Если согнуть стальную или дере­вянную линейку, то внутри стали или дерева появляется механическое на­пряжение, и поэтому когда концы ли­нейки отпущены, то они возвращают­ся к исходному положению. Магнит­ные силовые линии подобны этому: когда они изогнуты, то ведут себя таким образом, как будто они напря­жены и стремятся выпрямиться. Сила магнитного поля измеряется числом магнитных силовых линий, пересекаю­щих единичную площадь перпендику­лярно расположенной поверхности. Чем сильнее магнитное поле, тем боль­ше число магнитных силовых линий на единицу площади. В однородном поле силовые линии параллельны друг дру­гу и их число на единицу площади постоянно.

Рассмотрим проводник с током, проходящий перпендикулярно через бумагу. Ток направлен за лист бу­маги. Магнитное поле, образованное только этим током, показано на рисун­ке 1, а. Хотя силовые магнитные линии изогнуты, но они симметрич­ны вокруг проводника. Число магнитных силовых линии на единицу площа­ди зависит от силы тока. 

Чем силь­нее ток, тем больше число силовых линий на единицу площади, или боль­ше плотность магнитного потока.

 На рисунке 1,6 показано однородное магнитное поле. Когда проводник по­мещен в центр однородного магнит­ного поля, то -имеет место наложение магнитных полей. Справа от провод­ника два поля действуют в одном на­правлении, и результирующая сила поля получается сложением двух сил. Слева от проводника поля действу­ют в противоположных направлениях, и результирующая сила поля пред­ставляет собой разность между двумя силами. Позади проводника и перед ним поля не параллельны. Результи­рующее магнитное поле показано на рисунке 1, в. Существует сильное изогнутое поле справа от проводни­ка и слабое поле слева от него. Маг­нитные силовые линии действуют так, как будто они находятся под напря­жением и стремятся выпрямиться. В результате возникает сила, действую­щая на проводник в направлении от сильного поля к слабому, и если бы проводник мог двигаться, то он начал бы двигаться справа налево в на­правлении, указываемом стрелкой.

Действующая на проводник сила зависит от сил двух магнитных полей.

Таким образом, сила может быть увеличенна:

а)  увеличением тока в проводнике;

б)  увеличением силы однородно­го поля.

На проводник с током всегда дей­ствует сила, когда он помещен пер­пендикулярно к любому магнитному полю. Поле не должно быть обяза­тельно однородным. Вместе с тем од­нородное поле легче изучать.

Если проводник с то«ом проходит параллельно магнитному полю, то на проводник не действует сила. Магнит­ные поля перпендикулярны друг дру­гу, и результирующее поле симметрич­но по отношению к проводнику. Таким образом, на проводник не действует результирующая сила.

Проводя исследование необязательно, чтобы стержень был перпендикуля­ррен магнитному полю. Движение про­исходит, если какая-либо составляю­щая магнитного поля перпендикуляр­на току. Это может быть показано изменением положения магнита так, чтобы медный стержень находил­ся под углом к магнитному полю. Вместе с тем скорость движения стержня будет максимальной (т. е. сила, действующая на стержень, будет наибольшей), когда ток и магнит­ное поле расположены под прямым углом друг к другу.

Правило левой руки Флеминга

Правилом определения направле­ния движения стержня является пра­вило левой руки Флеминга, показанное на рисунке 2 (Не путайте его с правилом правой руки, опре­деляющим направление индуцирован­ной электродвижущей силы. Правило левой руки иногда называют автомо­бильным правилом, что легко запом­нить, вспомнив, что в Соединенном Королевстве автомобилисты ездят по левой части дороги.)

Правило гласит: если большой, указательный и сред­ний пальцы левой руки держать под прямым углом друг к другу и распо­ложить указательный палец по на­правлению магнитного поля, а сред­ний — по направлению тока, то боль­шой палец указывает направление движения.

Движущиеся витки

Примените правило левой руки Флеминга к витку провода ABCD, подвешенному между полюсами силь­ного дугообразного магнита (рис.3,  а). В результате сложения полей сила, действующая в одном направ­лении с одной стороны витка, равна силе, действующей в противополож­ном направлении с другой его стороны (рис. 3,6). Таким образом, на ви­ток провода действует пара сил (элек­тромагнитная пара), и виток враща­ется. Применив правило левой руки Флеминга, вы можете определить, что A D движется «за» лист бумаги, а ВС— от него. Виток вращает­ся до тех пор, пока займет поло­жение, перпендикулярное магнитному полю. Затем силы f, действующие на AD и ВС, хотя и по-прежнему проти­воположно направлены, но действуют вдоль одной и той же прямой (рис. 3,в). Итак, момент пары сил от­сутствует, нет вращающего эффекта, и виток провода не вращается. Пара сил, действующая на виток, меняет­ся от своего максимального значе­ния, когда плоскость витка парал­лельна магнитному полю, до нуля, когда плоскость витка перпендикуляр­на магнитному полю.

Теперь рассмотрим верхнюю и нижнюю стороны витка АВ и CD. В исходном положении они параллель­ны полю, и поэтому на них не дейст­вует сила. По мере того как виток поворачивается, они становятся пер­пендикулярными к полю, но действую­щие на них силы вертикальны и по­этому не оказывают воздействия на вращение витка.

В простом устройстве, показанном на рисунке 3, виток провода вра­щается, но численное значение элект­ромагнитных сил уменьшается по мере приближения плоскости витка к пер­пендикуляру по отношению к полю. Пара сил была бы примерно постоян­на, если бы плоскость витка всегда была параллельна магнитному полю. Это достигается приданием магнитным полюсам изогнутой формы для обра­зования радиального поля (рис. 4). Сердечник из мягкого железа между изогнутыми полюсами магнита увели­чивает силу магнитного поля. Чем сильнее магнитное поле, тем больше пара сил для данного тока в витке.

Вероятно, более простым способом понимания вращения витка с током в магнитном поле является учет того, что, как только включен ток, виток становится магнитом. Если он может двигаться, то он вращается, пока полюс S витка не располагается про­тивоположно полюсу N магнита и на­оборот. На рисунке 3, а ток в витке идет по часовой стрелке, так что пе­редняя часть витка является полюсом S, а задняя — полюсом N. Таким обра­зом, виток провода вращается в на­правлении по часовой стрелке.