安培力
既然通电导线能产生磁场,它本身也相当于一个磁体,那么通电导线在磁场中是否也受到力的作用呢?我们通过实验来研究。
演示
观察安培力
如图2.3-1所示,把一段直导线放到磁场中,当导线中有电流通过时,可以看到原来静止的导线会发生运动。
图2.3-1 磁场对通电导线有力的作用
通电导体在磁场中受到的力称为安培力(Ampere force)。由于法国科学家安培最早研究了磁场对通电导线的作用,后人为纪念他而命名了这种力。
把一段通电直导线放在磁场里,当导线方向与磁场方向垂直时,它所受的安培力最大;当导线方向与磁场方向一致时,导线不受安培力;当导线方向与磁场方向斜交时,所受安培力介于最大值和0之间。我们只研究导线所受安培力最大的情形。
演示
影响安培力大小的因素
如图2.3-2,三块相同的蹄形磁铁并列放置,可以认为磁极间的磁场是均匀的。将一根直导线悬挂在磁铁的两极间,有电流通过时悬线将摆动一个角度,通过这个角度可以比较安培力的大小。
图2.3-2 研究影响安培力大小的因素
分别接通“2、3”和“1、4”可以改变导线通电部分的长度,电流的强弱由外部电路控制。
先保持导线通电部分的长度不变,改变电流的大小;然后保持电流不变,改变导线通电部分的长度。观察这两个因素对安培力的影响。
通过对大量实验事实的分析我们认识到,通电导线在磁场中受到的安培力的大小,既跟导线的长度L成正比,又跟导线中的电流I成正比,用公式表示就是
F=BIL
式中B是比例系数。
磁感应强度
对于不同的磁场,上面的比例关系都成立,但在强弱不同的磁场中,比例系数B是不一样的。B反映了磁场的强弱,叫做磁感应强度(magnetic induction),即
B=\(\frac{F}{{IL}}\)
磁感应强度B的单位由F、I和L的单位决定。在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉(tesla),简称特,符号是T:
1 T=1\(\frac{{\rm{N}}}{{{\rm{A}} \cdot {\rm{m}}}}\)
电场强度E用来描述电场的强弱,磁感应强度B在磁场中的作用与此类似,只是由于历史的原因,它不叫“磁场强度”。
地面附近地磁场的磁感应强度只有0.3×10-4~0.7×1