50. Магнитное поле и его характеристики.
В пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, назыв. магнитным. Важнейшей особенностью магнитн. поля является то, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрическ. заряды. При исследов. Магнитн. поля используется замкнутый плоский контур с током, (рамка с током), линейные раз-меры которой малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле.
Рис.13.1.
Рис.13.2. Ориентация
контура в пространстве определяется
направлением нормали к контуру.Направление
нормали определяется правилом правого
винта:за
«+»-ое направление нормали прини-мается
направление поступательного движения
винта, головка которого вращается в
направлении тока, текущего в рамке
(рис. 13.1). За направление магнитн. поля,
создава-емого током, в данной точке
принимается направление, вдоль кот.
располагается «+»-ая нормаль к рамке
(рис. 13.2). Как изв. из школьн. курса физики,
на проводник, поме-щенный в магнитн.
поле, действует сила, направление кот.
определяется правилом
левой руки.
Если ладонь левой руки расположить
так, чтобы в неё входил вектор магнитной
индукции
,
а четыре вытянутых пальца расположить
по направлению тока в проводнике, то
отогнутый большой палец покажет
направление силы, действующей на ток.
Так как в магнитн. поле на рамку с током
действует пара сил, то она испытывает
ориентирующее действие поля.Вращающий
момент сил явл-ся
векторн. произведением:
,(13.1);
-вектор
магнитного момента рамки
с током,
- вектор
магнитной индукции. Для
плоского контура с током
принято:
(13.2)
–
площадь поверхности контура,
- ед-й вектор нормали к поверхности
рамки. Магнитная
индукция
в данной точке однородного магнитн.
поля определяяется максимальным
вращатель-ным моментом
,
действующим на рамку с магнитн. моментом,
равным 1, когда нормаль к рамке
перпендику-лярна направлению поля:
(13.3).
Магнитное
поле
изображают с помощью линий
магнитной индукции
– линий, касательные к которым в каждой
точке совпадают с направлением вектора
.
Их направление задаётся правилом
правого винта: головка винта, ввинчиваемого
по направлению тока, вращается в
направлении линий магнитной индукции.
Линии магнитной индукции можно «проявить»
с помощью железных опилок, намагничивающихся
в магнитном поле и ведущих себя подобно
маленьким магнитным стрелкам. На
рис.13.3 показаны линии магнитной индукции
поля кругового тока.
Рис.
13.3 .Линии
магнитн. индукции всегда замкнуты
и охватывают проводники с током.
Магнитное
поле подчиняется
принципу суперпозиции:
магнитная индукция результирующего
поля, создаваемого несколь-кими токами
или движущимися зарядами, равна векторной
сумме магнитных индукций складываемых
полей, создаваемых каждым током или
движущимся зарядом в отдельности:
(13.4).
Рассмотрим магнитное поле в в-ве.
Согласно предположению А. Ампера
(1775-1836) сущ-ет внешн. магнитное поле и
поле в веществе. Внешн. магнитное поле
обусловлено действием макротоков.
В любом теле также существуют
микроскопические
круговые токи,
создаваемые движением электронов в
атомах и молекулах. Магнитное поле
макротоков
описыва-ется вектором
напряжённости
.
Вектор магнитной индукции
характеризует результирующее магнитное
поле, создаваемое всеми макро-
и микротоками. Для
однородной изотропной среды вектор
магнитной индукции связан с вектором
напряжённости следующим соотношением:
13.5
- магнитная постоянная (
=
Гн/м),
-безразмерная
величина –магнитная
проницаемость среды,
показывающая, во сколько раз магнитн.
поле макротоков
усиливается за счёт поля микротоков
среды. Сравнивая векторные хар-ки
электростатич. (
и
)
и магнитн.(
и
)
полей укажем, что аналогом
является вектор магнитной индукции
;
.