ТЕМА № 13 (4лц+4пр+8ср)

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ

1. Основные понятия

1.1. Магнитное поле

В 1820 г Ганс Христиан Эрстед читал в Копенгагенском университете студентам старших курсов лекции по электричеству, гальванизму и магнетизму. Электричество тогда означало электростатику. Гальванизмом назывались явления, вызываемые постоянным током, получаемым от батарей. (Этот раздел возник в результате случайного открытия Гальвани). Магнетизм имел дело с давно известными свойствами железных руд, со стрелкой компаса, с земным магнитным полем.

У Эрстеда была неотвязная мысль о том, что магнетизм как и гальванический ток, может оказаться одной из "скрытых форм" электричества. В поисках такой связи он попытался проделать перед аудиторией опыт с пропусканием тока через проволоку, подвешенную над стрелкой компаса под прямым углом к ней. Опыт не дал никакого эффекта.

После лекции что-то побудило его продолжить опыт, но с проволокой, расположенной над компасом параллельно стрелке. Стрелка сильно отклонилась, а когда гальванический ток был пущен в обратном направлении, она отклонилась в другую сторону.

N

S

N

N

S

S`

S`

S

Таким образом, при прохождении по проводнику электрического тока вокруг проводника возникает магнитное поле, которое действует на помещенную в это поле магнитную стрелку.

Рассмотренные опыты показывают, что вокруг всякого движущегося заряда, будь то электрон, ион или заряженное тело, помимо электрического поля существуют также магнитные поля.

Из опыта Эрстеда следует, что магнитное поле имеет направленный характер и должно определяться векторной величиной. Эту величину принято обозначать буквой . Логично было бы по аналогии с электрическим полем называть напряженностью магнитного поля. Однако по историческим причинам основную силовую характеристику магнитного поля назвали магнитной индукцией. Название же "напряженность магнитного поля" оказалось присвоенным вспомогательной величине аналогичной вспомогательной характеристике электрического поля.

Особенности этих полей является то, что электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся электрические заряды.

Магнитное поле действует только на движущееся в этом поле электрические заряды (оно не действует на неподвижные электрические заряды).

Итак, магнитное поле порождается движущимися зарядами. Движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающего их пространства ― создают в нем магнитное поле. Это поле проявляется в том, что на движущиеся в нем заряды (токи) действуют силы.

Подобно тому, как для исследования электрического поля мы использовали пробный точечный заряд, применим для исследования магнитного поля пробный ток, циркулирующий в плоском замкнутом контуре очень малых размеров. Ориентацию контура в пространстве будем характеризовать направлением нормали к контуру, связанной с направлением тока правилом правого винта (рис. ) такую нормаль будем называть положительной.

Рисунок

Поместив пробный контур в магнитное поле, мы обнаружим, что поле устанавливает контур положительной нормалью в определенном направлении. Примем это направление за направление поля в данной точке. Если контур повернуть так, чтобы направления нормали и поля не совпадали, возникает вращающий момент, стремящийся вернуть контур в равновесное направление.

Магнитное поле называется однородным, если во всех его точках векторы магнитной индукции одинаковы как по модулю, так и по направлению. В противном случае магнитное поле называется неоднородным.

Для графического изображения стационарного, т.е. не изменяющегося со временем, магнитного поля пользуются методом линий магнитной индукции.

Линиями магнитной индукции ( силовыми линиями магнитного поля) называют линии, проведенные в магнитном поле так, что в каждой точке поля касательная к линиям магнитной индукции совпадает с направлением вектора в этой точке.

Линии магнитной индукции проще всего наблюдать с помощью мелких игольчатых железных опилок, которые намагничиваются в исследуемом поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам.

Вид линий магнитной индукции простейших магнитных полей показан на рис. :

А- Полосовой магнит, Г- Соленоид

Занимаясь изучением электропроводности твердых тел и основных законов постоянного тока, мы ограничиваемся рассмотрением процессов, происходящих внутри проводников с токами. Однако этим не исчерпываются все явления, связанные с происхождением электрического тока.

Опыты показали, что вокруг проводников с током и постоянных магнитов существует магнитное поле, которое легко обнаружить по его силовому действию на движущиеся электрические заряды, другие проводники с током и постоянные магниты.

Экспериментально установлено, что постоянное магнитное поле не действует на неподвижные электрически заряженные частицы и тела. В свою очередь, эти неподвижные частицы и тела не действуют на помещенную вблизи них магнитную стрелку, т.е. не создают магнитное поле.

Итак силовое поле в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, называется магнитным полем.

Новые силы, возникающие только от движения зарядов называются магнитными силами