12. Параметры магнитного поля. Зависимость величин в и н от свойств среды.

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения^[1], магнитная составляющая электромагнитного поля^[2]

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля.

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции   (вектор индукции магнитного поля)^[3][4]. С математической точки зрения   — векторное поле, определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем (хотя, наверное, это не самое строгое употребление термина).

Ещё одной фундаментальной характеристикой магнитного поля (альтернативной магнитной индукции и тесно с ней взаимосвязанной, практически равной ей по физическому значению) является векторный потенциал.

• Нередко в литературе в качестве основной характеристики магнитного поля в вакууме (то есть в отсутствие магнитной среды) выбирают не вектор магнитной индукции  а вектор напряжённости магнитного поля  , что формально можно сделать, так как в вакууме эти два вектора совпадают^[5]; однако в магнитной среде вектор   не несет уже того же физического смысла^[6], являясь важной, но всё же вспомогательной величиной. Поэтому при формальной эквивалентности обоих подходов для вакуума, с систематической точки зрения следует считать основной характеристикой магнитного поля именно 

Магнитное поле можно назвать особым видом материи^[7], посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Магнитные поля являются необходимым (в контексте специальной теории относительности) следствием существования электрических полей.

Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются, в частности, свет и все другие электромагнитные волны.

Единицы измерения

Величина B в системе единиц СИ измеряется в теслах, в системе СГС в гауссах.

Векторное поле H измеряется в амперах на метр (А/м) в системе СИ и в эрстедах в СГС. Эрстеды и гауссы являются тождественными величинами, их разделение является чисто терминологическим.

13. Взаимодействие проводника с током и магнитного поля.

Если в поле магнита (или электромагнита) поместить проводник с током, который создает свое собственное магнитное поле, то оба магнитных поля, взаимодействуя между собой, создадут силу, которая стремится вытолкнуть проводник из поля. Как видно на рисунке 4.9, а, магнитные-силовые линии поля и проводника слева от него совпадают по направлению и их плотность здесь больше, чем справа от проводника, где магнитные силовые линии проводника идут навстречу линиям поля и ослабляют одна другую. Проводник выталкивается из магнитного поля вправо. Если изменить направление тока в проводнике (рис. 4.9, б), то направление силы также изменится.

Сила, с которой поле действует на проводник,

F = BIl,                                   (4.18)

где F — электромагнитная сила, Н; В — магнитная индукция поля, Т; I — сила тока в проводнике А; l — действующая в поле длина проводника, м.

Для определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, применяют правило левой руки:

если расположить левую руку так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока в проводнике, то большой палец укажет направление действия силы, приложенной к проводнику.

Если два проводника с током расположить рядом друг с другом, то их магнитные поля будут взаимодействовать. Когда токи в двух параллельных проводах направлены в одну сторону (рис. 4.10, а), то проводники притягиваются. Когда же токи направлены в разные стороны, проводники отталкиваются (рис. 4.10,6).

Сила взаимодействия проводников, по которым проходят токи,

.     2I₁I₂l

F=  ———— 10^-7 ,                                                    (4.19)

.           α

 

где I₁, и I₂ — силы токов в проводниках, А; l — длина, на которой проводники взаимодействуют, м; α — расстояние между осями проводников, м.

Как видно из формулы (4.19), если токи в проводниках равны, сила взаимодействия пропорциональна квадрату тока. Поэтому при коротких замыканиях в обмотках электрических аппаратов возникают очень большие усилия между витками, приводящие к механическим повреждениям аппаратов.

Пример. Определить силу взаимодействия двух проводов с током I = 100 А в каждом, если расстояние между их центрами α = 0,02 м и действующая длина проводников l = 1 м.

Решение. Сила взаимодействия

.       2•100•100•1•10^-7

F = ————————————  = 0,1 H

.                  0,02