1. Источники магнитного поля. Взаимодействие токов. Магнитные силы

В пространстве, которое окружает электрические токи, возникает поле, назы­ваемое магнитным. Магнитное поле создается только движущимися электрическими зарядами.

Оно действует на магниты и на движущиеся заряды, поэтому проводник, по которому течет электрический ток, действует на магнитную струлку. Это явление было открыто в 1820 г. датским физиком Х.Эрстедом:

При изменении направления тока на противоположное происходит переориентация магнитной стрелки на противоположное направление. Следовательно, силовое действие магнитного поля зависит от направления тока, создающего это поле.

В 1911г. А.Ф.Иоффе доказал, что свободные электронные пучки по своему действуют на магнитную стрелку и эквивалентны токам в проводниках.

Магнитостатическое поле и его свойства. Индукция магнитного поля

Индукция магнитного поля равна отношению магнитной силы к произведению заряда на его скорость при условии, что заряд движется перпендикулярно вектору индукции:

,

вектор индукции является силовой характеристикой магнитного поля. В СИ измеряется в тесла – Т. 1Т=В∙с/м².

Для наглядного изображения электрических полей вводят понятие силовых линий. Силовая линия магнитного – кривая, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением индукции магнитного поля.

Сила Ампера

Для изучения свойств маг­нитного поля, создаваемого токами и постоянными магнитами, используют малые замк­нутые контуры с током и магнитные стрелки. Французский физик А. Ампер установил (рис. 3), что на от­резок проводника длиной dl с током /, помещенный в магнитное поле, действует сила

Здесь В — модуль вектора магнитной индукции В, которая является силовой характери­стикой магнитного поля; а—угол между вектором В и направлением элемента тока I dI.

В векторной форме Закон Ампера:

Правило левой руки: левую руку располагают в таком положении, чтобы перпендику­лярная направлению элемента тока составляющая вектора В входила в ладонь, а че­тыре пальца были направлены по направлению элемента тока. Тогда отведенный под прямым углом большой палец покажет направление силы Ампера.

Магнитный момент

Магнитным моментом плоской рамки с током называют произведение силы тока на площадь рамки:

В СИ {A∙м²}.Направление магнитного момента находится по правилу «буравчика».

Вращающийся момент. Принцип суперпозиции магнитных полей

Используя выражение для силы Ампера (1.1), можно показать, что на плоскую рамку с током, помещенную в магнитное поле В, действует вращающий момент:

Если расположить плоскую рамку так, чтобы вектор магнитной индукции В нахо­дился в плоскости рамки, то вращающий момент М будет максимальным (sin(p_m^, В) = 1):

Из формулы (1.5) следует, что В = M_max/(I ∙S), т.е. индукция магнитного поля в данной точке поля численно равна отношению максимального вращающего момен­та М_max, который действуют на маленькую плоскую рамку, помещенную в область поля в окрестности этой точки, к площади рамки и силе тока в ней. Отметим, что оба эти определения для В согласуются друг с другом.

Отметим, что индукцию В магнитного поля системы проводников с токами опре­деляют, используя принцип суперпозиции, т.е.

где В, — индукция поля, создаваемого в данной точке пространства отдельным про­водником с номером i (i = 1, 2, ...,n).

2.2. Закон Юио-Савара-Лапласа. Напряженность магнитного поля. Магнитное поле прямолинейного проводника с током. Магнитное поле кругового проводника с током (магнитного диполя). Магнитные поля соленоида и тероида. Взаимодействие параллельных токов. Единицы силы тока – ампер.