Лекция №14 магнитное поле. Действие магнитных полей на организм человека.

1. Основные характеристики магнитного поля.

Вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие токов, называется магнитным полем. Как обнаружил в 1820г. Эрстед, поле, созданное током, оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку, поэтому его и назвали магнитным.

Для исследования магнитного поля применяют пробный ток, циркулирующий в плоском замкнутом контуре (рамке с током) очень малых размеров. Поле оказывает на контур ориентирующее действие, устанавливая его в определённом положении. На контур с током в магнитном поле действует момент силы M, поворачивающий его и зависящий от ряда факторов, в том числе и от ориентации рамки. Максимальное значение M_max зависит от силы тока I, протекающего в контуре, и площади S, охватываемой контуром.

Эту зависимость используют для введения силовой характеристики магнитного поля – вектора магнитной индукции . Магнитная индукция B в некоторой точке поля равна отношению максимального вращающего момента M_max, действующего на контур с током в однородном магнитном поле, к силе тока, протекающей по нему, и площади, охватываемой контуром:

. (1)

Направление вектора определяется по правилу правого винта (правило буравчика). Единицей магнитной индукции в СИ является Тесла (Тл): . Величину P_m=I·S называют магнитным моментом контура с током.

М агнитный момент – векторная величина. Вектор совпадает по направлению с направлением вектора (рис.1).

Магнитное поле графически изображают с помощью линий магнитной индукции, касательные к которым показывают направление вектора . Число линий, проходящих через единичную, перпендикулярно им расположенную площадку, равно модулю . Линии магнитной индукции не имеют начала и конца и являются замкнутыми. Подобные поля называются вихревыми.

Р ассмотрим некоторую площадку S в однородном магнитном поле с индукцией B (рис.2). Величина Ф=В_n·S называется магнитным потоком. B_n – проекция вектора на направление нормали : , тогда . (2)

Единицей магнитного потока является Вебер (Вб): 1Вб=1Тл·м².

Воздействие магнитного поля на виток с током зависит, при прочих равных условиях, от свойств среды, в которую помещён виток. Это можно объяснить тем, что среде можно приписать некоторое собственное магнитное поле . Тогда результирующее магнитное поле в веществе равно векторной сумме индукций внешнего поля и внутреннего - :

, откуда . (3)

Отношение (4) называют относительной магнитной проницаемостью среды. Она показывает во сколько раз магнитная индукция в среде отличается от магнитной индукции в вакууме. μ – величина безразмерная.

Во многих случаях для однородного магнитного поля величина пропорциональна индукции внешнего поля B₀, т.е.

или , (5)

где χ – коэффициент пропорциональности, называемый магнитной восприимчивостью вещества (это безразмерная величина).

Подставив (4) и (5) в выражение (3), получим:

или . (6)

Наряду с вектором вводят вспомогательный вектор , называемый напряжённостью магнитного поля.

, (7)

где - постоянный коэффициент, называемый магнитной постоянной, которая в системе СИ имеет значение равное 4π·10^-7 Н/А. Напряжённость тоже является силовой характеристикой поля, но уже не зависящей от свойств среды. Единицей измерения напряжённости в системе СИ является Ампер на метр (А/м).

Магнитное поле способно отклонять проводник с током, смещать заряды, выталкивать или втягивать вещество, т.е. оно обладает запасом энергии, которую можно выразить через характеристики магнитного поля:

, (8)

где - объёмная плотность энергии магнитного поля. Это энергия магнитного поля, выделенная в единице объёма среды.