浅议磁场对电流的作用

2017-07-25吴宗源湖南省长沙市长郡中学

数码世界 2017年7期

关键词：定则安培强磁场

吴宗源湖南省长沙市长郡中学

浅议磁场对电流的作用

吴宗源湖南省长沙市长郡中学

库仑定律和安培实验表明：电荷在电场中受到库仑力；电流在磁场中受到安培力。以下简要论述磁场对电流的作用。

磁场电磁力导体电流安培法则

1 安培力

安培力是指，通电导线在磁场中受到的作用力。电流为I、长为L的直导线，在匀强磁场B中受到的安培力大小为：F＝ILBsin(I，B)，其中(I，B)为电流方向与磁场方向间的夹角。安培力是磁场对电流的作用力，是一种性质力，其作用点可等效在导体的几何中心处。

上面的公式就是安培力公式，式中各个参数分表代表的含义是：

F：表示导体在磁场中所受的安培力力，单位（N）

B：表示磁场的磁感应强度，单位（T）

I：表示导体内的电流，单位（A）

L：表示磁场中的导体长度，单位（m）

θ：表示磁感应强度方向与电流方向的夹角

由上面公式可看到，当磁感应强度方向与电流方向垂直时（θ=π÷2时），此时通电导体在磁场中受到的电磁力最大，即此时的安培力达到最大；如果磁感应强度的方向与电流方向平行是（θ=0°或θ=180°），通电导体在磁场中所受的电磁力为零，此时的安培力也为0。

电动机的通电线圈在磁场中之所以能够转动，就是载流导体受到磁场对电流的作用力——安培力的缘故。

安培力的方向——左手定则。通电导体即电流在磁场中所受的安培力方向与电流方向和磁场方向有关。三者之间的关系可用左手定则确定，如下图所示。左手定则的确定方法如下：

安培定则，也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。

其中，电流与磁场方向不一定垂直；安培力的方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向，即安培力垂直电流和磁场所确定的平面。

2 磁场对电流的作用力探究

2.1 实验探究

作为磁场对载流导体（电流）受作用的例子，把两根载流直导线平行放在一起。实验表明，如果两直线所流过的电流方向相同，则相互吸引；反之，如果两载流导线流过的电流方向相反，则相互排斥。出现这一现象的原因是：两根载流直导线之间的相互作用力，实际上是导线受到电流产生的磁场对电流的力的作用。磁场对电流的作用力，叫做安培力。

2.2 作用力详解

通电导线在磁场中受到的作用力。电流为I、长为L的直导线。在匀强磁场B中受到的安培力大小为：F=ILBsin(I，B)，其中(I，B)为电流方向与磁场方向间的夹角。安培力的方向由左手定则判定。对于任意形状的电流受非匀强磁场的作用力，可把电流分解为许多段电流元I△L，每段电流元处的磁场B可看成匀强磁场，受的安培力为△F=I△L.Bsin(I，B)，把这许多安培力加起来就是整个电流受的力。

应该注意，当电流方向与磁场方向相同或相反时，即(I，B)=0或180时，电流不受磁场力作用。当电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大为F=BIL。

安培力的实质是形成电流的定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力。磁场对运动电荷有力的作用，这是从实验中得到的结论。同样，当电荷的运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力作用，也是从实验观察中得知的。当电流方向与磁场平行时，电荷的定向移动方向也与磁场方向平行，所受洛伦兹力为零，它们的合力安培力也为零。

洛伦兹力不做功是因为力的方向与粒子的运动方向垂直，根据功的公式W=FScosα，α=90度时W=0。而安培力是与导线中的电流方向垂直，与导线的运动方向并不一定垂直，一般遇到的情况大多是在同一直线上的，所以安培力做功不为零。