Как это считается
Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током. Она вычисляется как F = B · I · L · sin α, где B — индукция поля в теслах, I — сила тока в амперах, L — длина участка проводника в поле в метрах, α — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. Максимум достигается при α = 90°, когда проводник перпендикулярен линиям поля; при α = 0°, когда ток течёт вдоль линий, сила равна нулю.
Направление силы определяется правилом левой руки: расположите левую ладонь так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы указывали направление тока — тогда отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера. Ключевая особенность: сила всегда перпендикулярна и току, и полю одновременно. Строго это записывается векторным произведением F = I · L × B, а правило левой руки — просто удобная мнемоника для школьных задач.
Сила Ампера — это то, что заставляет вращаться любой электродвигатель. В рамке с током, помещённой в магнитное поле, силы на противоположных сторонах направлены в противоположные стороны и создают вращающий момент M = B · I · S · N · sin α, где S — площадь рамки, N — число витков. Ровно так работают коллекторные двигатели, шаговые моторы, стрелочные измерительные приборы и динамики: в громкоговорителе звуковая катушка в поле кольцевого магнита колеблется под действием переменной силы Ампера и толкает диффузор.
Отдельный важный случай — взаимодействие двух параллельных проводников. Каждый создаёт поле в месте расположения другого, и на единицу длины действует сила F/l = μ₀ · I₁ · I₂ / (2π · r). При сонаправленных токах проводники притягиваются, при встречных — отталкиваются. Именно через это взаимодействие ампер определялся в СИ до 2019 года: ток в один ампер — это такой ток, при котором два бесконечных параллельных проводника на расстоянии 1 м притягиваются с силой 2·10⁻⁷ Н на метр длины. Практическое следствие этой силы серьёзно: при коротком замыкании токи в шинах достигают десятков килоампер, и электродинамические усилия способны срывать шинопроводы с изоляторов, поэтому их рассчитывают отдельно.
Порядок величин полезно чувствовать. В поле 0,5 Тл (это сильный лабораторный магнит или зазор мотора) на проводник 10 см с током 10 А действует всего 0,5 ньютона, то есть около 50 граммов силы. Чтобы получить киловатты механической мощности, в двигателе набирают много витков, большой ток, сильное поле и много полюсов сразу. И наоборот: в рельсотроне или катушке Гаусса огромную силу получают за счёт токов в тысячи ампер при коротком импульсе.