16

Магнитное поле

_________________________________________________________________________________________________________________

Лекция 12

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

1. Источники магнитного поля

С проявлением магнитных сил люди встретились еще в глубокой древности. Магнитной стрелкой пользовались в Китае, индейцы - в Америке.

В 1600 г. Гильберт писал, что Земля - большой магнит.

Магнетизм - особая форма материального взаимодействия между электрическими токами, движущимися зарядами, между токами и магнитами и между магнитами; раздел физики, изучающий это взаимодействие и свойства веществ, в которых оно проявляется.

Все магнитные взаимодействия осуществляются посредством магнитных полей. Особая материальная среда, в которой проявляется воздействие на физические приборы (магнитную стрелку, виток с током и т. д.), называют магнитным полем.

Магнитное поле создают движущиеся электрически заряженные тела, проводники с током, магнитные руды, постоянные магниты и т. д.

Магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов и др.). Например, ферромагнетизм объясняется наличием у электронов собственного (спинового) магнитного момента. Переменное магнитное поле возникает при изменении во времени электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени магнитного поля возникает переменное электрическое поле, т. е. существует единое электромагнитное поле. Электрическое и магнитное поля являются различными формами его проявления при определенных условиях. Магнитное поле имеют: Земля, Юпитер, Сатурн и некоторые другие планеты солнечной системы, звезды, в том числе и наше Солнце, нейтронные звезды - пульсары, галактики и межгалактическое пространство. Магнитные свойства веществ определяются природой носителей магнетизма и характером их взаимодействия. Количественной характеристикой магнитного поля являются:

1) индукция магнитного поля - вектор . В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл).

2) напряженность магнитного поля - вектор . В Си напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м).

Между векторами индукции и напряженности существует связь:

= ₀ (.1)

или В = ₀Н, (2)

где  - магнитная проницаемость среды (в вакууме  = 1); ₀ = 410^7 Гн/м - магнитная постоянная.

2. Преобразование поперечной силы

Рис. 1

При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой в теории относительности используют преобразования Лоренца. Используя их, найдем формулу преобразования проекции силы, например, на ось Z.

Пусть материальная точка (м. т.) массой m движется вдоль оси Z cо скоростью u_z в инерциальной системе отсчета ХУZ (рис. 1), т. е. . Другая инерциальная система отсчета Х^*У^*Z^* движется относительно ХУZ равномерно и прямолинейно со скоростью вдоль оси Х.

Запишем проекцию импульса м. т. на ось Z в виде , где Проекция силы на эту же ось . (3)

Полная энергия частицы W = mc². (4)

Импульс частицы (5)

Из (4) . Тогда

На основании второго закона Ньютона

Найдем в правой части последнего равенства вторую производную от произведения где .

Тогда . (6)

Если поперечная составляющая силы в Х^*У^*Z^*

. (7)

Следовательно, в отличие от ньютоновской механики, в теории относительности поперечная сила зависит от скорости, что и позволяет объяснить происхождение магнитных сил.