24) Магнитное поле в вакууме

Магнитное поле – это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды, проводники с током и на тела, обладающие магнитным моментом (независимо от состояния их движения). Эти же объекты являются источниками магнитных полей.

Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция . Значение определяет силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд, проводник с током или на тело, обладающее маг моментом . В СИ единица магнитной индукции получила название тесла (Тл):

Магнитного аналога электрическому заряду в природе не существует. Пробным телом, пригодным для определения и измерения магнитного поля, может быть элементарный контур с током, магнитным полем которого можно пренебречь.

Количественной характеристикой контура с током I является его магнитный момент : , где S – площадь поверхности, ограниченной контуром L; – единичный вектор нормали к этой поверхности.

Д ля наглядного представления магнитного поля пользуются магнитными линиями (их называют также линиями магнитного поля). Напомним, что магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле. Магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная) проводится так, чтобы в любой точке этой линии касательная к ней совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку. Магнитные линии являются замкнутыми.

В случае проводника с током магнитные линии образуют замкнутые концентрические окружности вокруг проводника. Если посмотреть на проводник с током и образованное им магнитное поле в разрезе, то мы увидим набор кругов различного диаметра. На рисунке слева изображен как раз проводник с током.

Действие магнитного поля будет тем сильнее, чем ближе к проводнику. По мере удаления от проводника действие и, соответственно, сила магнитного поля будут уменьшаться.

В случае постоянного магнита мы имеем линии, выходящие из южного полюса магнита, проходящие вдоль самого тела магнита и входящие в его северный полюс.

25) Опыты Эйхенвальда и Иоффе.

Когда электрический ток идет по проводу, то вокруг провода вохникает магнитное поле.

По мимо этого тока проводимости (Ток проводимости — это упорядоченное движение заряженных частиц.) существует еще конвекционный ток (Конвекционный Ток - перенос электрических зарядов (электрический ток), обусловленный движением заряженного макроскопического тела). В этом случае зараженное электричеством тело дивежтся механически, заряд при это остается неподвижным по отношению к телу. Такое движение заряда не создает, конечно, джоулева тепла. В телах, окружающих конвекцинный ток, через влияние также возникает заряды, перемещащиеся в пространстве. Этот ток называют кондукционным. Возникает вопрос создает ли конвекционный ток магнитное поле , Впервые магнитное действие вонвекциооного тока было обнаружено Роуландом в 1876 г.

Н о наиболее тщательно и подробно магнитное поле конвекционного тока было исследовао Эйхенвальдом (1904 г.). На рисунке изображена схема опыта. Заряженные протиположнымм электричеством диски А и B вращаются вокруг осей К и К1. Вследствии симметрии дисков никаких кондукционных токов не возникает, но магнитометр ( стрелка М, подвешанная на ники с зеркальцем S) покажет отклонене. По его величине можно судить о напряженности магнитного поля еонвекционного тока. Несмотря на то, что это поле бывает в 100 000 раз слабее замного магнитного поля, Эйхенвальд сумел точно доказать, что магнитное поле конвекционного тока эквивалентно полю тока проводимости.

Свой опыт Эйхенвальд повторил, поместив между вращающимися дисками диэлектрик по которому через влияние возникает смещение зарядов. Если вращать диэлектрик C, а обкладками А и B оставить в покое, то и полученный ток смещения в диэлектирке создает магнитное поле, но очень слабое – около земного магнитного поля. Однако это магнитное поле тока смещения было обнаружено Рентгеном и измерено Эйхенвальдом. Исследование Эйхенвальдом магнитного поля при движении целого харяженного конденсатора, вращающегося вместе с диэлектриком, а также движегия диэлектрика в неоднородном поле показано, что магнитное поле концекционного тока и тока смещения связанных зарядов дилектрика возникает по закону Био-Савара-Лапласа.

Закон Био-Савара-Лапласа: Закон Био Савара Лапласа определяет величину модуля вектора магнитной индукции в точке выбранной произвольно находящейся в магнитном поле. Поле при этом создано постоянным током на некотором участке.

Где – вектор, по модулю равный длине элемента проводника и совпадающий по направлению с током; – радиус-вектор, проведенный из элемента проводника в точку А поля; – модуль радиуса-вектора ; – магнитная постоянная ; – Относительная магнитная проницаемость (среды); - Сила тока (текущего по проводнику), размерность в СИ-А

М агнитное поле свободно дивижущихся электронов было изменерено А. Ф. Иоффе в 1910 г. На рисунке изображена схема этого опыта.

Вразрядной трубке с раскаленного катода К вылетают электроны и летят к аноду А. Они проходят сквозь отверстия в аноде и дальше равомерно движутся к цилиндру Фарадея и отдают ему заряд. Гальваномер G измеряет ток, а астатическая система магнитов NS отклонятеся по влияние магнитного поля этого тока. Иоффе жоказа эквивалетность электронного пучка и тока проводимости по отношению к магнитному полю.