Т. Магнитное поле — различия между версиями

Версия 15:30, 23 августа 2010 (просмотреть исходный код) Ruslan (обсуждение | вклад) (Новая: __NOTOC__ == Магнитное поле тока == Способом передачи магнитного взаимодействия является магнитное поле. ...) Следующая правка →

(нет различий)

---

Версия 15:30, 23 августа 2010

Магнитное поле тока

Способом передачи магнитного взаимодействия является магнитное поле.

Многочисленные опыты привели ученых к выводу, что вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле. В отличие от электрического поля, которое действует и на неподвижные заряды, и на движущиеся, магнитное поле действует только на движущиеся заряды (токи).

Магнитное поле можно обнаружить и исследовать с помощью железных опилок, магнитной стрелки, а также небольшого контура с током (рамки с током) (рис. 1), причем собственное магнитное поле контура должно быть слабым по сравнению с исследуемым.

Проводники, подводящие ток к контуру, должны быть расположены вблизи друг друга или сплетены между собой (тогда их магнитные поля взаимно компенсируются). Ориентация такого контура характеризуется направлением нормали \(~\vec n\) к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, связанное с током правилом правого винта (буравчика): головку винта проворачивают по направлению тока в контуре, поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали \(~\vec n\).

Опыт показывает, что если такой контур подвесить на гибких проводниках в магнитном поле, то он повернется и установится определенным образом, то есть магнитное поле оказывает на контур с током ориентирующее действие. При этом направление положительной нормали \(~\vec n\) к плоскости контура совпадает с направлением продольной оси магнитной стрелки (т.е. от S к N внутри ее), помещенной в ту же точку магнитного поля (рис. 1).

Поэтому за направление магнитного поля принимают направление от южного полюса S к северному N по оси свободно установившейся в магнитном поле стрелки или направление положительной нормали к замкнутому контуру с током.

Магнитная индукция

Для количественного описания магнитного поля можно воспользоваться контуром с током. Так как контур с током испытывает ориентирующее действие поля, то на него в магнитном поле действует пара сил, которая создает момент сил относительно некоторой неподвижной оси. Вращающий момент сил зависит как от свойств поля в данной точке, так и от свойств контура. Для плоского контура с током I величина, равная произведению силы тока I на площадь S, ограниченную контуром, называется магнитным моментом контура p_m.

Магнитный момент — векторная величина. Его направление совпадает с направлением положительной нормали к контуру.

\(~\vec p_m = IS \vec n,\)

где \(~\vec n\) — единичный вектор нормали к плоскости контура.

Опыт показывает, что вращающий момент зависит от расположения контура в магнитном поле. Вращающий момент равен О, если магнитное поле перпендикулярно плоскости контура (рис. 2, а), и максимален, если нормаль к контуру перпендикулярна магнитному полю (рис. 2, б).

Максимальный вращающий момент, как показывает опыт, пропорционален силе тока I и площади контура рамки с током, т.е.

\(~M_{max} \sim IS .\)

Если в данную точку магнитного поля помещать контуры с разными магнитными моментами, то на них будут действовать различные вращающие моменты, однако отношение \(~\frac{M_{max}}{p_m}\) для всех контуров одно и то же и поэтому может служить характеристикой магнитного поля, называемой магнитной индукцией.

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

Модуль магнитной индукции равен

\(~B = \frac{M_{max}}{IS} = \frac{M_{max}}{p_m}.\)

Единицей магнитной индукции в СИ является тесла (Тл).

1 Тл = Н·м/(А·м²) = Н/(А·м) .

1 Тл — магнитная индукция такого однородного поля, в котором на контур с магнитным моментом 1 А·м² действует вращающий момент 1 Н·м.

Магнитная индукция \(~\vec B\) полностью характеризует магнитное поле. В каждой точке может быть найден ее модуль и направление.

Поле, в каждой точке которого модуль и направление магнитной индукции одинаковы (\(~\vec B = \operatorname{const}\)) , называется однородным магнитным полем.

Если магнитное поле образовано системой n проводников с токами, то, имеет место принцип суперпозиции магнитных полей: магнитная индукция поля системы токов равна геометрической сумме магнитных индукцией полей каждого из токов в отдельности:

\(~\vec B = \vec B_1 + \vec B_2 + \ldots + \vec B_n = \sum_{i=1}^n \vec B_i .\)

Линии магнитной индукции

Магнитное поле можно изображать графически с помощью линий магнитной индукции, подобно тому, как электрическое поле изображают с помощью линий напряженности.

Линией магнитной индукции называется линия, касательная к которой в каждой точке поля совпадает с вектором магнитной индукции (рис. 3). Так как в каждой точке магнитное поле характеризуется определенным значением \(~\vec B\), то через каждую точку поля можно провести линию магнитной индукции и только одну, линии магнитной индукции не пересекаются.

При изображении магнитного поля линии магнитной индукции проводятся так. чтобы их густота была пропорциональна модулю магнитной индукции.

Наглядное представление о линиях магнитной индукции можно получить, если на лист стекла, сквозь который проходит проводник с током, насыпать железные опилки и встряхнуть их. Опилки намагничиваются, становятся маленькими магнитными стрелками и располагаются вдоль \(~\vec B\).

Исследование различных магнитных полей показало, что линии магнитной индукции в отличие от линий напряженности электростатического поля являются замкнутыми линиями. Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно свидетельствует о том, что магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет. Источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля.

Магнитное поле — вихревое поле.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 315-318.