在物理分枝电磁学中,安培力是一个不可绕开的力,我们知道,通电后的导线的周围是会形成闭合的磁场的,而通电导线在一个磁场中,它就会受到磁场对它力的作用,这个力就是安培力,它的单位依然是牛顿。那么,磁场对通电导线的安培力的大小该如何确定呢?

怎么判断安培力的方向(安培力是什么力)(1)

在电场中有匀强电场的存在,而在磁场中同样也有匀强磁场的存在,虽然说匀强磁场是最简单的磁场,但它在研究磁场方面的性质时却是非常重要的。将一根通电的导线放入匀强磁场中,如果通电导线中电流的方向于磁场的方向相同或相反,则通电导线在磁场中不受到力的作用。

怎么判断安培力的方向(安培力是什么力)(2)

如果通电导线的电流方向跟磁感线的方向相同时,则此时通电导线在磁场中受到的力是最大的。如果通电导线跟磁感线有一定的夹角,则通电导线在磁场中受到的力介入上述两者之间。也就是说,通电导线在磁场中受到的安培力的大小跟导线与磁场的夹角α有关。

怎么判断安培力的方向(安培力是什么力)(3)

假如通电导线在磁场中始终与磁感线垂直,则改变通电导线的长度时,则通电导线在磁场中受到的安培力也不相同。增加通电导线的长度,就会发现通电导线在磁场中受到的安培力也会相应的增大,减少导线的长度时,通电导线在磁场中受到的安培力也会相应的减小。这个实验现象的背后说明了通电导线在磁场中受到的安培力与通电导线的长度L有关。

怎么判断安培力的方向(安培力是什么力)(4)

继续对通电导线在磁场中受到的安培力进行研究,发现将通电导线放入磁感应强度不同的磁场中,通电导线受到的安培力也不相同。磁感应强度B越大,通电导线在磁场中受到的安培力越大,反之亦然。

因此,安培力的大小可以这么表述,通电导线在磁场中所受到的安培力的大小与导线导线的长度成正比,与磁场的磁感应强度也成正比,与导线中的电流强度同样成正比,用数学公式可以写成F=BILsinα。其中B为磁感应强度,I为导线中电流的强度,L为导线的长度,α为导线与磁感应方向的夹角。

怎么判断安培力的方向(安培力是什么力)(5)

根据安培力的定义,有人就制成了电动机,即电动机的内部必然有一个永久磁铁组成的固定磁场,还有一部分则是由绕组线圈组成的转子,当向绕组线圈中通电后,它就会受到永久磁场对它的安培力的作用,从而不断的转动。

怎么判断安培力的方向(安培力是什么力)(6)

如果通电导线始终与磁感线的方向垂直,那么安培力F=BIL,磁感应强度B=F/LI,在不是匀强磁场中,为了定量分析磁场中各点的磁感应强度,可以将一段导线无限的切割,直到切到一段很短的电流元,然后将电流元垂直的放入磁场中,那么它所受到的安培力与电流和电流元长度乘积的比值即为该点的磁感应强度B,其方向在磁感线的切线方向上。知道了安培力的大小,就要确定安培力的方向了。

怎么判断安培力的方向(安培力是什么力)(7)

对于通电导线在磁场中受到的安培力的方向,可以用左手定则来加以判断。伸出左手,使大拇指与四指垂直且在一个平面内,然后将左手放入磁场中,让磁感线垂直通过左手的手掌,左手四指的指向为导线中电流的方向,那么左手大拇指的指向即为通电导线在磁场中受到的安培力的方向。

安培力其实是通电导线在宏观上受到的磁场力,而洛伦磁力此式电流在微观上的受到的磁场力。关于洛伦磁力,咱们下节再续。

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