Номер 2, страница 353 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 106. Электрический ток. Сила тока. Глава 15. Законы постоянного тока - номер 2, страница 353.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Единицу силы тока, Ампер, определяют по магнитному взаимодействию, потому что это явление позволяет связать электрическую величину (силу тока) с фундаментальными механическими величинами (силой и расстоянием) наиболее точно и воспроизводимо.

Во-первых, существует прямая и фундаментальная связь между током и магнитной силой. Любой электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Если в это поле поместить другой проводник с током, на него будет действовать сила, называемая силой Ампера. Величина этой силы напрямую зависит от силы токов в обоих проводниках и расстояния между ними. Для двух длинных параллельных проводников, по которым текут токи $I_1$ и $I_2$, находящихся на расстоянии $r$ друг от друга, сила взаимодействия, приходящаяся на единицу длины $l$ проводника, выражается формулой: $$ \frac{F}{l} = \frac{\mu_0 I_1 I_2}{2\pi r} $$ Здесь $\mu_0$ — магнитная постоянная. Эта формула показывает прямую зависимость между силой $F$ и токами $I_1, I_2$.

Во-вторых, механические величины, такие как сила и расстояние, можно измерить с очень высокой точностью с помощью специальных приборов, например, токовых весов. Измерив силу взаимодействия $F$, длину участка проводника $l$ и расстояние между проводниками $r$, можно с большой точностью определить силу тока. Именно на этом принципе было основано эталонное определение Ампера до 2019 года. 1 Ампер определялся как сила такого постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную $2 \cdot 10^{-7}$ Ньютона.

В-третьих, другие действия тока, такие как тепловое или химическое, менее удобны для создания эталона. Например, тепловое действие (закон Джоуля-Ленца) зависит не только от силы тока, но и от сопротивления проводника ($Q = I^2Rt$), которое, в свою очередь, сильно зависит от материала, его чистоты и температуры. Химическое действие (электролиз) зависит от рода вещества (его электрохимического эквивалента), что также вносит зависимость от конкретного химического элемента и не является фундаментальным.

Таким образом, магнитное взаимодействие токов в вакууме зависит только от силы токов, геометрии системы и фундаментальной константы, что делает его наиболее подходящим для определения основной единицы электричества.

Примечание: С 2019 года вступило в силу новое определение Ампера, которое основано на фиксации численного значения элементарного заряда $e$. Однако практическая реализация эталона Ампера по-прежнему опирается на высокоточные измерения электромагнитных сил (например, с помощью весов Киббла), что подтверждает фундаментальную важность магнитного взаимодействия для метрологии.

Ответ: Единицу силы тока определяют по магнитному взаимодействию, так как это явление позволяет наиболее точно и воспроизводимо установить связь между силой тока и легко измеряемыми механическими величинами (силой и расстоянием). Другие действия тока (тепловое, химическое) зависят от свойств конкретных веществ (сопротивления, электрохимического эквивалента) и поэтому не подходят для создания фундаментального эталона.