Основные свойства магнитного поля.

Всё вышесказанное может быть коротко изложено следующим образом.

1.Магнитное поле материально, т.е. существует независимо от нашего сознания.

2.Магнитное поле порождается движущимися зарядами (проводниками с током).

3.Магнитное поле действует на движущиеся заряды (проводники с током).

4.Обнаруживается по действию на проводники с током и постоянные магниты.

За направление магнитного поля договорились принять направление, в котором устанавливается северный полюс магнитной стрелки.

Индукция магнитного поля.

Поскольку поле проявляет себя через силовое воздействие, то и выбираем в качестве характеристики поля его силовое воздействие.

Силовая характеристика магнитного поля – вектор магнитной индукции – определяется по его воздействию на пробный проводник с током, внесённый в магнитное поле.

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, зависит от ориентации проводника относительно направления магнитного поля. Если проводник располагается параллельно полю, то сила равна нулю, т.е. воздействие поля отсутствует. Если проводник перпендикулярен полю, то сила, действующая на него со стороны магнитного поля, максимальна.

Кроме того, установлено, что эта сила пропорциональна току, протекающему по проводнику, и длине проводника. Поэтому отношение силы, действующей на проводник, к произведению силы тока на длину проводника есть величина постоянная для данной точки поля. Это отношение приняли за силовую характеристику магнитного поля, которую назвали – магнитной индукцией.

Магнитная индукция в данной точке магнитного поля – это векторная физическая величина, модуль которой равен отношению максимальной силы, действующей на проводник с током, к произведению силы тока на длину проводника

где I – сила тока в проводнике, - длина проводника, F_max – сила, с которой магнитное поле действует на проводник.

Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением магнитного поля.

Магнитное поле называется однородным, если во всех точках поля вектор магнитной индукции имеет одно и то же значение и направление.

Единица измерения магнитной индукции

[B] = 1 Тл (тесла)

1 Тл – это индукция такого однородного магнитного поля, в котором на 1 м прямого проводника, перпендикулярного направлению магнитного поля, действует сила в 1 Н при протекании по нему тока 1 А.

Принцип суперпозиции.

Для магнитного поля, так же, как и электрического, справедлив принцип суперпозиции.

Если магнитное поле в данной точке пространства создаётся несколькими проводниками с током, то индукция результирующего поля равна векторной сумме индукций полей, созданных каждым проводником с током в отдельности, т.е.

Линии магнитной индукции.

Графически магнитное поле изображается с помощью линий магнитной индукции (ЛМИ), которые строятся аналогично линиям напряжённости, т.е. касательная, проведённая к ЛМИ, в каждой её точке указывает направление вектора магнитной индукции в данной точке поля.

Свойства ЛМИ.

1). ЛМИ одного и того же поля нигде не пересекаются;

2). Линии располагаются гуще там, где поле сильнее;

3). ЛМИ вне магнита направлены от северного плюса к южному, внутри магнита – наоборот;

4). ЛМИ замкнуты.

ЛМИ однородного поля параллельны друг другу и отстоят друг от друга на одинаковых расстояниях.

Примеры магнитных полей.

А) Полосовой магнит.

Магнитное поле полосового магнита можно исследовать с помощью железных опилок, рассыпанных на листе картона, под которым устанавливается магнит. Расположение опилок даёт картину расположения ЛМИ. Направлены ЛМИ от северного полюса магнита к южному.

Б) Прямолинейный бесконечный провод.

Для исследования характера магнитного поля, созданного прямолинейным

 

 

бесконечным проводником с током, пропустим этот провод через лист картона. На картоне рассыпаем металлические опилки. При протекании тока опилки укладываются на листе по концентрическим окружностям, центр которых располагается на проводнике. Точно также установятся магнитные стрелочки, расставленные вокруг проводника.

Таким образом, ЛМИ прямолинейного проводника с током представляют собой концентрические окружности с центром на проводнике.

Для определения направления ЛМИ можно воспользоваться правилом правой руки. Проводник мысленно обхватывается правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, тогда остальные пальцы окажутся согнутыми в направлении ЛМИ.

Проведя касательную в какой-либо точке ЛМИ, получим направление вектора магнитной индукции в данной точке.

Модуль вектора магнитной индукции В поля, созданного проводником с током I на расстоянии r от проводника равен

,

 

где μ₀= 4π 10^-7 Гн/м – магнитная постоянная.

В) Виток с током.

Для исследования характера магнитного поля, созданного витком с током, также воспользуемся железными опилками, рассыпанными на листе картона. Плоскость листа располагается перпендикулярно витку и проходит через его диаметр. Опилки укладываются по замкнутым кривым, охватывающим проводник витка. В самом центре витка опилки укладываются по прямой, перпендикулярной плоскости витка.

Направление ЛМИ определяется также по правилу правой руки, но четыре пальца располагаются по направлению тока в витке, и тогда большой палец укажет на направление магнитного поля в центре витка.

Модуль вектора магнитной индукции В поля в центре витка радиусом R, по которому протекает ток I, равен

 

Г) Соленоид.

Соленоидом называется катушка, состоящая из множества витков.

Магнитное поле соленоида напоминает магнитное поле полосового магнита.

Вид его также можно выявить с помощью железных опилок. Внутри соленоида поле однородно, и ЛМИ располагаются параллельно друг другу на одинаковом расстоянии.

Модуль вектора магнитной индукции поля внутри соленоида, по которому протекает ток I, равен

гдеN – количество витков в катушке, – длина катушки.

Направление магнитных линий внутри соленоида можно определить, если четыре пальца правой руки направить по току, тогда отогнутый на 90⁰ большой палец укажет направление магнитных линий.