Лекция №8 Магнитное поле в вакууме

План лекции:

1. Магнитное взаимодействие токов. Магнитные силы

2. Магнитостатическое поле его свойства: магнитная индукция поля. Сила Ампера. Магнитный момент. Вращающий. Принцип суперпозиции магнитных полей.

3. Закон Био – Савара – Лапласа.

4. Напряженность магнитного поля.

5. Магнитное поле прямолинейного проводника с током.

6. Магнитное поле кругового проводника с током (магнитного диполя). Магнитное поле соленоида и тороида.

7. Взаимодействие параллельных токов. Единица силы тока – Ампер.

8. Действие электрического и магнитного полей на движущийся заряд: сила Лоренца.

9. Эффект Холла.

10. Закон полного тока и его применение. Теорема Гаусса для магнитного поля.

Вопрос №1. Источники магнитного поля. Взаимодействие токов. Магнитные силы

Подобно тому, как в пространстве, окружающем непод­вижные электрические заряды, создается электрическое поле с определенными свойст­вами, так и в пространстве, которое окружает электрические токи, возникает поле, назы­ваемое магнитным.

Если проводники с токами неподвижны, а силы тока в них постоянны, то создаваемое ими поле является магнитостатическим (следовательно магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами).

Оно действует на магниты и на движущиеся заряды, поэтому проводник, по которому течет электрический ток, действует на магнитную струлку. Это явление было открыто в 1820 г. датским физиком Х.Эрстедом:

Рис.1

При изменении направления тока на противоположное происходит переориентация магнитной стрелки на противоположное направление. Следовательно, силовое действие магнитного поля зависит от направления тока, создающего это поле. В рассмотренном опыте не принималось во внимание влияние магнитного поля Земли. Поскольку магнитное поле действу­ет на проводник с током, то, например, два параллельных гибких проводника с токами оди­накового направления притягиваются (рис.2, а), выгибаясь, как показано на рисунке штриховыми линиями. Противоположно направленные токи отталкиваются (рис. 2, б).

Рис.2

В 1911г. А.Ф.Иоффе доказал, что свободные электронные пучки по своему действуют на магнитную стрелку и эквивалентны токам в проводниках.

Вопрос 2. Магнитостатическое поле и его свойства Индукция магнитного поля

Индукция магнитного поля равна отношению магнитной силы к произведению заряда на его скорость при условии, что заряд движется перпендикулярно вектору индукции:

,

вектор индукции является силовой характеристикой магнитного поля. В СИ измеряется в тесла – Т. 1Т=В∙с/м².

Для наглядного изображения электрических полей вводят понятие силовых линий. Силовая линия магнитного – кривая, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением индукции магнитного поля.

Сила Ампера

Для изучения свойств маг­нитного поля, создаваемого токами и постоянными магнитами, используют малые замк­нутые контуры с током и магнитные стрелки (аналоги пробных зарядов при изучении электростатического поля). Французский физик А. Ампер установил (рис. 3), что на от­резок проводника длиной dl с током /, помещенный в магнитное поле, действует сила

1.1

Здесь В — модуль вектора магнитной индукции В, которая является силовой характери­стикой магнитного поля; а—угол между вектором В и направлением элемента тока I dI.

Рис.3

Вектор В условились направлять так, как располагается ось «юг — север» (S →N) свободной магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля.

В векторной форме Закон Ампера:

1.2

Правило левой руки: левую руку располагают в таком положении, чтобы перпендику­лярная направлению элемента тока составляющая вектора В входила в ладонь, а че­тыре пальца были направлены по направлению элемента тока. Тогда отведенный под прямым углом большой палец покажет направление силы Ампера.