Магнтное поле движущегося заряда.Сила лоренца

     Любой проводник с током создает в окружающем пространстве магнитное поле. В свою очередь ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов. Отсюда следует, что каждый движущийся в вакууме или среде заряд создает вокруг себя магнитное поле.     

Опытно установлен закон, определяющий магнитное поле индукциейточечного зарядаq, свободно движущегося с нерелятивистской скоростью :(3.11)

     где - радиус-вектор, проведенный от зарядаq к данной точке поля. Вектор направлен перпендикулярно к плоскости, проведенной через векторыи, а именно: его направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращении отк(рис. 3.6).      Модуль вектора магнитной индукцииопределяется выражением(3.12)      Сравнивая (3.11) с выражением (3.5), можно сделать вывод, что движущийся заряд по своим магнитным свойствам соответствует элементу тока:

илиПриведенные закономерности справедливы лишь при относительно малых скоростях движущихся зарядов. т.е. когда электрическое поле свободно движущегося заряда можно считать электростатическим. Сила, действующая со стороны магнитного поля на движущийся в нем электрический заряд, называетсясилой Лоренца:      (3.13)

     Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входили линии индукции магнитного поля, а четыре вытянутых пальца направить вдоль вектора , то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей наположительный заряд (рис. 3.7). На отрицательный заряд сила со стороны магнитного поля действует в противоположном направлении.      Модуль силы Лоренца определяется по формуле где- угол между векторамии.      Сила Лоренца всегда перпендикулярна векторудвижения заряженной частицы, поэтому она не изменяет модуля ее скорости. Это означает, что постоянное магнитное поле не совершает работы над движущейся в нем заряженной частицей и кинетическая энергия этой частицы при движении в магнитном поле не изменяется.      Если на движущийся электрический заряд помимо магнитного поля с индукциейдействует и электрическое поле напряженностью, то результирующая сила, приложенная к заряду, равна векторной сумме двух составляющих – электрической и магнитной (формула Лоренца):     

      Разделение силы Лоренца на электрическую и магнитную составляющие относительно, так как они зависят от выбора инерциальной системы отсчета. Это объясняется тем, что при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой изменяются не только скорость заряда, но и силовые характеристики иполей. Соответственно разделение электромагнитного поля на электрическое и магнитное поля тоже относительно.

 

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ КРУГОВОГО ТОКА Рассмотрим поле, создаваемое током I, текущим по тонкому проводу, имеющему форму окружности радиуса R (рис. 1.7). Рис. 1.7       Определим магнитную индукцию на оси проводника с током на расстоянии х от плоскости кругового тока. Векторы перпендикулярны плоскостям, проходящим через соответствующиеи. Следовательно, они образуют симметричный конический веер. Из соображения симметрии видно, что результирующий векторнаправлен вдоль оси кругового тока. Каждый из вектороввносит вклад равный, авзаимно уничтожаются. Но,, а т.к. угол междуиα – прямой, тотогда получим, (1.6.1)       Подставив в (1.6.1) и, проинтегрировав по всему контуру, получим выражение для нахождениямагнитной индукции кругового тока: ,(1.6.2)При, получиммагнитную индукцию в центре кругового тока: , (1.6.3)  Заметим, что в числителе (1.6.2)– магнитный момент контура. Тогда, на большом расстоянии от контура, при, магнитную индукцию можно рассчитать по формуле:, (1.6.4)      Силовые линии магнитного поля кругового тока хорошо видны в опыте с железными опилками (рис. 1.8). Рис. 1.8