Мы знаем, что проводник с током, размещенный в магнитном поле, подвергается воздействию силы. Ее направление зависит от направления силовых линий поля и направления тока: если последние известны, то направление силы можно определить, воспользовавшись правилом левой руки или правого винта.
Рассмотрим теперь, от чего зависит величина этой силы. Обратимся к опыту.
Подвесим к левому плечу коромысла рычажных весов линейный проводник АВ и поместим его между полюсами N и S электромагнита так, чтобы он был перпендикулярен по отношению к силовым линиям магнитного поля. Последовательно с этим проводником включим амперметр, а также реостат, с помощью которого можно измерять ток в нашем проводнике. Уравновесим весы и замкнем цепь. Пусть ток в проводнике АВ направлен от В к А. Равновесие весов нарушится; чтобы его восстановить, на правую чашу придется положить добавочный разновесок, вес которого будет равен силе, воздействующей на проводник вертикально вниз. Будем теперь изменять ток в нашем проводнике; мы заметим, что с увеличением тока увеличивается и сила, которая действует на проводник. Изменения покажут нам, что сила, с какой магнитное поле воздействует на проводник, прямо пропорциональна току, протекающему по нему.
Зависит ли эта сила от длины проводника АВ? Чтобы решить этот вопрос, будем брать проводники разной длины при одном и том же токе. Измерения покажут нам, что сила, с какой магнитное поле воздействует на проводник с током, будет прямо пропорциональна длине части проводника, расположенной в магнитном поле.
Пусть F – сила, которая воздействует на проводник с током, размещенный в магнитном поле, l – длина этого проводника и I - ток в нем.
С изменением длины проводника l и тока в нем меняется, как мы видели, и величина силы F.
Отношение же силы F к длине проводника I и к току в нем есть величина постоянная, не зависящая от тока в нем; следовательно, величина этого отношения может характеризовать магнитное поле.
Эту величину называют магнитная индукция или индукция магнитного поля.
Обозначим магнитную индукцию буквой В. Согласно определению, можно написать:
В = F/(I·l).
В системе СИ единицей магнитной индукции выступает индукция поля, в котором проводник с током 1 А и длиной 1 м подвергается воздействию силы 1 Н. Наименование такой единицы: 1 ньютон/(ампер˖метр) (сокращенно 1 Н/(А˖м)).
Покажем, что 1 Н/(А˖м) = 1 (В˖сек)/м²:
1 Н/(А˖м) = 1 (Н˖м)/(А˖м²) = 1 дж/( А˖м²) = 1 (В˖А˖сек)/(А˖м²) = 1 (В˖сек)/м².
Единица 1 вольт-секунда называется вебером (вб). Следовательно, 1 вб/м² или 1 тесла (Тл) - единица магнитной индукции. Тогда как в системе измерения СГСМ единица измерения магнитной индукции - гаусс (Гс):
1 Тл = 10⁴ Гс.
Магнитная индукция - величина векторная. Направление вектора индукции в данной точке совмещается с направлением силовой магнитной линии, проходящей через эту точку.
В системе СИ магнитная индукция - силовая характеристика магнитного поля, сходно тому, как напряженность электрического поля выражает силовую характеристику электрического поля.
Зная индукцию магнитного поля, можно просчитать его силу, воздействующую на проводник с током, по формуле:
F = BI l.
В проводнике с током заряды движутся не только хаотически в разных направлениях, но также в определенном направлении. На каждый из зарядов воздействует магнитная сила, которая передается проводнику. Сумма всех сил от хаотического движения равна нулю, а сумма сил направленного движения называется силой Ампера.
В общем случае величина силы, которая воздействует на проводник с током, размещенный в магнитное поле, определяется законом Ампера:
F = BI l sin α, где α – угол между направленностью тока (I) и вектором магнитного поля (В).
Индукция магнитного поля численно равняется силе, с которой воздействует магнитное поле на единичный элемент тока, перпендикулярно расположенный к вектору индукции. Магнитная индукция зависит от свойств среды.
