安培力(Ampere's force)是通电
导线在
磁场中受到的
作用力。由法国物理学家A·
安培首先通过实验确定。可表述为:以
电流强度为I的长度为L的直导线,置于
磁感应强度为B的均匀外磁场中,则导线受到的安培力的大小为f=IBLsinα,式中α为导线中的电流方向与B方向之间的
夹角,f、L、I及B的单位分别为N、m、A及T。安培力的方向垂直于由通电导线和
磁场方向所确定的平面,且I、B与F三者的方向间由
左手定则判定。
任意形状
导线在均匀磁场中受到的安培力,可看作无限多
直线电流元IΔL在磁场中受到的安培力的
矢量和。
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:
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IΔL,每段电流元处的磁场B可看成匀强磁场,受的安培力为ΔF=IΔL·Bsinα,把这许多安培力矢量相加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α=0或π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。B是磁感应强度,I是电流强度,L是导线垂直于磁感线的长度。
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。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,其合力安培力也为零。
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=FScosθ,θ=90°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。
导线在磁场中力的方向。根据左手定则:伸开左手,使拇指与其他四指垂直且在一个平面内,让磁感线从手心穿入,四指指向电流方向,大拇指指向的就是安培力方向(即
导体受力方向)(见右上图)。
实验表明:把一段通电直导线MN放在
磁场里,当导线方向与磁场方向垂直时,电流所受的安培力最大;当导线方向与磁场方向一致时,电流不受安培力;当导线方向与磁场方向斜交时,电流所受的安培力介于最大值和零之间。
安培力做功的实质:起传递能量的作用,将电源的能量传递给通电直导线,而
磁场本身并不能提供能量,安培力做功的特点与
静摩擦力做
功相似。