19)Дія магнітного поля на струм; сила Ампера

Я

Рис. 4.12

к відмічалося вище, магнітне поле діє на вміщений у нього провідник зі струмом. Французький фізик Ампер встановив, що на елемент провідника зі струмом , вміщений в магнітне поле індукцією , діє сила (сила Ампера) (4.22)

або в скалярній формі , (4.23)

де α – кут між напрямками струму та магнітної індукції. Напрямок сили Ампера можна визначити за правилом лівої руки (рис. 4.12).

С ила, що діє на провідник зі струмом скінченої довжини, знаходиться з (4.22) або (4.23) інтегруванням по всій довжині провідника: (4.24)

Зокрема, для прямолінійного провідника довжиною в однорідному магнітному полі

Сила Лоренца. Рух електричних зарядів в магнітному полі

Досліди показують, що на електричний заряд, який рухається в магнітному полі, діє з боку поля сила (сила Лоренца), що напрямлена перпендикулярно до швидкості і пропорційна величині заряду і векторному добутку його швидкості та магнітної індукції: (4.27),або в скалярній формі , (4.28)де α – кут між і .

20) Магнітний потік. Теорема Гауса для магнітного поля

Магнітним потоком через елементарну площадку називається фізична величина, що дорівнює скалярному добутку вектора магнітної індукції та площі площадки:

Рис. 4.17

, (4.33)

де – проекція на нормаль до площадки; – кут між векторами та (рис.4.17).

Я кщо врахувати правила побудови ліній магнітної індукції (див. §4.1), то стає очевидним фізичний зміст магнітного потоку: він чисельно дорівнює кількості ліній магнітної індукції, що перетинають дану площадку. Магнітний потік через довільну поверхню знайдемо інтегруванням (4.33) по площі поверхні:

. (4.34)

Зокрема, для плоскої поверхні в однорідному магнітному полі . (4.35)

В СІ одиницею вимірювання магнітного потоку є Вебер: .

Магнітний потік може бути як додатнім, так і від’ємним, в залежності від знаку (визначається позитивним напрямком нормалі ). Теорема Гауса для магнітного поля: магнітний потік через будь-яку замкнену поверхню дорівнює нулю: .(4.36)Ця теорема є наслідком того, що в природі не існує «магнітних зарядів», лінії магнітної індукції не мають ні початку, ні кінця ,тому число ліній, що входять в довільну замкнену поверхню, дорівнює числу ліній, що виходять з неї.

21)Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея. Правило Ленца

Як показав Ерстед магнітне поле породжується провідниками зі струмом. Виникає питання: чи не можна створити електричний струм за допомогою магнітного поля? Це питання експериментальним шляхом розв’язав М.Фарадей в 1837 році. Він встановив, що в замкненому контурі виникає електричний струм, якщо площину охоплену контуром, перетинає змінний магнітний потік, тобто, якщо Цей струм Фарадей назвав індукційним (наведеним), а саме явище – явищем електромагнітної індукції. Зрозуміло, що в цій ситуації виникнення струму є вторинним ефектом; первинним є виникнення електрорушійної сили індукції.

Отже, явищем електромагнітної індукції називається виникнення електрорушійної сили в контурі при зміні магнітного потоку через площину, обмежену контуром. Величина е.р.с. індукції дорівнює швидкості зміни магнітного потоку (закон Фарадея): . (4.40)

Знак “–” в законі Фарадея відповідає правилу Ленца: індукційний струм завжди має такий напрямок, щоб своїм магнітним полем протидіяти зміні магнітного потоку, який викликає появу цього струму. Правило Ленца відображає закон збереження енергії стосовно явища електромагнітної індукції: якби індукований магнітний потік, всупереч правилу Ленца , сприяв зростанню швидкості зміни індукуючого потоку, то це призвело б до збільшення струму, в результаті чого збільшився б магнітний потік, знову збільшився б індукційний струм, і так – до нескінченості. Зрозуміло, що такий «саморозгін» суперечить закону збереження енергії.