3. Магнітне поле

4.3.1. Магнітне поле у вакуумі і його характеристики

Д жерелом макроскопічного магнітного поля є намагнічені тіла, провідники зі струмом і рухомі електричні заряди. Природа цих джерел єдина: магнітне поле виникає в результаті руху заряджених мікрочастинок (електро­нів, протонів, іонів). Магнітне поле виявляють по дії на рухомі електричні заряди (провідник чи рамка зі струмом) або постійні магніти (магнітна стрілка).

Мал. 4.15.

Магнітне поле характеризується вектором магнітної ін­дук­ції B. Магнітна індукція у деякій точці поля дорівнює відношенню максимального обертального моменту, який діє на пробну (нескінченно малих розмірів) рамку зі струмом у даній точці до магнітного моменту рамки:

. (4.42)

Дослід показує, що на пробну рамку зі струмом I діє обертальний момент, величина якого залежить від орієнтації рамки: (мал. 4.15а). Як випливає з формули (4.42), максимальне значення М_max залежить від магнітного поля, в якому знаходиться контур, і характеристик са­мо­го контура – сили струму I в ньому і площі S, охопленої контуром.

Величину р_m = IS називають модулем магнітного моменту контура. Вектор магнітного моменту p_m напрямлений перпендикулярно до площини контура і зв’язаний з на­прям­ком сили струму правилом правого гвинта (мал. 4.15б). Магнітні моменти є характеристикою не лише контурів зі струмом, а й багатьох елементарних частинок (протони, елект­рони тощо), за допомогою p_m визначається їхня поведінка в магнітному полі.

Напрямок вектора B збігається з напрямком p_m, якщо рамка зна­ходиться в положенні стійкої рівноваги. На мал. 4.16 показано положення рамки зі струмом, яке відповідає максимальному значенню обертального моменту (а) і стану стій­кої рівноваги (б). У положенні (б) обертальний момент М = 0. Маг­ніт­­на індукція вимірю­єть­ся в Теслах (Тл): 1 Тл = 1 Н/(Ам).

К

Мал. 4.16.

ількісною характеристикою магнітно­го поля є також напруженість магнітного поля H. Напруженість магнітного поля (на відміну від B) не залежить від магнітних властивостей середовища. У вакуумі вектори H і B збігаються за напрямком і зв’я­за­ні між собою співвідношенням:

B =₀H, (4.43)

де ₀ = 410^–7 Гн/м – абсолютна магнітна проникність ваку­уму (магнітна стала). Розмірність напруженості магнітного поля в системі CI: [Н] = A/м.

Графічно магнітні поля зображають за допомогою силових ліній. Це лінії, дотичні до яких в кожній точці збіга­ються з напрямком B. Магнітні силові лінії прийнято проводити з такою густиною, щоб кількість ліній, які перетинають одиничну перпендикулярну до B площадку, чисельно дорівнювала б значенню індукції магнітного поля в місці розміщення площадки. Лінії магнітної індукції замкнені. Подібні поля називають вихровими.

Потоком вектора магнітної індукції (магнітний потік) dФ через елементарну площадку dS незамкненої поверхні S називають величину

dФ = BdScos, , (4.44)

де  – кут між нормаллю до площадки та вектором В. За одиницю магнітного потоку в системі СІ приймається 1 Вебер (Вб) – магнітний потік, що створюється магнітним полем з індукцією 1 Тл, яке пронизує плоску поверхню пло­щею 1 м², розташовану перпендикулярно до вектора В.