Вопрос 25

Магнитное поле: магнитный момент контура с постоянным током, напряженность, закон Био-Савара

• Cвязь магнитных явлений с электрич. впервые была установлена открытием, сделанным в 1777 г. датским физиком Х.Эрстедом. Впервые было отмечено, что при пропускании электрич тока (ЭТ) по проволоке расположенная рядом магнитная стрелка, изначально ориентированная на север, поворачивается и занимает определенное положение (рис.1,а), зависящее от ориентации проводника с ЭТ - связь между электрич. и магн. явлениями вполне очевидна. Самым существенным в этом открытии было то, что магнит реагировал на движущийся ЭЗ, т.е., на ЭТ.

• Отсутствие в природе магнитных зарядов является в настоящее время экспериментально установленным фактом.

В магнитном поле (МП) предметом, к-рый реагирует на силовое действие, выступает контур из проводника с током (рис.2). А.Ампером было установлено, что в МП такой контур стремится занять определённую ориентацию в пространстве  контур стремится повернуться  следоват-но, со стороны МП на контур (как и на стрелку) действует вращающий момент сил. Момент сил M (рис.2,а), действующих на контур, служит для определения характеристики МП (а не сила, как в случае ЭП). В общем случае вектор M может изменяться от точки к точке, поэтому МП должно описываться математически как векторное. Отношение момента сил к произведению силы тока в контуре на его площадь является величиной, не зависящей от свойств контура, поэтому м-т служить характеристикой поля, к-рая называется напряжённостью МП  Направление действия связано с ориентацией контура с током, поэтому вводится такая характеристика контура – магнитный момент. Магнитным моментом (ММ) контура (рис.2,б) называется вектор, направленный перпендикулярно плоскости контура, модуль к-рого равен произведению силы тока в контуре на его площадь . Направление этого вектора определяется по правилу правого винта – если ток совпадает с направлением вращения винта, то направление движения последнего совпадает с направлением вектора ММ. С учётом этого (здесь вектор нормали к плоскости контура, рис.2). В дальнейшем важно точное соотношение

где  угол между направлением вектора и вектора ММ, магнитная постоянная, размерность величины =А/м.

• 

  Закон Био-Савара (-Лапласа) связывает напряжённость МП с величиной силы тока в проводнике. Элементарная величина вектора создаваемого малым прямолинейным участком проводника с током Δl, пропорциональна длине участка проводника, силе тока в нем I, синусу угла  между элементом тока и направлением на точку наблюдения, обратно пропорционален квадрату расстояния r до элемента тока. Элемент вектора напряжённости направлен перпендикулярно плоскости, в к-рой лежит элемент тока IΔl и точка измерения С, в сторону, определяемую правилом правого винта (если направление смещения винта совпадает с направлением тока, то направление его вращения совпадает с направлением вектора напряжённости (рис.3,а). Формально это запишется так: Модуль вектора напряженности выражается так: = Закон Био-Савара (БC), т.о., устанавливает не только величину напряженности, но и её направление.

+ в тетради