Магнитное поле в вакууме

В 1820 году датский физик Эрстед экспериментально обнаружил, что если установить проводник вдоль свободно подвешенной магнитной стрелки, а затем пропустить по проводнику электрический ток, то стрелка начинает поворачиваться. Повторим опыт Эрстеда. (Демонстрация)

Для объяснения этого явления было введено понятие магнитного поля. Из опыта Эрстеда следует, что магнитное поле имеет направленный характер, поскольку угол поворота стрелки зависит от величины протекающего по проводнику тока. Вывод: протекающий по проводнику электрический ток (т.е движущиеся электрические заряды) каким –то образом взаимодействует с магнитной стрелкой, заставляя ее менять ориентацию в пространстве.

После этого, естественным становится желание проверить, а не взаимодействуют ли между собой проводники, по которым течет электрический ток?

Взаимодействие проводников с током

Опыт показывает, что проводники, по которым текут электрические токи взаимодействуют друг с другом. Так, например, два тонких прямолинейных параллельных проводника притягиваются, если направления протекающих в них токов совпадают и отталкиваются, если направления токов противоположно.

Лекционная демонстрация

Сила взаимодействия, отнесенная к единице длины проводника (т.е., действующая на 1м проводника) и определяемая экспериментально:

, где I₁ и I₂ – токи в проводниках, а b – расстояние между ними в системе «СИ», - магнитная постоянная, физического смысла не имеет.

На основании эмпирической формулы для F_ед установлена единица силы тока в системе СИ – Ампер (А). Ампер – сила не изменяющего тока, который, проходя по двум прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенных в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывает силу взаимодействия между ними, равную 2*10^-7 Н на 1 м длины.

Связь между константами и (с = 3·10⁸ м/с – скорость света в вакууме ).

Индукция магнитного поля.

Демонстрация: взаимодействие прямого проводника с током с магнитным полем подковообразного магнита. В зависимости от направления тока проводник втягивается или выталкивается из магнита.

Мы пришли к заключению, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила. Причем эта сила зависит от длины проводника и величины протекающего по нему тока и его ориентации. Можно найти такое положение проводника в магнитном поле, когда эта сила будет максимальной Это позволяет ввести понятие силовой характеристики магнитного поля. Силовой характеристикой магнитного поля назовем физическую величину, определяемую в данном случае как получивший название вектора магнитной индукции, а направление определяется по правилу левой руки.

Это несколько искусственный формальный ввод . Единица измерения вектора магнитной индукции- тесла В дальнейшем мы увидим, что численное значение вектора можно определить и через момент сил, действующих на рамку с током в магнитном поле как . За направление вектора в этом случае принимается направление нормали к плоскости витка, выбранное так, чтобы, глядя навстречу , ток по витку протекал бы против часовой стрелки. Следовательно, рамка с током может быть своего рода «пробным зарядом» для определения не только наличия магнитного поля, но и его величины.