Магнетизм

11.1. Визначення магнітного поля

11.1.1. Магнітне силове поле

У природі існують силові поля, які одержали назву магнітних. Такі поля існують в околиці певних середовищ, названих магнетиками. Магнітне поле виникає також в околиці провідників з електричним струмом. Воно викликає момент сили, що діє на рамку із струмом, створює силу, що діє на рухомі заряди та провідники із струмом.

11.1.2. Магнітний момент плоского контуру із струмом.

Для визначення силових характеристик магнітного поля, використаємо пробний пристрій у вигляді плоского контуру із струмом І на зразок пробного заряду q_o, який застосовується для вивчення електричного поля (див.Мал.105). Характеристикою контуру із струмом є магнітний момент , що визначається так

, (1)

де вектор одиничнийдодатній вектор нормалі до поверхні контуру S, із вершини якого напрямок струму в контурі буде проти годинникової стрілки. Малість плоского контуру полягає у тому, що його розміри малі у порівнянні з відстанями від нього до джерел магнітного поля (наприклад, струмів), а його власне магнітне поле не руйнує досліджуваного.

11.1.3. Індукція магнітного поля.

Внесення контуру в магнітне поле викликає появу механічного моменту сил , що діють на нього. Силовою характеристикою поля є вектор індукції магнітного поля ,який визначається з виразу

. (2)

Орієнтуючи контур у просторі, можна знайти максимальне значення величини моменту сили і тим самим визначити величину вектора так

В = M_max/P. (3)

Одиницею вимірювання індукції є тесла

.

Існує також таке положення контуру, коли момент сили, що діє на нього установиться рівним 0. Це відбувається тоді, коли вектори магнітного моменту та індукції будуть паралельними і . Тому за напрямок приймається напрямок магнітного моменту в положенні, коли величина моменту силидорівнює нулю.

11.1.4. Силові лінії магнітного поля.

Графічно магнітне поле зображується за допомогою силових ліній, які мають такі властивості:

0. силові лінії є замкнені, а їх напрямок задається напрямком індукції , який можна визначити пробним контуром,

1. у кожній точці силової лінії вектор лежить на дотичній до силової лінії,

2. силові лінії не перетинаються, бо у противному в точці перетину, за наявністю двох дотичних, напрямок був би не визначеним,

3. густина силових лінійу площині, нормальній до них, чисельно дорівнює величині індукції

В=. (4)

Силові лінії магнітного поля можна проявити за допомогою залізних опилок, які відносяться до магнетиків і мають магнітний момент . Ці опилки фактично є плоскими лінійними магнітами, подібними до магнітної стрілки компаса. У просторі магнітного поля опилки розподіляться вздовж силовим лініям, як це показано на Мал.106а для колового струму, а на Мал.106б для соленоїда (котушки з струмом) та на Мал.26в для поля плоского магніту. У плоского магніту силові лінії виходять із північного магнітного полюсаN та входять у південний магнітний полюс S.

Замкненість силових ліній відображає той факт, що в природі не існують магнітні "заряди" (монополі Дірака), як джерел магнітного поля (принаймні досі їх не знайдено). При діленні магніту на дві частини його полюси не розділяються.