1. Магнитные явления
1.1. Магнитный момент и индукция магнитного поля.
Особенность магнитного поля заключается в том, что оно неоднозначно, в том смысле, что в природе не существует магнитных зарядов, как это имеет место у электрического поля. Процессы взаимодействия тел и токов в магнитном поле обусловлены существованием магнитных диполей, которые могут быть представлены в виде магнитной стрелки, например, компаса, или в виде магнитного контура - замкнутого проводника, по которому циркулирует ток. Можно принять, что магнитный диполь и магнитный контур адекватны. В простейшем случае магнитный контур можно представить в виде плоского прямоугольника или кольца (рис 1.1). Взаимодействие магнитного поля и магнитного контура является одной из основных и характерных проявлений магнитного поля и, как будет показано далее, имеет прямое отношение к магнитным материалам.
Рис 1.1 Магнитный диполь и магнитные контуры.
Если рассматривать плоский контур малых размеров, то его ориентацию в пространстве можно характеризовать нормалью n к его плоскости и направлением, выбранным по правилу правого винта (рис 1.1). В магнитном поле контур ориентируется так, что вектор нормали располагается вдоль направления магнитного поля. Это указывает на то, что, на контур действует механические силы, создающие вращающий момент - М. Величина этого момента зависит от величины тока и ориентации контура в магнитном поле. Если нормаль диполя n совпадает с направлением магнитного поля, то момент М=0. В то же время максимальное значение момента Мmax имеет место при условии, что направление нормали и направление магнитного поля перпендикулярны. Величина момента Мmax не зависит от формы контура, но пропорциональна силе тока I и площади контура S. Тогда «поведение» контура с током в магнитном поле можно характеризовать во-первых значением Мmax, а во вторых произведением
P =IS. (1.1)
Эта величина называется магнитным моментом контура.
Контуры тока, обладающие различным магнитным моментом P испытывают со стороны магнитного поля различные механические моменты М. Однако отношение Мmax/ P одно и тоже при условии что рассматривается одна и та же точка поля. Размещая контур с током в различных точках неоднородного магнитного поля можно убедиться, что отношение Мmax/ P различается. Поэтому такое соотношение характеризует силовое действие магнитного поля на контур с током. Размерность этого отношения
,
(1.2)
где F-размерность механической силы (Н), I-размерность тока (А), L- размерность длины (м). В обобщённом виде эта соотношение именуется - «Тесла» (Тл), а физическая величина, пропорциональная этому отношению называется индукцией магнитного поля - В. Магнитная индукция векторная величина, которая характеризует направление и интенсивность магнитного поля только в одной точке. В целом действие магнитного поля на вещество можно охарактеризовать магнитным потоком -Ф. Так, если вектор В всюду нормален к поверхности S и имеет постоянное значение во всех её точках, равное В, то магнитный поток равен просто
Ф=ВS. (1.3)
Размерность магнитного потока:
, (1.4)
-где U – размерность электрического потенциала (В); Q – размерность электрического заряда (К); T-размерность времени (с.).