О свойствах магнитного поля можно судить по его воздействию на неполевую форму материи – на вещество. Это воздействие зависит как от свойств поля, так и от свойств вещества, вносимого в поле.
Основным свойством неизменного во времени магнитного поля является силовое воздействие его как на движущиеся в нем заряженные тела, так и на неподвижные проводники с электрическим током.
Как показывает опыт, магнитное поле обладает определенной направленностью, то есть является векторным полем. Основной величиной, характеризующей магнитное поле, является вектор магнитной индукции . Зная величину и направление вектора , можно установить свойства магнитного поля и вызываемых им явлений. Вектор можно, например, определить по силе, с которой магнитное поле действует на контур с током. Магнитная индукция измеряется в Теслах (Тл).
Всякий электрический ток возбуждает вокруг себя магнитное поле. Связь между током и возбужденным им в пустоте магнитным полем может быть выражена в дифференциальной форме следующим образом:
где δ – плотность тока в проводнике; dV – элементарный объем проводника; R – расстояние от dV до точки, в которой определяется ; μ 0 – магнитная постоянная, равная 4π·10-7 Гн/м.
Если размеры поперечного сечения проводника малы по сравнению с его длиной и расстоянием до точки наблюдения (проводник линейный), можно положить:
Следовательно,
(43.1) |
Проинтегрировав, получаем:
где l – контур, по которому проходит постоянный ток I.
Если контур с током находится в каком-либо веществе, то величина магнитной индукции будет отличаться от в μr раз:
(43.2) |
Безразмерная величина μr называется относительной магнитной проницаемостью. Произведение μrμ0 обозначают μа и называют абсолютной магнитной проницаемостью.
Изменение магнитной индукции в различных средах при одном и том же значении тока объясняется тем, что магнитное поле возбуждается не только током, проходящим по проводнику, но и внутримолекулярными токами вещества, окружающего проводник.
Другим основным вектором магнитного поля является вектор напряженности , равный магнитной индукции, деленной на абсолютную магнитную проницаемость μа:
(43.3) |
Напряженность магнитного поля в отличие от магнитной индукции не зависит от свойств среды.
Опыт показывает, что всякое вещество, внесенное в магнитное поле, намагничивается. Внутримолекулярные токи под действием внешнего поля ориентируются определенным образом и их магнитное поле, складываясь с внешним полем, изменяет его.
Собственное макроскопическое поле вещества можно характеризовать вектором намагниченности . Этот вектор определяет, насколько магнитная индукция в данной среде отличается от магнитной индукции в пустоте при одной и той же напряженности магнитного поля
В однородных средах при слабых магнитных полях напряженность и намагниченность пропорциональны:
.
Безразмерный коэффициент называется магнитной восприимчивостью.
Связь между тремя векторами магнитного поля можно записать следующим образом:
(43.4) |
Следовательно
Напряженность магнитного поля и намагниченность в системе СИ измеряются в амперах, деленных на метр (А/м).