Раздел IV. Магнитное поле.

Лекция 16. Магнитное поле и его характеристики.

Магнитным полем называется материя особого рода, важнейшее свойство которой заключается в том, что на движущийся заряд и на магнитную стрелку, внесенные в поле, действует сила. Магнитное поле создают постоянные магниты и движущиеся заряды, т. е. токи. Изучение магнитного поля тока началось с 1820 года, когда датский физик Эрстед впервые обнаружил ориентирующее действие на магнитную стрелку (рис. 1) со стороны поля, которая поворачивается перпендикулярно проводнику при включении тока в нем. Рис 3.1    Магнитное поле так же действует на проводник с током: два проводника с параллельными токами, текущими в одном направлении, притягиваются друг к другу, с противоположно направленными токами – отталкиваются (рис. 2).Рис. 3.2   Исследование магнитного поля производится с помощью рамки с током. Если рамку с током внести в магнитное поле, то она поворачивается, ориентируется. Если в одну и ту же точку поля вносить различные рамки с током, то обнаружится, что механический вращающий момент, действующий на рамку с током, пропорционален произведению силы тока в ней на площадь рамки. М ~ I × S Поэтому контур с током принято характеризовать вектором магнитного момента.

(1)

Измеряется магнитный момент в А*м². []=А× м² Рис. 3 Направление вектора магнитного момента совпадает с направлением нормали к контуру и связано с направлением тока в последнем правилом правого винта (рис. 3). Рассмотрим поведение рамки с током в магнитном поле прямого тока (рис. 3.4, 3.5).Рис. 4                             Рис. 5    Вращающий момент, действующий на контур с током, максимален, когда магнитный момент в контуре направлен перпендикулярно силовым линиям поля (рис. 4), в результате чего контур поворачивается и занимает положение устойчивого равновесия (рис. 5), в котором М = 0. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции. Индукцией магнитного поля называется векторная величина, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на рамку с единичным магнитным моментом, расположенную в данной точке поля, и совпадающая по направлению с магнитным моментом рамки, когда последняя занимает в магнитном поле положение устойчивого равновесия

(2)

Единицей измерения магнитной индукции в системе Си является 1 тесла (Тл) В электростатике вводится величина, не зависящая от диэлектрика, по аналогии в магнитном поле вводится напряженность магнитного поля, не зависящая от магнетика., где μ – магнитная проницаемость среды; μ₀ – магнитная проницаемость вакуума. ^

1. 2. Графическое изображение магнитного поля. Поток вектора магнитной индукции

Рис. 6 Магнитное поле можно изобразить графически при помощи линий магнитной индукции. Линией магнитной индукции называют линию, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля (рис. 6). Исследования показали, что линии магнитной индукции являются замкнутыми линиями, охватывающими токи. Густота линий магнитной индукции пропорциональна величине векторав данном месте поля. В случае магнитного поля прямого тока линии магнитной индукции имеют форму концентрических окружностей, лежащих в плоскостях, перпендикулярных току, с центром на прямой с током. Направление линий магнитной индукции независимо от формы тока можно определить по правилу буравчика. В случае магнитного поля прямого тока буравчик необходимо вращать таким образом, чтобы его поступательное движение совпало с направлением тока в проводе, тогда вращательное движение ручки буравчика совпадет с направлением линий магнитной индукции (рис. 7).Рис. 7 На рис. 8 и 9 изображены картины линий магнитной индукции поля кругового тока и поля соленоида. Соленоид представляет собой совокупность круговых токов с общей осью.Рис. 8Рис. 9 Линии вектора индукциивнутри соленоида параллельны друг другу, густота линий одинакова, поле однородно (= const). Поле соленоида аналогично полю постоянного магнита. Конец соленоида, из которого выходят линии индукции аналогичен северному полюсу – N, противоположный конец соленоида аналогичен южному полюсу – S. Число линий магнитной индукции, пронизывающих определенную поверхность, называют магнитным потоком через эту поверхность. Обозначают магнитный поток буквой Ф_в (или Ф).

,

(3)

где α – угол, образуемый вектором и нормалью к поверхности (рис. 10).Рис. 10– проекция векторана нормаль к площадке S. Измеряется магнитный поток в веберах (Вб): [Ф]=[B]× [S]=Тл× м² = =.Рис. 11 Если вычисляется магнитный поток, пронизывающий контур, состоящий не из одного витка, а из нескольких витков, то вводится потокосцепление Ψ (рис. 11).

Ψ = Ф1+Ф2+Ф3,

(4)

где Ф₁, Ф₂, Ф₃ -  магнитные потоки через соответствующие витки.