Глава 3. Электромагнетизм

3.1. Магнитное поле

Проводник с током представляет собой электрически нейтральную систему зарядов, в которой заряды одного знака движутся в одну сторону, а заряды другого знака - в противоположную (либо покоятся). Следовательно, проводник с током не имеет электрического поля. Однако, если поместить вблизи проводника магнитную стрелку, то она повернётся и займёт устойчивое положение. При изменении направления тока в проводнике магнитная стрелка поворачивается в противоположную сторону.

Вращение магнитной стрелки возможно только при действии на неё со стороны проводника, который образует вокруг себя силовое поле, называемое магнитным.

М

агнитное поле образуется движущимися зарядами и обнаруживается по повороту магнитной стрелки.

П

S

I

I

I

I

Рис 3.1

одобно тому, как для исследованияэлектрического поля используется пробный заряд, так и для исследования магнитного поля применяется замкнутый контур малых размеров с током I (пробный контур) (рис.3.1.). Магнитное поле оказывает на пробный контур ориентирующее действие. Контур с током поворачивается по вектору нормали , который определяется по«правилу буравчика» (поступательное движение буравчика совпадает с вектором ,вращательное – с направлением тока в конуре).

Нормаль, определённая по «правилу буравчика», называется положительной нормалью.

Пробный контур в магнитном поле занимает устойчивое положение, в котором его вектор нормали совпадает с направлением магнитного поля. Если контур повернуть на некоторый уголотносительно направления поля, то возникает вращающий момент, возвращающий контур в прежнее устойчивое положение. Модуль вращающего моментазависит от угламежду нормалью контура и направлением поля, достигая наибольшего значенияпри(примомент равен нулю).

В одной и той же точке поля на разные пробные контуры при фиксированном угле действует вращающий момент, который не зависит от формы контура, но пропорционален силе токаI в нём и площади S. Следовательно, действие магнитного поля на плоский контур с током определяется произведением I·S, которое называется дипольным магнитным моментом контура и обозначается P_m (аналогично вращающий момент, действующий в электрическом поле на диполь, пропорционален электрическому моменту диполя ).

Дипольный магнитный момент – векторная величина, совпадающая с направлением вектора положительной нормали контура и численно равна произведению его площади S на ток I в нём.

, (3.1)

Модуль магнитного момента измеряется в [А·м²]

На пробные контуры, различающиеся значением , в заданной точке поля действуют разные по модулю вращающие моменты М. Однако отношение модулей этих векторов оказывается при фиксированном углеодним и тем же и определяет модульмагнитной индукции.

, (3.2)

где М_мах – наибольшее значение вращающего момента контура, когда он повёрнут относительно направления поля на угол .

Магнитная индукция есть векторная величина, модуль которой определяется выражением (3.2), а направление задается равновесным положением положительной нормали контура с током.

Индукция магнитного поля в системе СИ измеряется в [Тл] – тесла.

Тесла – индукция магнитного поля, которое действует на плоский контур с магнитным моментом Р_m=1 Ам² и создаёт максимальный вращающий момент М_вр= 1Нм.

Учитывая векторный характер входящих в соотношение (3.2) величин, направление и модуль вращающего момента определяется соотношением

, (3.3)

где - угол между векторамии.

Опыт показывает, что для магнитного поля, как и для электрического,, справедлив принцип суперпозиции: индукция магнитного поля ,образованного несколькими (n) движущимися зарядами (токами) в заданной точке пространства, равна векторной сумме индукций полей В_i , образованных зарядами (токами) в отдельности,