§ 4.6. Закон Ампера

Перейдем теперь к задаче определения силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током.

Трудности задачи

Очевидно, что эта сила действует на каждый элемент тока . Результирующая сила равна сумме сил, действующих на отдельные элементы.

Как и в случае закона Био—Савара—Лапласа, нам нужно найти закон для силы, действующей на отдельный элемент тока. Только такой закон может иметь общее значение. Сила же, действующая на замкнутый контур, зависит от формы контура, а таких форм бесчисленное множество.

Здесь опять встречается та же трудность, что и при определении магнитной индукции, созданной элементом тока. Закон может быть установлен только опытным путем, а из опыта непосредственно нельзя определить силу, действующую на элемент тока, так как постоянные токи всегда замкнуты и создать элемент тока невозможно.

В такой ситуации остается единственный путь. Обобщая опытные факты по воздействию магнитного поля на замкнутые токи, подобрать такой «элементарный» закон, который для любого замкнутого контура давал бы результат, согласующийся с опытом.

Опыты Ампера

Задача была решена Ампером. Ампер открыл закон взаимодействия токов, решив тем самым проблему магнитного взаимодействия. Закон взаимодействия полюсов магнитов, который Кулон считал фундаментальным, оказался следствием из закона, открытого Ампером. «Все в совокупности, — писал об Ампере Максвелл, — и теория и эксперимент как будто появились в полной зрелости и полном вооружении из головы Ньютона электричества. Эти исследования закончены по форме, идеальны по точности и резюмированы в формуле, из которой могут быть выведены все явления электричества и которая навсегда останется фундаментальной формулой электродинамики».

Ампер сконструировал ряд приборов для исследования взаимодействия токов. Один из них изображен на рисунке 4.37. С помощью подобных приборов Ампер установил, что паралдельные токи одинакового направления притягиваются, а противоположного направления отталкиваются. Взаимно перпендикулярные токи не действуют друг на друга. Сила, действующая на проводник с током, прямо пропорциональна силе тока в нем (В ~ I) и прямо пропорциональна длине проводника (F ~ Δl). Она также прямо пропорциональна магнитной индукции и зависит от угла между векторами и . Если магнитная индукция направлена по току, то сила равна нулю.

Правда, все это было не совсем так. Ампер установил закон для силы взаимодействия между двумя элементами проводников с током. Он был сторонником теории дальнодействия и не пользовался понятием поля. Открытый им закон довольно сложен и распадается на два более простых: закон для магнитной индукции Δ, созданной элементом тока , и закон для силы, действующей со стороны магнитного поля с индукцией на элемент другого тока. Однако по традиции и в память о заслугах ученого выражение для магнитной силы, действующей на проводник с током со стороны магнитного поля, также называют законом Ампера.

Окончание параграфа >>>