опыты с металлическими проводниками, Георг Ом (1787–1854, Германия) обнаружил, что отношение напряжения, приложенного к проводнику, к силе тока в нём есть величина постоянная (для каждого проводника имеет своё значение): = 1 Ом – ом.

Электрическое сопротивление проводника (R) – величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению по нему электрического тока.

· 1 Ом – сопротивление проводника, по которому при напряжении 1 В течёт ток в 1 А.

· Сопротивление проводника измеряют омметром.

Экспериментально установлена зависимость, известная как закон Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Электрическая проводимость проводника (g) – величина, характеризующая способность проводника пропускать электрический ток.

= 1 Ом^–1 = См – сименс.

Падение напряжения на участке цепи – произведение I×R.

· Напряжение U на концах участка цепи равно падению напряжения I×R на нём, если:

1) на участке цепи нет источников ЭДС;

2) единственный результат прохождения тока – нагревание участка цепи.

 

Закон Ома для всей цепи

Соберём цепь из источника e с внутренним сопротивлением r и потребителя R электрической энергии. При перемещении заряда q по замкнутой цепи (п.5.1.2.3), работа сторонних сил А _ст = А _потр+ А _ист , где - работа по перемещению заряда q по сопротивлению R, IR – падение напряжения на концах сопротивления R, – работа по перемещению заряда q по сопротивлению r, Ir – падение напряжения на источнике e. А _ст = e × q Þ e × q = q×I×R + q×I×r или e = I×R + I×r.

Тогда закон Ома для всей цепи: сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и потребителя.

5.1.2.6. Сопротивление как электрическая
характеристика резистора

Резистор – проводник, предназначенный для преобразования электрической энергии во внутреннюю.

Из опытов известна зависимость сопротивления R проводника постоянного сечения от материала, длины l и площади поперечного сечения S:

,

где r – коэффициент, зависящий от материала проводника.

Удельное сопротивление проводника (r) – сопротивление проводника длиной 1 м при поперечном сечении 1 м²; [ r ] = 1 Ом×м.

· R проводника зависит от его геометрии (l, S) и вещества (r) (сравни с п.5.1.1.19).

Сверхпроводимость

Из °C^–1 и R (t) = R ₀(1+ a ×D t) следует, что при t = –273,15°C
R = 0. В 1911 г. Хейке Камерлинг-Оннес (1853–1926, Голландия) обнаружил, что при понижении температуры ртути до 4,1К её удельное сопротивление скачком падает до 0.

Сверхпроводимость – явление падения удельного сопротивления вещества до 0 при Т, близкой к Т = 0.

В кольце из сверхпроводящего материала электрический ток может существовать сколь угодно долго (потерь энергии нет).

Сверхпроводимость позволяет получать в проводниках небольшого сечения огромные токи, что используют при построении мощных электрогенераторов и магнитов.

· Получены материалы (сплавы ниобий–титан, соединения лантана, бария и других элементов), для которых сверхпроводимость наблюдается при Т = 100 К.

· Хорошие в обычных условиях проводники Cu, Ag, Au, Pt, Li, K, Na сверхпроводимостью не обладают.

 

Электрический ток в газах

Поместим в газ две пластины и подключим к ним источник напряжения. Амперметр покажет I = 0. При н.у. газы – хорошие диэлектрики, т. к. их атомы и молекулы электрически нейтральны.

Для возникновения тока в газе необходимо наличие свободных носителей заряда.

Ионизация – процесс появления свободных носителей заряда в газе.

· Ионизация может происходить под действием тепла, света, рентгеновского излучения и других ионизирующих факторов.

Рекомбинация – процесс исчезновения свободных носителей заряда.

· Ток в газах – упорядоченное движение электронов и ионов.

5.1.3.3.1. Несамостоятельный и самостоятельный
газовые разряды

При наличии ионизирующих факторов газ становится проводником: например, если в воздухе между заряженными пластинами поместить горящую свечу, то можно отметить прохождение тока.

При исчезновении ионизирующих факторов ток прекращается.

Несамостоятельный разряд – явление прохождения электрического тока в газе только при наличии внешнего ионизирующего фактора.

Повышая напряжение на пластинах, можно добиться прохождения тока в газе без внешних ионизирующих факторов. Параметры поля, создающего такой разряд, зависят от природы газа, его чистоты и др.

Самостоятельный разряд – явление прохождения электрического тока в газе без внешних ионизирующих факторов.

· В воздухе при н.у. самостоятельный разряд возникает при Е = 3×10⁶ .

Плазма

Термическая ионизация – явление образования положительного иона и свободного электрона при столкновении молекул газа высокой температуры.

Степень термической ионизации зависит от температуры: например, при Т = 10000 К ионизировано» 10% общего числа атомов водорода, при Т = 20000 К – практически все (» 100%).

Плазма – газ, в котором значительная часть молекул ионизирована.

· Плазма в целом электрически нейтральна.

· При Т = 20000–30000 К любое вещество – плазма.

· Плазма – наиболее распространенное в природе состояние вещества. Из плазмы состоят: Солнце, звёзды, верхние слои атмосферы (ионосфера). Сильно разреженная плазма рассредоточена по всему пространству Вселенной.

Электрический ток в вакууме

Вакуум – идеальный диэлектрик. Для создания тока в него необходимо ввести свободные электроны. Их масса и объём пренебрежимо малы (по сравнению с ионами). Это позволяет считать, что при появлении свободных электронов вакуум не нарушается.

· Ток в вакууме – упорядоченное движение электронов.

Электронно-лучевая трубка

Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) применяют в телевизорах (кинескопы), дисплеях и осциллографах. В них луч чертит на экране графическое изображение. ЭЛТ состоит из эвакуированного стеклянного баллона и электродов. Баллон с одной стороны ограничен плоским экраном 6, изнутри покрытым слоем люминофора (вещество, излучающее свет при попадании на него электронного луча).

Электроды: катод 1, управляющий электрод 2, анод 3; пластины, отклоняющие луч вертикально 4 и горизонтально 5.

Потенциал анода выше потенциала катода на 15–25 тыс. В. Проходя через отверстие в аноде, электронный луч попадает в поля электродов 4 и 5 и достигает экрана. Изменением полей вертикального и горизонтального отклонения луча изменяют изображение, изменением потенциала управляющего электрода (т. е. изменением тока анод–катод) – его яркость.

· Большинство ЭЛТ снабжено дополнительными (фокусирующими) электродами, позволяющими изменять диаметр луча и увеличивать чёткость изображения.

Полупроводниковый диод

П/п диоды применяют в цепях, где надо обеспечить прохождение тока только в одном направлении, т. е. диод работает в режиме вентиля.

Диод содержит р-n -переход с металлическими выводами, заключённый в герметичный корпус. Вывод от р -области – анод, от n -области – катод.

а) прямое включение: б) обратное включение:

ток протекает ток не протекает

· Диоды широко применяют в электротехнике и радиоэлектронике.

Работа p-n-p транзистора

1. Переход ЭБ смещён в прямом направлении, по нему протекает ток I _Э, образованный в основном дырками (эмиттер р -типа легирован гораздо сильнее базы).

2. Пройдя базу, дырки попадают в поле, созданное U _КБ, захватываются им и через коллектор идут к отрицательному полюсу источника U_КБ.

3. Рекомбинировать в базе носители не успевают, поэтому I _Э» I _К, причём U _КБ >> U _БЭ, т.е. при одинаковом токе мощность на сопротивлении R _H в цепи коллектора Р _К = I _К U _КБ гораздо больше мощности в цепи эмиттера Р _Э = I _К U _ЭБ.

Сигнал в цепи коллектора по характеру изменения тока повторяет сигнал цепи эмиттера, но по мощности значительно его превосходит, т. е. транзистор – усилитель.

· Устройство, работа и подключение p-n-p и n-p-n транзисторов аналогичны с той лишь разницей, что источники питания U _БЭ и U _КБ для n-p-n транзистора включают в обратной полярности и основными носителями в нём являются электроны.

· Усиление происходит за счёт энергии внешнего источника питания U _КБ и закон сохранения энергии не нарушается.

· Транзисторные усилители широко применяют в радиоэлектронике.

Магнетизм

Магнитное поле

Возьмем два магнита. Их взаимодействие напоминает взаимодействие электрических зарядов: одноименные полюса (как и заряды) отталкиваются, разноименные – притягиваются.

До начала XIX в. полагали, что магнитные заряды (по аналогии с электрическими) в природе существуют.

В 1820 г. Ханс Эрстед (1777–1851, Дания) обнаружил, что проводник с током оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку.

В этом же году Андре Ампер (1775–1836, Франция) обнаружил, что два параллельных проводника с током одинакового направления притягиваются, противоположного – отталкиваются.

Взаимодействие проводников с током Ампер отнес к электромагнитным взаимодействиям, чем указал на связь электрических и магнитных явлений и отверг идею существования магнитных зарядов. В 1845 г. Фарадей ввёл термин «магнитное поле».

Магнитное поле – особый вид материи, создаваемый движущимися электрическими зарядами и воздействующий на движущиеся электрические заряды.

· Магнитное поле непрерывно в пространстве.

Магнитные силовые линии

Расположим два магнита, как показано на рисунке, и поместим между ними магнитную стрелку. Стрелка повернется и примет строго определённое положение. Значит:

1) между полюсами магнитов существует магнитное поле;

2) поле оказывает на стрелку ориентирующее действие (силы и создают момент сил).

Поместим в поле магнитов несколько стрелок и увидим, что каждая из них примет определенное положение. Значит, через точки поля можно провести магнитные силовые линии.

Магнитная силовая линия – линия, в каждой точке которой магнитная стрелка направлена по касательной к ней.

5.2.1.3. Изображение магнитного поля.
Вихревое поле.

Магнитные поля изображают с помощью магнитных силовых линий.

Из опытов известно, что:

1) число магнитных силовых линий бесконечно;

2) магнитные силовые линии замкнуты (не имеют ни начала, ни конца).

Вихревое поле – поле, линии которого всегда замкнуты.

· Магнитное поле – вихревое поле;

3) магнитные силовые линии не пересекаются;

4) за направление магнитной силовой линии принимают направление северного полюса магнитной стрелки, помещенной в любую точку этой линии.

5.2.1.4. Картины магнитных полей разных источников.
Правило правого винта

С помощью магнитной стрелки можно определить и изобразить магнитные силовые линии полей разных источников:

а) поле проводника с током;	б) поле токовой петли;
в) поле постоянного подковообразного магнита;	г) поле катушки с током (соленоида);

д) поле постоянного полосового магнита

 

Из рисунков видно, что:

– картины полей постоянного магнита и соленоида одинаковы;

– для проводников с током выполняется правило правого винта (буравчика): если поступательное движение правого винта совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения головки винта указывает направление магнитных силовых линий.

5.2.2. Действие магнитного поля
на проводник с током. Сила Ампера

Из опытов известно, что магнитное поле оказывает силовое действие на проводник с током.

Сила Ампера (F_А) – сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током. Сила Ампера зависит от:

1) свойств поля; 2) силы тока в проводнике I;

3) длины проводника в магнитном поле l;

4) ориентации проводника в поле f (a).

Индукция магнитного поля

Оказалось, что в магнитном поле сила Ампера принимает максимальное значение F_{А max}, если угол между силовыми линиями поля и проводником a = 90⁰.

Проводя опыты, Ампер обнаружил, что при изменении силы тока в проводнике и длины проводника F_{А max} изменяется, но отношение остается постоянным для данного поля.

Индукция магнитного поля (В) – коэффициент, однозначно отражающий силовые свойства поля.

= 1 Тл – тесла.

· .

· Индукция – вектор; направление в каждой точке поля совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки (по касательной к силовой линии поля).

· Число силовых линий поля бесконечно, но (по аналогии с электрического поля) можно полагать, что численно равен количеству силовых линий поля, проходящих через 1 м² перпендикулярно расположенной поверхности.

· Изображение полей: чем больше , тем больше плотность силовых линий.

· Однородное магнитное поле – поле, индукция которого одинакова по модулю и направлению во всех его точках.

Закон Ампера

Располагая проводник с током в однородном магнитном поле под разными углами к силовым линиям, Ампер обнаружил, что (*). Из (*) и F_{А max} = B I l Þ – закон Ампера.

 

Направление силы Ампера определяет правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, а направ