Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра физики
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
для самостоятельной работы студентов по физике
Часть 2 «Электромагнетизм»
2011
Учебное пособие для самостоятельной работы (СРС) студентов по разделу «Электромагнетизм» состоит из следующих структурных элементов:
Информационная часть (теория), то есть структурированный теоретический материал с выделением элементов знания.
Контрольные вопросы первого уровня для проверки усвоения теоретического материала.
Примеры решения задач для выработки у студентов навыков по практическому применению информационной части.
Контрольные вопросы второго уровня (сборник задач) для проверки в решении задач.
Контрольные вопросы третьего уровня в тестовом виде для проверки остаточных знаний.
Справочник с фундаментальными постоянными.
Предназначено для студентов очной формы обучения всех специальностей.
Составители: Шестакова Р.Г., доц., канд. хим. наук
Бочкор С.А., доц., канд. хим. наук
Рецензент: Мукаева Г.Р., доц., канд. техн. наук
© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2011
1 Магнитное поле в вакууме
1.1 Магнитное поле и его характеристики
Впервые магнитные явления были последовательно рассмотрены английским врачом и физиком Уильямом Гильбертом в его работе - «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле». Тогда казалось, что электричество и магнетизм не имеют ничего общего. Лишь в начале XIX века датский ученый Г. Х. Эрстед выдвинул идею о том, что магнетизм может оказаться одной из скрытых форм электричества, что и подтвердил в 1820 г. на опыте. Этот опыт повлек за собой лавину новых открытий, имевших огромное значение.
Многочисленные опыты начала XIX века показали, что каждый проводник с током и постоянный магнит способны оказывать силовое воздействие через пространство на другие проводники с током или магниты. Э
Рисунок 1.1 - Направление магнитного поля
то происходит из-за того, что вокруг проводников с током и магнитов возникает поле, которое было названо магнитным.Для исследования магнитного поля применяют небольшую магнитную стрелку, подвешенную на нити или уравновешенную на острие (рис.1.1). В каждой точке магнитного поля стрелка, расположенная произвольно, будет поворачиваться в определенном направлении. Это происходит из-за того, что в каждой точке магнитного поля на стрелку действует вращающий момент, который стремится расположить ее ось вдоль магнитного поля. Осью стрелки называется отрезок, соединяющий ее концы.
Рассмотрим ряд опытов, которые позволили установить основные свойства магнитного поля:
Если заряженный шарик из диэлектрика подвесить на нити вблизи магнитной стрелки, стрелка и шарик остаются неподвижными. Следовательно, постоянные магниты не действуют на неподвижные заряды и неподвижные заряды не создают магнитного поля.
Если магнитную стрелку поместить под прямолинейным проводником с током, то она будет поворачиваться, стремясь расположиться перпендикулярно проводнику (опыт Эрстеда). Смена направления тока на противоположное вызовет переориентацию стрелки на 180˚.
Пучок движущихся электронов оказывает действие на магнитную стрелку аналогичное проводнику с током (опыт Иоффе).
Конвекционные токи, образуемые движущимися заряженными телами, по своему действию на магнитную стрелку подобны токам проводимости (опыт Эйхенвальда).
На основании данных опытов был сделан вывод о том, что магнитное поле создается только движущимися зарядами или движущимися заряженными телами, а также постоянными магнитами. Этим магнитное поле отличается от электрического поля, которое создается как движущимися, так и неподвижными зарядами и действует как на одни, так и на другие.