§32. Вектор магнитной индукции.
Линии магнитной индукции.
При внесении пробного контура в магнитное поле он устанавливает так, что его магнитный момент совпадает с направлением магнитного поля в данной точке поля. Если контур вывести из положения равновесия, то на него будет действовать момент сил, стремящийся вернуть его в положение равновесия. Этот момент сил будет наибольшим (максимальным), когда магнитный момент контура перпендикулярен к направлению поля.
Пусть в одну и ту же точку магнитного поля вносятся различные пробные контуры. Тогда на них будут действовать и различные максимальные моменты сил. Однако отношение модуля максимального момента Mmax к модулю магнитного момента контура pm остаётся постоянным независимо от модуля магнитного момента. Поэтому его принимают за характеристику поля в данной точке. Её называют индукцией магнитного поля и обозначают через B, т.е.
(32.1)
Таким образом, модуль индукции магнитного поля в некоторой точке равен отношению максимального момента сил, действующего на пробный контур, помещённый в эту точку, к его магнитному моменту, и направление индукции магнитного поля совпадает с направлением магнитного момента в положении, когда момент сил равен нулю.
В системе единиц СИ индукция магнитного поля измеряется в теслах (Тл). Как следует из (32.1), 1Тл — это индукция в такой точке магнитного поля, при внесении в которую пробного контура с магнитным моментом 1А⋅м2 на него действует максимальный момент сил, равный 1Н⋅м.
Так как магнитное
поле является силовым, то его, по аналогии
с электрическим, изображают с помощью
линий магнитной индукции — линий,
касательные к которым в каждой точке
совпадают с направлением вектора
.
Их направление задается правилом правого
винта.
Для прямого тока: если поступательное движение буравчика указывает направление тока в проводнике, тогда вращательное движение укажет направление вектора магнитной индукции.(Рис.32.1)
Для кругового тока: если вращать рукоятку буравчика по направлению тока, то поступательное движение буравчика укажет направление вектора магнитной индукции в центре витка. (Рис.32.2)
Рисунок для прямого тока (Рис.32.1)
Рисунок для кругового тока (Рис.32.2)
Конфигурацию магнитных силовых линий в каждом конкретном случае можно установить, например, с помощью магнитной стрелки, ориентирующейся вдоль этих линий; за направление линии принято считать направление от южного к северному полюсу стрелки. Наглядное представление о магнитных силовых линиях можно также получить с помощью железных опилок, насыпанных тонким слоем на стекло.
Линии магнитной индукции всегда замкнуты (т. е. не имеют ни начала, ни конца). Этим они отличаются от линий напряженности электростатического поля, которые являются разомкнутыми (начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных). Направление силовых линий магнитного поля тока определяется по правилу буравчика. Так же, как и линии напряжённости электрического поля, они не пересекаются.
С помощью линий магнитной индукции можно изобразить магнитное поле, подобно тому, как линиями напряженности изображают электрическое поле. Условились линии магнитной индукции проводить так, чтобы число этих линий, приходящихся на единицу площади площадки, перпендикулярной к ним, равнялось бы модулю индукции в данной области поля. Тогда по густоте линий магнитной индукции судят о магнитном поле. Там, где линии гуще, модуль индукции магнитного поля больше.
На рис. 32.3 изображены линии магнитой индукции полосового магнита; они выходят из северного полюса и входят в южный. Вначале казалось, что здесь наблюдается полная аналогия с линиями напряженности электростатического поля и полюсы магнитов играют роль магнитных «зарядов» (магнитных моиополей). Опыты показали, что, разрезая магнит на части, его полюсы разделить нельзя, т. е. в отличие от электрических зарядов свободные магнитные заряды не существуют, поэтому линии магнитной индукции не могут обрываться на полюсах. В дальнейшем было установлено, что внутри полосовых магнитов имеется магнитное поле и линии магнитной индукции этого магнитного поля являются продолжением линий магнитной индукции вне магнита. Таким образом, линии магнитной индукции магнитного поля постоянных магнитов являются также замкнутыми.
рис. 32.3
Силовые линии магнитного поля, созданного током в прямолинейном проводе, представляют собой концентрические окружности, перпендикулярные проводу, центры которых находятся на этом проводе (рис. 32.4).
рис.32.4