3.3. Магнитное поле. Электромагнитная индукция

3.3.1. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Магнитные силовые линии. Единица магнитной индукции в си

Магнитное взаимодействие токов: 1) притяжение, если токи направлены в одну сторону; 2) отталкивание, если токи направлены в противоположные стороны.

Магнитное поле – одна из частей электромагнитного поля.

Источник магнитного поля – движущиеся электрические заряды (токи).

Индикатор магнитного поля: 1) магнитная стрелка; 2) рамка с током (замкнутый плоский контур с током).

Силовая характеристика магнитного поля – вектор магнитной индукции .

Направление вектора в данной точке магнитного поля: 1) направление прямой, проведенной через центр магнитной стрелки от ее южного полюса к северному полюсу, если стрелка малых размеров помещена в окрестности данной точки магнитного поля; 2) направление положительной нормали к замкнутому контуру с током (определяемой правилом правого винта (правилом буравчика для кругового тока)).

Правило правого винта (правило буравчика для кругового тока): если направление тока в контуре совпадает с направлением вращения ручки буравчика, то направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением вектора .

Линии магнитной индукции – линии, касательные к которым в каждой точке направлены так же, как и вектор .

Линии магнитного поля нигде не начинаются и нигде не заканчиваются: это – замкнутые линии.

Вихревое поле – поле с замкнутыми силовыми линиями.

Магнитное поле – вихревое поле.

Магнитные линии прямолинейного проводника с током (прямого тока) представляют собой окружности с центром на оси проводника, лежащие в плоскости, перпендикулярной к проводнику.

Правило буравчика для прямого тока: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением силовых линий (направлением вектора магнитной индукции).

Определение модуля вектора магнитной индукции: 1) через максимальное значение силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле; 2) через максимальное значение вращающегося момента, действующего на контур с током в магнитном поле.

1) , где В – модуль вектора магнитной индукции, F_m – максимальное значение силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле (будет в случае, когда ось проводника перпендикулярна вектору ), I – сила тока в проводнике, Δℓ – длина части проводника, помещенной в магнитное поле.

2) , где В – модуль вектора магнитной индукции, М_m – максимальное значение вращающего момента, действующего на контур с током в магнитном поле (будет в случае, когда вектор расположен в плоскости контура), I – сила тока в контуре, S – площадь поверхности, ограниченной контуром.

Единица магнитной индукции в СИ: 1Тл (тесла) = .

3.3.2. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Закон Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца

Выражение для расчета силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, называют законом Ампера.

Закон Ампера: , где F – сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (сила Ампера), I – сила тока, В – модуль вектора магнитной индукции, Δℓ – длина части проводника, расположенной в магнитном поле, α – угол между вектором и осью проводника.

Правило левой руки для определения направления силы Ампера: если левую руку расположить в магнитном поле так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90⁰ большой палец покажет направление силы Ампера.

Силу, действующую на движущийся в магнитном поле заряд, называют силой Лоренца.

Сила Лоренца зависит от: 1) модуля заряда частицы; 2) скорости ее движения; 3) модуля вектора ; 4) угла между вектором скорости частицы и вектором .

Формула для расчета модуля силы Лоренца: , где F_л – модуль силы Лоренца, q_о – модуль заряда частицы, В – модуль вектора ,υ – модуль скорости частицы, α – угол между вектором и вектором .

Правило левой руки для определения направления силы Лоренца: если левую руку расположить в магнитном поле так, чтобы перпендикулярная к вектору составляющая вектора входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по вектору скорости положительно заряженной частицы (против движения отрицательной частицы), то отогнутый на 90⁰ большой палец покажет направление силы Лоренца.