Магнитостатика Магнитное поле и его характеристики.

Если взять две катушки, намотанные металлическими проводниками, и пропустить по ним ток, то при протекании токов одинакового направления катушки притягиваются (рисунок 1а), а при протекании токов противоположного направления катушки отталкиваются (рисунок 1б).

а)

б)

Рисунок 1. Взаимодействие токов, протекающих по катушкам

Поле, посредством которого осуществляется взаимодействие электрических токов, расположенных на расстоянии, называется магнитным полем. Магнитное поле создается либо движущимися электрическими зарядами, либо переменным электрическим полем и действует только на движущиеся электрические заряды. Магнитные поля различных токов при наложении могут, как усиливать, так и ослаблять друг друга. Усиление магнитного поля получается при наложении полей от токов одинакового направления, а ослабление – при наложении полей от токов противоположного направления.

Магнитное поле постоянного магнита объясняется теорией Ампера. Вращение электрона вокруг ядра атома является элементарным электрическим током, создающим элементарное магнитное поле. Поэтому вокруг любого атома или молекулы должно существовать магнитное поле, а всякое вещество должно обладать теми или иными магнитными свойствами. При хаотическом расположении молекул их магнитные поля взаимно ослабляются и магнитного поля вокруг такого тела не существует. Если поместить железо во внешнее магнитное поле, его молекулы развернуться под действием поля и железо намагнитится, так как магнитные поля отдельных молекул сложатся.

При определении направления магнитных полей используется замкнутый плоский контур с током (рамка с током) (рисунок 2), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация рамки в пространстве определяется направлением нормали к контуру. Направление положительной нормали задается правилом правого винта для рамки с током:

за положительное направление нормали принимается направление поступательного движения правого винта, головка которого вращается в направлении тока, текущего в рамке.

За направление магнитного поля в данной точке принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль к рамке, или направление северного полюса магнитной стрелки (рисунок 2).

Вращающий момент сил, действующий на рамку в магнитном поле:

, где:

Рис. 2. Определение направления

магнитного поля

- вектор магнитной индукции, являющий силовой характеристикой магнитного поля. Размерность 1 Тл (тесла).

- вектор магнитного момента рамки с током; , где: - сила тока в рамке; – площадь рамки; - единичный вектор нормали. Модуль : .

Магнитное поле изображается с помощью линий магнитной индукции – линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора . Направление линий магнитной индукции задается правилом правого винта. Для проводника с током: головка винта ввинчиваемого по направлению тока, вращается в направлении линий магнитной индукции. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с током.

Микротоки атомов и молекул поворачиваются во внешних магнитных полях макротоков и создают дополнительное магнитное поле. Магнитное поле макротоков описывается вектором напряженности магнитного поля . Вектор магнитной индукции характеризует результирующее магнитное поле, создаваемое макротоками и микротоками.

Д

ля однородной изотропной среды: , где

= 410^-7 Гн/м - магнитная проницаемость вакууму (физическая константа), – относительная магнитная проницаемость среды. Для большинства веществ можно приблизительно считать, что =1.

Размерность напряженности магнитного поля = 1