Если пропустить электрический ток по прямоугольной рамке, помещенной между полюсами магнита, то рамка придет в движение и при этом совершается механическая работа. На проволоку с током, расположенную поперек магнитного поля, действует сила, перпендикулярная и полю и проволоке. Это та самая сила, которая искривляет путь потока электронов или любых других заряженных частиц.
Когда по проволоке идет ток, заряды внутри нее движутся, т. е. имеют скорость v, и на них действует поле магнита. На каждый заряд действует поперечная сила К. Если в единичном объеме таких зарядов имеется п, то их число в малом объеме проволоки AV = AIS равно nMS. Полная магнитная сила, действующая на объем AV, есть сумма сил, действующих на отдельные заряды. Сила AF называется силой Ампера; она всегда перпендикулярна элементу тока и магнитному полю. Если проводник с током расположен параллельно линиям индукции магнитного поля, то сила Ампера AF=0.
Здесь фигурирует уже знакомое вам векторное произведение: AF = 1(А1хВ). Вы можете проверить, что направление векторов, входящих в это выражение, согласуется с правилом левой руки.
Обратите внимание: магнитная сила, действующая на проволоку и возникающая от движения в ней зарядов, не зависит от величины заряда (и даже от его знака). Она зависит только от полного тока. Сила Ампера является суммой сил Лоренца FH, действующих на упорядочение движущиеся заряженные частицы, создающие электрический ток. Сила Лоренца передается сплошному проводнику, и, если ничто не удерживает проводник, он начинает ускоренно двигаться.
Когда проводник сдвигается, скажем, влево, можно ожидать, что сам магнит испытывает толчок вправо. Правда, эта сила чересчур мала, чтобы можно было заметить движение магнита. Однако движение более чувствительного устройства, например стрелки компаса, в поле заметно. Вокруг проводника с током создается собственное магнитное поле, которое и действует на магнитную стрелку. Значит, следует думать, что если магнитное поле будет создано током, текущим в одном проводнике, то оно будет действовать с некоторой силой и на другой проводник, по которому тоже идет ток. Это можно показать на примере двух проводников с током. Когда направления токов одинаковы, проводники притягиваются, а когда направления противоположны — отталкиваются.
Сделаем еще один шаг. Отсоединим концы проводника от источника тока и присоединим их к прибору, регистрирующему прохождение тока по проводнику. Стоит лишь в поле магнита качнуть провод, как в нем сразу же возникает ток. Здесь роль источника тока выполняет подвижный проводник. Свободные электроны проводника движутся вместе с ним; следовательно, на них будет действовать сила Лоренца, вызывающая перемещение электронов внутри проводника. Именно по такому принципу работают самые распространенные генераторы, преобразующие энергию механического движения в энергию электрического тока.
Наш опыт можно продолжить. Оставим в покое проводник и будем перемещать магнит. Никакой разницы. Прибор по-прежнему регистрирует наличие тока в цепи. Но как же магнитное поле действует на покоящиеся заряды?
Само магнитное поле, конечно, этого сделать не может. Оно ведь действует исключительно на движущиеся заряды, а проводник с находящимися в нем электронами неподвижен. Но ведь, кроме магнитного, на заряды, мы знаем, действует еще электрическое поле. Оно-то как раз может действовать и на неподвижные заряды. Электроны ускоряются электрическим полем, и это поле порождается переменным магнитным полем.
Итак, мы приходим к выводу, важность которого трудно переоценить: ток может возникнуть в замкнутом проводнике, хотя в цепь не входят источники тока. Это явление, которое, можно сказать, лежит в основе всей современной электротехники, носит название электромагнитной индукции. Проводник с его запасом свободных электронов — просто индикатор (регистратор) возникающего электрического поля: оно приводит в движение электроны в проводнике и тем самым обнаруживает себя.
Таким образом, магнитное поле способно в определенных условиях порождать электрическое без помощи зарядов. Меняя магнитное поле вблизи проводника, можно создать в проводнике ток. Ток течет по проводнику, а в пространстве взаимодействуют электрические и магнитные силы.
Итак, магниты действуют на другие магниты и токи, а токи в свою очередь действуют на другие токи и магниты. Для описания этих взаимодействий, так же как и электрических, удобно ввести понятие поля. Мы говорим, что магниты и токи создают в окружающем их пространстве магнитное поле. Магнит, ток или любая движущаяся частица, находящиеся в этом поле, испытывают действие силы, пропорциональной интенсивности магнитного поля.
По материалам: http://minsk1.net/
По материалам: http://grifx.net/
Твитнуть