Ампера закон

Ампера закон, закон механического (пондеромоторного) взаимодействия двух токов, текущих в малых отрезках проводников, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

  Сила F₁₂ , действующая со стороны первого отрезка проводника Dl₁ на второй Dl₂ (рис. 1), равна:

  Расстояние между отрезками r₁₂ считается направленным от первого отрезка ко второму, а направлениям отрезков приписываются направления текущих в них токов I₁ и I₂; u₁ — угол между направлениями Dl₁ и r₁₂ ; u₂ — угол между Dl₂ и перпендикуляром n к плоскости, содержащей Dl₁ и r₁₂ (направление n совпадает с поступательным движением буравчика при вращении его рукоятки от Dl₁ к r₁₂); k — коэффициент, зависящий от выбора системы единиц.

  Сила взаимодействия элементов проводников с током (элементов тока) не является центральной: направление силы F₁₂ не совпадает с прямой, соединяющей отрезки. Эта сила перпендикулярна отрезку Dl₂ и лежит в плоскости, содержащей Dl₁ и r₁₂. Направление силы определяется правилом буравчика: при вращении рукоятки буравчика от r₁₂ к n поступательное движение буравчика совпадает с направлением силы.

  В системе единиц СГС (Гаусса) k = 1/с², где с = 3´10¹⁰ см/сек — скорость света в вакууме. В системе СИ k = m₀/4p, где m₀ = 4p´10^-7 гн/м — магнитная проницаемость вакуума.

  Сила F₂₁, с которой второй элемент тока действует на первый, выражается формулой, аналогичной (1). По абсолютной величине силы F₁₂ и F₂₁ равны. Однако в общем случае произвольно ориентированных друг относительно друга Dl₁ и Dl₂ направления сил F₁₂ и F₂₁ не лежат на одной прямой и не удовлетворяют принципу равенства действия и противодействия.

  В частном случае параллельных проводников силы взаимодействия стремятся сблизить проводники, если текущие в них токи параллельны (рис. 2, а), и удалить их друг от друга, если токи антипараллельны (рис. 2, б). Таким образом, параллельные токи притягиваются, а антипараллельные — отталкиваются.

  А. з. называют также формулу, определяющую силу F , с которой магнитное поле, характеризуемое вектором магнитной индукции B, действует на элементарный отрезок проводника Dl, по которому течёт ток силы I:

F = kIDl´B´sinu

  где u — угол между направлениями Dl и B. В системе Гаусса k = 1/с, в системе СИ k = 1. Формула (2) получается из формулы (1), если в ней выделить часть, не содержащую величин, относящихся ко второму элементу тока, и под В понимать магнитную индукцию, созданную первым элементом тока в точке, где расположен второй элемент тока (см. Био — Савара закон).

  В случае постоянного тока нельзя изолировать отдельный элемент тока, так как цепь постоянного тока всегда замкнута. Экспериментально можно лишь измерить силовое действие одного замкнутого тока на другой замкнутый ток или же силу, испытываемую одним током в магнитном поле, создаваемом другим током. Эта сила равна векторной сумме сил, действующих на каждый элемент тока со стороны магнитного поля другого тока (при этом магнитное поле есть результирующее поле всех элементов тока). Для равнодействующих сил, испытываемых взаимодействующими замкнутыми токами, принцип равенства действия и противодействия оказывается справедливым.

  На А. з. основан эталон единицы силы тока — ампера, осуществляемый в виде токовых весов.

  Г. Я. Мякишев.

Рис. 1. к ст. Ампера закон.

Рис. 2. Взаимодействие двух элементарных токов: а — параллельных, б — антипараллельных. Все отрезки (векторы) на рис.(рисунок) лежат в одной плоскости.