20. Магнітне поле постійного електричного струму і постійного магніта. …

У просторі, що оточує струми (рухомі заряджені частинки) і постійні магніти, виникає магнітне поле.

Магнітне поле - особлива форма матерії, через яку здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Основні властивості магнітного поля: магнітне поле породжується електричним струмом і постійними магнітами; магнітне поле виявляється за дією на електричний струм і тіла, що мають магнітні властивості; як і електричне, магнітне поле існує реально незалежно від знань про нього. Це підтверджується існуванням електромагнітних хвиль.

Силовою характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції . За напрям вектора індукції магнітного поля постійного магніта беруть напрям від південного полюса S до північного полюса N стрілки компаса, яка вільно встановлюється в магнітному полі.

Напрям вектора індукції магнітного поля провідника зі струмом визначають за правилом свердлика: якщо напрям поступального руху свердлика збігається з напрямом струму в провіднику, то напрям обертання ручки свердлика збігається з напрямом вектора магнітної індукції.

Магнітне поле створить максимальний обертальний момент M_max для рамки зі струмом, який зростає зі збільшенням індукції магнітного поля, сили струму I і площі рамки S,разом з тим модуль вектора магнітної індукції рівний відношенню максимальної сили, що діє з боку магнітного поля на ділянку провідника зі струмом, до добутку сили струму I на довжину цієї ділянки Δl:

Одиниця магнітної індукції - тесла (Тл); її названо на честь вченого Н. Тесла.

Принцип суперпозиції магнітних полів: магнітна індукція поля системи струмів рівна геометричній сумі магнітних індукцій полів кожного із струмів окремо.

Рамка зі струмом у магнітному полі повертається внаслідок дії поля спочатку на кожну ділянку рамки зі струмом. До такого висновку вперше дійшов 1820 року французький фізик Ампер. Провівши багато дослідів, він встановив закон, названий його іменем,

F_A = BIl sina.

С ила Ампера дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції на силу струму I, довжину ділянки провідника l і на синус кута a між вектором і напрямом струму.

Напрям сили Ампера визначають за правилом лівої руки. Якщо ліву руку розташувати так, щоб перпендикулярна до провідника складова вектора магнітної індукції входила в долоню, а чотири витягнутих пальці були напрямлені так само, як струм, то відігнутий на 90° великий палець покаже напрям сили, що діє на відрізок провідника.

Закон Ампера використовують для розрахунку сил, що діють на провідники зі струмом, у багатьох технічних пристроях, зокрема в електродвигунах.

Силу, яка діє на кожен рухомий заряд з боку магнітного поля, називають силою Лоренца. Її можна знайти за формулою:

де a - кут між векторами швидкості вільних носіїв заряду і магнітної індукції.

Напрям сили Лоренца, як і напрям сили Ампера визначається за допомогою правила лівої руки. Якщо ліву руку розмістити так, щоб складова магнітної індукції, перпендикулярна до швидкості заряду, входила у долоню, а чотири пальці були напрямлені за рухом позитивного заряду (проти руху негативного), то відігнутий на 90° великий палець покаже напрям сили Лоренца F_л, що діє на заряд.

Дію магнітного поля на рухомий заряд широко використовують у сучасній техніці. У кінескопах телевізорів електрони, що летять до екрана, відхиляються магнітним полем. Дію сили Лоренца застосовують у мас-спектрографах - приладах, що дозволяють визначати маси частинок за знайденими значеннями їх питомих зарядів.

Наочну картину магнітного поля можна отримати, якщо побудувати силові лінії поля - лінії, дотична до яких в кожній точці збігається за напрямом з вектором магнітної індукції. У наявності силових ліній магнітного поля можна переконатися з дослідів з металевими ошурками, які можна розглядати як маленькі магнітні стрілки.

Важливою особливістю ліній магнітної індукції є те, що вони не мають ні початку, ні кінця. Вони завжди замкнені. Поля із замкненими силовими лініями називають вихровими. Магнітне поле є вихровим, воно не має джерел.