Если мы попытаемся сблизить два одинаковых постоянных кольцевых магнита противоположными полюсами, то в какой-то момент, по мере сближения, они начнут все сильнее притягиваться друг к другу.
А если попытаться сблизить эти же магниты, но одноименными полюсами, то на определенном расстоянии они начнут все сильнее препятствовать этому сближению, будут пытаться разойтись в стороны, как бы оттолкнуться друг от друга.
Это значит, что возле магнитов есть некая невещественная материя, которая проявляет данные свойства, оказывает механическое воздействие на магниты, причем сила этого воздействия неодинакова на разных расстояниях от магнитов, чем ближе — тем она выраженнее. Данная невещественная материя называется магнитным полем.
Науке давно известно, что источником магнитного поля является электрический ток. В постоянных магнитах эти микротоки находятся внутри молекул и атомов, но таких токов очень-очень много, и суммарное магнитное поле — это и есть магнитное поле постоянного магнита.
Если же взять отдельный проводник с током, то он тоже обладает магнитным полем. И это магнитное поле таким же образом способно взаимодействовать с другими магнитными полями. То есть проводник с током взаимодействует с внешним магнитным полем.
Закон взаимодействия проводника с током и магнитного поля установил французский физик Андре-Мари Ампер в первой половине 19 века.
Ампер экспериментально показал, что на проводник с током в магнитном поле действует сила, направление и величина которой зависят от величин и взаимного расположения тока и вектора магнитной индукции магнитного поля, в котором находится данный проводник с током. Эта сила называется сегодня Силой Ампера. Вот ее формула:
Здесь:
a – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции;
B – магнитная индукция внешнего магнитного поля в месте нахождения проводника с током;
I – величина тока в проводнике;
l – активная длина проводника с током.
Величина силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током, численно равна произведению модуля магнитной индукции на длину элемента проводника, помещенного в магнитное поле, и на величину тока в проводнике, а также пропорциональна синусу угла между направлением тока и направлением вектора магнитной индукции.
Направление же силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника с током, то есть направление силы Ампера.
Поскольку магнитное поле подчиняется принципу наложения полей, то магнитное поле проводника с током и магнитное поле в котором находится этот проводник, в пространстве около проводника складываются.
В результате картина взаимодействия тока с магнитным полем выглядит так, словно проводник выталкивается из области где магнитное поле более сконцентрировано сильнее — в область, где магнитное поле сконцентрировано слабее.
Область где магнитное поле сильнее можно представить как заполненную сильно натянутыми нитями, которые стремятся вытолкнуть проводник в ту сторону, где нити натянуты слабее.