Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на помещённый в него проводник с электрическим током.
Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки.
Правило левой руки
Если ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление тока, тогда отставленный большой палец укажет направление силы Ампера.
Значение силы Ампера рассчитывается по формуле:
$F_A = B \cdot I \cdot l \cdot \sin\alpha$
Где:
$B$ — магнитная индукция поля, [Тл];
$I$ — сила тока в проводнике, [А];
$l$ — длина проводника, [м];
$\alpha$ — угол между проводником и вектором магнитной индукции, [град].
Взаимодействие проводников с током
Рассмотрим проводники с токами, текущими в одном направлении.
Первый проводник создаёт в области второго проводника магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости рисунка от наблюдателя. Тогда по правилу левой руки на второй проводник действует сила Ампера, направленная влево. Аналогично второй проводник создаёт в области первого магнитное поле, направленное из плоскости рисунка. Тогда сила Ампера, действующая на первый проводник, направлена вправо.
Проводники, токи в которых текут в одном направлении, притягиваются.
Теперь рассмотрим случай, в котором токи текут в противоположных направлениях. Проведя те же самые рассуждения, получим, что проводники будут отталкиваться.
Задание 1
Ток силой 10 А течёт по прямолинейному проводнику длиной 2 м, расположенному в магнитном поле с индукцией $B = 1{,}6$ Тл под углом 30° к вектору $\vec{B}$. Чему равен модуль силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля? Ответ дайте в Н.
Запишем формулу силы Ампера:
$F_A = B I L \sin\alpha = 1{,}6 \cdot 2 \cdot 10 \cdot \sin 30° = 16 \text{ Н}$
Ответ: 16 Н.
Задание 2
Электрическая цепь, состоящая из четырёх прямолинейных проводников (1–2, 2–3, 3–4, 4–1) и источника постоянного тока, находится в однородном магнитном поле, вектор магнитной индукции которого $\vec{B}$ направлен от наблюдателя (см. рисунок, вид сверху). Как направлена относительно рисунка (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вызванная этим полем сила Ампера, действующая на проводник 4–1? Ответ запишите словом (словами).
Рассмотрим проводник 4–1.
Ток течёт вправо, магнитная индукция направлена от наблюдателя, значит, по правилу левой руки сила Ампера направлена вверх.
Ответ: вверх.
Задание 3
Квадратная проволочная рамка расположена в однородном магнитном поле так, как показано на рисунке. Направление тока в рамке показано стрелками. Как направлена относительно рисунка (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) сила, действующая на сторону $ab$ рамки со стороны внешнего магнитного поля $\vec{B}$? Ответ запишите словом (словами).
Рассмотрим сторону $ab$.
Ток течёт вниз, вектор магнитной индукции — вправо, значит, по правилу левой руки сила Ампера будет направлена от наблюдателя.
Ответ: от наблюдателя.
Задание 4
На гладких параллельных проводящих рельсах, расположенных под углом $\alpha$ к горизонту, находится медная рейка массой $m$. Рельсы подключены к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). Система находится в вертикальном однородном магнитном поле $\vec{B}$, линии индукции которого направлены вниз. Рейка начинает двигаться вниз под действием силы тяжести. Какой цифрой правильно обозначено направление силы Ампера, действующей на рейку сразу после начала её движения?
Ток течет от «+» к «−».
Если рассмотреть вид сбоку, то ток течёт от наблюдателя.
По правилу левой руки сила Ампера направлена влево.
Ответ: 2.
Задание 5
К прямолинейному вертикальному участку провода, по которому протекает постоянный ток $I$, медленно поднесли справа постоянный магнит, как показано на рисунке. Куда направлена магнитная сила, действующая на провод? Укажите цифру, соответствующую верному варианту ответа:
вправо,
вертикально вниз,
вертикально вверх,
влево,
к наблюдателю,
от наблюдателя.
Ток течёт вверх, линии магнитной индукции магнита направлены вправо, по правилу левой руки сила Ампера направлена от наблюдателя.
Ответ: 6.
Задание 6
По двум тонким прямым проводникам, параллельным друг другу, текут одинаковые токи $I$ (см. рисунок). Как направлен относительно рисунка (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вектор индукции создаваемого ими магнитного поля в точке $C$? Ответ запишите словом (словами).
Токи одинаковые, по правилу правой руки $\overline{B_1}$ в точке $C$ направлено от наблюдателя, а $\overline{B_2}$ — к наблюдателю.
Но $B_2 < B_1$, так как проводник 2 находится на большем расстоянии от точки $C$.
Значит, общий вектор магнитной индукции $B = {B_1} + {B_2}$ направлен так же, как и вектор ${B_1}$, то есть от наблюдателя.
Ответ: от наблюдателя.
Задание 7
Как направлена относительно рисунка (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) сила Ампера, действующая на проводник № 1 со стороны двух других проводников (см. рисунок), если все проводники тонкие, длинные, прямые, лежат в одной плоскости, параллельны друг другу и расстояния между соседними проводниками одинаковы? Сила тока $I$ во всех проводниках одинакова. Ответ запишите словом (словами).
По правилу правой руки ${B_2}$ и ${B_3}$ около проводника 1 направлены к наблюдателю, ток в проводнике течёт вправо, значит, по правилу левой руки сила Ампера направлена вниз.
Другими словами, если ток в параллельных проводниках течёт в одном направлении, то эти проводники притягиваются, а если ток течёт в обратных направлениях, то они отталкиваются.
Ответ: вниз.
Авторы:
Саня Эбонит, преподаватель «100балльного репетитора» по физике ЕГЭ;
Кир Синюткин, методист «100балльного репетитора» по физике ЕГЭ
