2. Магнітна індукція і напруженість магнітного поля. Магнітна проникність.

Оскільки магнітне поле вивчається за допомогою рамки із струмом по орієнтуючій дії магнітного поля на рамку, то домовились визначати положення рамки в просторі з допомогою вектора , перпендикулярного до площини рамки (нормаль до рамки).

За додатній напрямок нормалі до рамки приймають нормаль, зв’язану зі струмом правилом свердлика (рис.2).

Рис. 2

Для визначення напрямку магнітного поля рамки розміщують в полі і дають їй можливість вільно повертатись і зайняти в просторі таке положення, при якому обертальний момент дорівнює нулю і рамка знаходитиметься в положенні стійкої рівноваги. Тоді напрям нормалі до рамки співпадає з напрямком магнітного поля ().

Обертальний момент пари сил, що діє на рамку з струмом в магнітному полі дозволяє використати її для кількісної характеристики поля. Розглянемо, які властивості рамки впливають на обертальний момент.

Досліди показують, що обертальний момент М має максимальне значення, якщо нормаль рамки перпендикулярна до магнітного поля. Крім цього обертальний момент М пропорційний силі струму в рамці І , та площі рамки S, тобто

Величину P_m=I·S називають магнітним моментом рамки із струмом. Отже

М~P_m

Магнітний момент рамки із струмом – величина векторна. Напрям вектора співпадає з напрямком нормалі (рис.2).

Основною характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції . За напрямок вектора магнітної індукції приймають напрям додатньої нормалі до рамки, яка знаходиться в положенні стійкої рівноваги в магнітному полі.

Досліди показують, що якщо в одну і ту ж точку поля розміщувати однаково орієнтовані рамки з магнітними моментами - то на них будуть діяти різні обертальні моменти М_1; М₂; М₃ , але відношення буде сталим, тобто

Це відношення і визначає величину вектора індукції магнітного поля.

Вектором індукції магнітного поля називають вектор, чисельно рівний максимальному обертальному моменту, який діє на одиничну рамки із струмом (P_m=1) в магнітному полі і направлений вздовж нормалі до рамки, коли вона знаходиться в стійкій рівновазі.

( 3 )

І якщо , то .

Відзначимо, що напрям вектора магнітної індукції можна визначити також за допомогою магнітної стрілки. Якщо безмежно мала стрілка зайняла положення стійкої рівноваги, то вектор паралельний вісі стрілки і направлений від південного полюса до північного.

Розмірність індукції в системі СІ можна визначити на основі формули (3).

.

Індукція магнітного поля залежить від властивостей речовини. Магнітні властивості речовини характеризуються відносною магнітною проникністю, яка показує, в скільки раз індукція магнітного поля в речовині більша або менша індукції поля в вакуумі. Тобто, відносна магнітна проникність речовини  дорівнює відношенню індукції магнітного поля в речовині до індукції магнітного поля в вакуумі:

( 4 )

Крім індукції магнітного поля, яка залежить від властивостей речовини, магнітне поле характеризується напруженістю магнітного поля - це також силова характеристика поля, але вона не залежить від властивостей речовини, причому для вакууму

( 5 )

де - магнітна стала.

Напруженість магнітного поля визначається тільки струмом і не залежить від властивостей речовини.

; .

де l – довжина магнітної лінії з радіусом а.

При проходженні незмінного струму I по котушці з числом витків W напруженість поля Н залишається незмінною. Вона також буде незмінною при внесенні до котушки стального сердечника.

Враховуючи (4) і (5) , або ( 6 )

де - абсолютна магнітна проникність. В системі СІ індукція магнітного поля вимірюється в теслах (Тл), а напруженість магнітного поля – А/м.