1.2 Основные понятия и законы магнитного поля

1.2.1 Магнитная индукция и напряженность магнитного поля

М агнитное поле – это поле, созданное электрическим током, а в простейшем случае – движением электронов в атомах. Так как сам электрический ток обусловлен электрическим полем, то магнитные и электрические поля всегда взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Н

Рисунок 1.5 – К определению закона Ампера

аличие магнитного поля определяется воздействием его на магниты, движущиеся заряды и неподвижные проводники с током и характеризуется в каждой точке пространства вектором магнитной индукции .

Так, если поместить элементарный проводник длиной с током I в магнитное поле под определенным углом α к направлению вектора магнитной индукции (рисунок 1.5), то на него будет действовать сила . Величина силы определяется законом Ампера:

. (1.20)

Направление силы определяют по правилу векторного произведения или правилу левой руки.

Из предыдущей формулы следует:

. (1.21)

Если выбрать величины I = 1 А; dl = 1 м и α = 90^о, то величина вектора магнитной индукции численно равна силе, действующей на проводник с током.

Другой основной характеристикой магнитного поля является напряженность магнитного поля . В основе этой характеристики лежит явление силы, действующей на полюс постоянного магнита в исследуемом магнитном поле.

Под величиной напряженности магнитного поля принято понимать предел отношения силы , действующей на полюс магнита к величине магнитного потока полюса Ф, стремящейся к нулю (рисунок 1.6):

. (1.22)

Здесь:

. (1.23)

Если представить полюс магнита в виде точки, а величину потока Ф = 1 Вб, то напряженность магнитного поля численно равна силе, действующей со стороны внешнего поля на полюс магнита.

Е

Рисунок 1.6 – К определению величины вектора напряженности магнитного поля

диницей измерения напряженности магнитного поля является ампер деленный на метр (А/м).

На графике магнитное поле изображается совокупностью магнитных силовых линий, которые проводятся таким образом, чтобы касательная в любой точке к ним совпадала с направлением вектора или .

1.2.2 Понятие магнитного потока

Поток вектора магнитной индукции сквозь некоторую поверхность S называют кратко магнитным потоком сквозь эту поверхность и обозначают Ф. Имеем:

, (1.24)

где: – единичный вектор, перпендикулярный к площадке .

М агнитная индукция является плотностью магнитного потока в данной точке поля. Действительно, проведя поверхность нормально к вектору магнитной индукции , будем иметь

cos β = 1; dФ = B dS; B = dФ / dS.

Единицей магнитного потока является вебер (Вб), а единицей магнитной индукции – тесла, равная веберу деленному на метр в квадрате

(

Рисунок 1.7 – К определению потока вектора магнитной индукции

1 Тл = 1 Вб/м²).

1.2.3 Закон полного тока

Одним из основных законов, который устанавливает связь между электрическим током и магнитным полем, который им создается, является закон полного тока. В соответствии с ним циркуляция вектора напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура равна потоку вектора плотности электрического тока δ через площадь S, ограниченную этим контуром:

. (1.25)

Так как величина напряженности магнитного поля численно равна силе, действующей на единичный поток, то величина – это работа сил магнитного поля по переносу единичного магнитного потока по замкнутому контуру и она равна количеству электрических зарядов, пересекающих поверхность S в единицу времени, так как .