"Физика", Грачёв А.В.,Погожев В.А., Вишнякова Е.А.
Магнитное поле возникает вокруг движущихся электрических зарядов, например проводника с током. Оно действует на магниты, магнитные стрелки, движущиеся заряды и другие проводники с током. По направлению токов можно определить, будут ли параллельные проводники притягиваться или отталкиваться. Сила такого взаимодействия зависит от силы токов, длины проводников и расстояния между ними. Единица силы тока — ампер.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Магнитное поле — особая форма материи, создаваемая движущимися электрическими зарядами и действующая на токи, магниты и движущиеся заряды. Проще говоря, это область, где проявляется магнитное действие. Понятие нужно, чтобы объяснить влияние тока на стрелку и другие проводники без непосредственного контакта.
Магнитное действие тока — способность электрического тока создавать магнитное поле и вызывать взаимодействие проводников с током. Поэтому ток проявляет не только тепловое или химическое, но и магнитное действие. Благодаря этому работают электромагниты и электродвигатели.
Взаимодействие параллельных токов — притяжение проводников при одинаковом направлении токов и отталкивание при противоположном. Параллельными называют проводники, расположенные рядом так, что расстояние между ними остаётся постоянным. Это правило позволяет предсказать результат опыта, не наблюдая его непосредственно.
Ампер — единица силы электрического тока, установленная через силу взаимодействия параллельных проводников с током. Силу тока обозначают буквой I, а единицу записывают как А. Такое определение связывает измерение тока с наблюдаемым магнитным взаимодействием.
Если рядом с прямым проводником поместить магнитную стрелку и включить ток, стрелка отклонится. Причина в том, что движущиеся заряды создают магнитное поле, а стрелка является маленьким магнитом и поворачивается под действием этого поля. После выключения тока поле исчезает, поэтому действие проводника на стрелку прекращается.
Магнитное поле действует не только на постоянный магнит, но и на другой проводник с током. В соседнем проводнике тоже движутся заряды, поэтому его собственное поле взаимодействует с полем первого проводника. Результатом становится сила, стремящаяся переместить один проводник относительно другого.
Для двух параллельных проводников направление токов определяет направление этой силы. При одинаковом направлении токи создают поля, действие которых приводит к сближению проводников. При противоположных направлениях результат меняется на обратный: проводники начинают удаляться друг от друга.
Сила взаимодействия зависит от силы токов: чем больше ток в каждом проводнике, тем заметнее магнитное действие. Она также увеличивается с длиной рассматриваемого участка проводников, потому что на большем участке действует больше магнитных сил. При увеличении расстояния между проводниками взаимодействие ослабевает.
Ампер задают через строго определённый опыт с двумя параллельными проводниками. Фиксируют среду, расстояние и длину участка, чтобы результат не зависел от случайных условий. Если при заданных условиях сила взаимодействия равна 2·10⁻⁷ Н на каждый метр длины, одинаковые токи считают равными одному амперу.
Таблица помогает быстро связать наблюдение, его объяснение и условие опыта. Сначала определите ситуацию, затем найдите наблюдаемый результат и сделайте вывод. Последний столбец показывает направление токов или точные условия, при которых вводится ампер.
| Ситуация или величина | Что наблюдается | Вывод | Единица или условие |
|---|---|---|---|
| Проводник с током | Отклонение магнитной стрелки рядом с проводником | Вокруг проводника существует магнитное поле | Сила тока измеряется в амперах |
| Параллельные токи одного направления | Проводники притягиваются | Магнитные поля проводников способствуют притяжению | Направления токов совпадают |
| Параллельные токи противоположных направлений | Проводники отталкиваются | Магнитные поля проводников способствуют отталкиванию | Направления токов противоположны |
| Один ампер | Эталонное взаимодействие двух параллельных проводников | Сила тока определяется через силу магнитного взаимодействия | Вакуум, расстояние 1 м; сила равна 2·10⁻⁷ Н на каждый метр длины |
Два параллельных провода проводят токи в одном направлении. Нужно определить, будут ли они притягиваться или отталкиваться. Численные данные здесь не нужны, потому что ответ определяется правилом для параллельных токов.
Ответ: провода притягиваются.
Магнитная стрелка находится рядом с проводником. При включении тока она отклоняется, а после выключения возвращается в прежнее положение. Нужно объяснить оба наблюдения через появление и исчезновение магнитного поля.
Ответ: стрелка отклоняется из-за магнитного поля тока, а после выключения возвращается под действием собственного магнитного поля Земли.
Два параллельных проводника находятся в вакууме на расстоянии 1 м. На участке длиной 1 м сила их взаимодействия равна 2·10⁻⁷ Н, а токи одинаковы. Требуется найти силу тока в каждом проводнике.
Ответ: сила тока в каждом проводнике равна 1 А.
Считать, что магнитное поле создают только постоянные магниты. Ошибка возникает из-за привычных примеров с магнитом, но движущийся заряд тоже создаёт поле. Проверьте себя вопросом: отклоняется ли стрелка при включении тока в соседнем проводнике?
Путать направление тока с движением электронов. В металле электроны движутся противоположно условному направлению тока, принятому в физике. Перед решением отметьте именно направления токов, указанные в условии, и только потом применяйте правило взаимодействия.
Утверждать, что любые параллельные проводники притягиваются. Притяжение бывает только при одинаковом направлении токов, а при противоположном возникает отталкивание. Проверьте стрелки на проводниках: совпадают они или направлены навстречу друг другу.
Забывать условия определения ампера. Недостаточно запомнить только число 2·10⁻⁷ Н: нужны вакуум, расстояние 1 м и участок длиной 1 м. Если хотя бы одно условие изменено, нельзя автоматически ссылаться на определение одного ампера.
До изучения темы нужно знать, что такое электрический ток, сила тока, проводник и направление тока. Эти понятия позволяют понять, какие заряды создают магнитное поле и как сравнивать токи.
Знания о магнитном действии тока нужны для изучения электромагнитов и устройства электродвигателя. Представление о магнитном поле также пригодится при изучении электромагнитной индукции и силы Ампера.
Почему проводник с током действует на магнитную стрелку?
Движущиеся электрические заряды создают вокруг проводника магнитное поле. Это поле действует на магнитную стрелку, поэтому она поворачивается.
Можно ли обнаружить магнитное поле, если рядом нет магнита?
Да, магнитное поле можно обнаружить по его действию на другой проводник с током или на движущийся заряд. Магнитная стрелка — только один из возможных способов обнаружения поля.
Почему параллельные токи иногда притягиваются, а иногда отталкиваются?
Каждый проводник с током создаёт магнитное поле, которое действует на соседний проводник. При одинаковом направлении токов проводники притягиваются, а при противоположном — отталкиваются.
Зачем силу тока определяют через взаимодействие проводников?
Сила взаимодействия связана с величиной токов и может быть измерена. Поэтому её использовали как точный физический способ установить единицу силы тока.
Почему в определении ампера указаны расстояние между проводниками и длина их участка?
Сила взаимодействия меняется при изменении расстояния и длины проводников. Чтобы единица тока была одинаковой во всех измерениях, эти условия заранее фиксируют.
§ 57. Магнитное поле. Единица силы тока
