1. Магнитное поле. Индукция магнитного поля и сила Лоренца. Понятие о релятивистском характере магнитного поля.

В 1820 г. Эрстеду удалось обнаружить экспериментальным методом, что эл. ток обладает магнитными свойствами, т.е. вокруг проводника, по которому течет ток, возникает магнитно поле, которое может быть обнаружено по силовому действию, оказываемому им на другой проводник с током или магнит. Неподвижный заряд, не создают магнитное поле, следовательно, магнитное поле не действует на неподвижные заряды.

Действие магнитного поля движущегося заряда на магнитную стрелку было обнаружено в 1911 году. Магнитное поле имеет направленное действие и характеризуется вектором B. Считают, что вектор В в произвольной точке совпадает по направлению с силой, которая действует на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в данную точку. Экспериментально обнаружено, что для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции.

Используется вектор напряженности магнитного поля Н. , – магнитная проницаемость среды.

В большинстве случаев векторы В и Н сонаправлены. Магнитное поле принято изображать с помощью линий. Но полагает, В - силовые линии не корректно. Направление В определяет правило буравчика(пр.руки).

Сила Лоренца.

Учитывая, что плотность тока пропорциональна концентрации и скорости движения тока, силу dF можно выразить

Магнитная сила слабее Кулоновской . Магнитное взаимодействие движущегося заряда- релятивистский эффект. Основан на постулатах теории относительности и на инвариантности эл. заряда. Можно показать что магнитное взаимодействие заряда или эл. тока является следствием закона Кулона

2. Действие магнитного поля на рамку с током. Магнитный момент. Вращающий момент в однородном магнитном поле. Энергия магнитного момента во внешнем магнитном поле.

На рис. 2.3 показана рамка с током I, находящаяся в однородном магнитном поле  . Здесь α – угол между   и   (направление нормали связано с направлением тока «правилом буравчика»).

      Сила Ампера, действующая на сторону рамки длиной l, равна:

 ; здесь 

      На другую сторону длиной l действует такая же сила. Получается «пара сил», или вращающий момент.

,

(2.3.1)

где плечо   Так как   – площадь рамки, тогда можно записать

,

(2.3.2)

где M – вращающий момент силы,   – магнитный момент.

        Рис. 2.3. Для анимации управляйте клавишами, расположенными в окне рисунка.

  Под действием этого вращающего момента рамка повернётся так, что   (рис. 2.4).

   На стороны длиной b тоже действует сила Ампера   – растягивая рамку. Так как силы равны по величине и противоположны по направлению, рамка не смещается, в этом случае  , состояние устойчивого равновесия.

3. Рис. 2.4

  Когда   и   антипараллельны, то снова   (так как плечо равно нулю). Это состояние неустойчивого равновесия. Рамка сжимается и, если чуть сместится, сразу возникает вращающий момент, возвращающий рамку в состояние устойчивого равновесия:  .

      В неоднородном поле рамка повернется, и будет вытягиваться в область более сильного поля.

Магнитное поле, подобно электрическому, является носителем энергии.

Изменение магнитного потока dФ в контуре с током пропорционально величине изменения тока dI в контуре

где L – индуктивность контура.

Энергия магнитного поля в контуре с током пропорциональна работе по созданию магнитного потока через этот контур при изменении величины тока от 0 до I

 