安培力

安培力

安培力(Ampere's force)是通電導線在磁場中受到的作用力。由法國物理學家A·安培首先通過實驗確定。可表述為:以電流強度為I的長度為L的直導線,置於磁感應強度為B的均勻外磁場中,則導線受到的安培力的大小為f=IBLsinα,式中α為導線中的電流方向與B方向之間的夾角,f、L、I及B的單位分別為N、m、A及T。安培力的方向垂直於由通電導線和磁場方向所確定的平面,且I、B與F三者的方向間由左手定則判定。任意形狀導線在均勻磁場中受到的安培力,可看作無限多直線電流元IΔL在磁場中受到的安培力的矢量和。

狹義相對論中,安培力與帶電粒子的洛倫茲力之間有一定的聯繫。

簡介


安培力分析

磁場對電流的作用力通常稱為安培力,為紀念法國物理學家安培研究磁場對電流的作用力的傑出的貢獻。
通電導線在磁場中受到的作用力。電流為I、長為L的直導線。在勻強磁場B中受到的安培力大小為:
F=ILBsinα,其中α為(I,B),是電流方向與磁場方向間的夾角。
安培力的方向由左手定則判定。對於任意形狀的電流受非勻強磁場的作用力,可把電流分解為許多段電流元IΔL,每段電流元處的磁場B可看成勻強磁場,受的安培力為ΔF=IΔL·Bsinα,把這許多安培力矢量相加就是整個電流受的力。
應該注意,當電流方向與磁場方向相同或相反時,即α=0或π時,電流不受磁場力作用。當電流方向與磁場方向垂直時,電流受的安培力最大為F=BIL。B是磁感應強度,I是電流強度,L是導線垂直於磁感線的長度。
安培力
安培力
安培力的實質是形成電流的定向移動的電荷所受洛倫茲力的合力。磁場對運動電荷有力的作用,這是從實驗中得到的結論。同樣,當電荷的運動方向與磁場平行時不受洛倫茲力作用,也是從實驗觀察中得知。
當電流方向與磁場平行時,電荷的定向移動方向也與磁場方向平行,所受洛倫茲力為零,其合力安培力也為零。
洛倫茲力不做功是因為力的方向與粒子的運動方向垂直,根據功的公式W=FScosθ,θ=90°時,W=0。而安培力是與導線中的電流方向垂直,與導線的運動方向並不一定垂直,一般遇到的情況大多是在同一直線上的,所以安培力做功不為零。

受力方向

導線在磁場中力的方向。根據左手定則:伸開左手,使拇指與其他四指垂直且在一個平面內,讓磁感線從手心穿入,四指指向電流方向,大拇指指向的就是安培力方向(即導體受力方向)(見右上圖)。

意義


概述

安培力
安培力
實驗表明:把一段通電直導線MN放在磁場里,當導線方向與磁場方向垂直時,電流所受的安培力
最大;當導線方向與磁場方向一致時,電流不受安培力;當導線方向與磁場方向斜交時,電流所受的安培力介於最大值和零之間。
大量實驗表明,垂直於磁場的一段通電導線,在磁場中某處受到的安培力的大小F跟電流強度I和導線的長度L的乘積成正比 F=BIL
當電流與磁場方向夾角為α時,則用:F=BILsinα

力的價值

安培力的重要意義在於,一方面進一步指出了電與磁的相互聯繫;另一方面是應用價值,電動機的工作原理就是基於安培力。
安培力做功的實質:起傳遞能量的作用,將電源的能量傳遞給通電直導線,而磁場本身並不能提供能量,安培力做功的特點與靜摩擦力做功相似。