Теория:
Магнитным полем называется особая форма материи, с помощью которой взаимодействуют движущиеся заряды.
Впервые взаимосвязь электричества и магнетизма была зафиксирована в \(1735\) году. Доказать эту взаимосвязь удалось только в \(1820\) году профессору Копенгагенского университета Х. Эрстеду. В своём опыте Эрстед наблюдал за поведением стрелки компаса, находящегося под проводником. Без электрического тока стрелка компаса располагается параллельно проводнику (рис. \(1\)а), а при включении тока отклоняется почти перпендикулярно проводнику (рис. \(1\)б, \(1\)в).
Рис. \(1\). Опыт Эрстеда
Магнитное поле порождается движущимися зарядами.
Вектор магнитной индукции
Основной характеристикой магнитного поля является магнитная индукция.
За направление вектора магнитной индукции принимается направление вектора нормали рамки с током (\(\vec{n}\)), которая находится в магнитном поле (рис. \(2\)).
За направление вектора магнитной индукции принимается направление вектора нормали рамки с током (\(\vec{n}\)), которая находится в магнитном поле (рис. \(2\)).
| Рис. \(2\).Определение направления вектора магнитной индукции |
Направление вектора магнитной индукции \(\vec{B}\) совпадает с направлением северного полюса свободной магнитной стрелки в данной точке (рис. \(3\)).
Рис. \(3\). Направление вектора магнитной индукции
Для определения направления вектора магнитной индукции поля, созданного вокруг проводника с током, можно использовать правило буравчика для прямого тока или правило правой руки для прямого тока.
Правило буравчика: если ввинчивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление скорости движения конца его рукоятки в данной точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции \(\vec{B}\) в этой точке.
Рис. \(4\). Определение направления вектора индукции по правилу буравчика |
Правило правой руки: если обхватить проводник правой рукой, направив отогнутый большой палец по направлению тока, то кончики остальных пальцев в данной точке покажут направление вектора магнитной индукции \(\vec{B}\) в этой точке.
Рис. \(5\). Определение направления
вектора индукции по правилу правой руки
Модуль вектора магнитной индукции
За модуль вектора магнитной индукции принимается величина, прямо пропорциональная отношению максимального момента сил (\(M_{max}\)), который действует на эту рамку, к произведению силы тока (\(I\)) на площадь рамки (\(S\)).
\(\vec{B}=k·\frac{M_{max}}{I\cdot S}\cdot\vec{n}\). (\(1\))
\(\vec{B}=k·\frac{M_{max}}{I\cdot S}\cdot\vec{n}\). (\(1\))
В СИ коэффициент \(k\) определяется выражением:
\(k=\frac{\mu_0}{4\pi}\), (\(2\))
\(k=\frac{\mu_0}{4\pi}\), (\(2\))
где \(\mu_0\) — это магнитная постоянная, равная \(\mu_0=4 \pi⋅10^{-7}\,\frac{Н}{А^2}\).
Если магнитная индукция во всех точках поля одинакова, то такое поле называется однородным.
Принцип суперпозиции
Если в какой-то точке \(n\) токов создали магнитные поля с индукциями \(\vec{B}_1\), \(\vec{B}_2\), \(\vec{B}_1\)\(...\) \(\vec{B}_n\), то результирующая магнитная индукция \(\vec{B}\) будет равна
\(\boxed{\vec{B}=\vec{B}_1+\vec{B}_2+\vec{B}_3+\ldots+\vec{B}_n.}\) (\(3\))
Это соотношение называется принципом суперпозиции магнитного поля.
\(\boxed{\vec{B}=\vec{B}_1+\vec{B}_2+\vec{B}_3+\ldots+\vec{B}_n.}\) (\(3\))
Это соотношение называется принципом суперпозиции магнитного поля.
Линии магнитной индукции
Наглядную картину магнитного поля можно получить, используя так называемые линии индукции магнитного поля.
Линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этой точке, называют линиями магнитной индукции.
Рис. \(6\). Линии магнитной индукции прямого тока
Рис. \(7\). Линии магнитной индукции катушки с током
| Рис. \(8\). Линии магнитной индукции постоянного полосового магнита |
Обрати внимание!
Линии индукции магнитного поля всегда замкнуты, то есть не имеют начала и конца.
Магнитное поле не имеет источников: магнитных зарядов не существует.
Магнитное поле — вихревое поле, то есть поле с замкнутыми линиями магнитной индукции.