10.1. Магнитное поле.

Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи). Магнитное поле возникает в пространстве, окружающем проводники с током, подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле.

Рис. 45. Линии магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током.

Магнитное поле является силовым, и его изображают с помощью силовых линий магнитной индукции, касательные к которым в каждой точке пространства совпадают с направлением вектора магнитной индукции В. Силовые линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с током. Вектор магнитной индукции B определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле. За положительное направление вектора B принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки. Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор B направлен по касательной. Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, поворачивая ее. За положительное направление магнитного поля принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль к рамке. Поскольку магнитное поле оказывает ориентирующее действие на рамку с током, то на нее действует вращающая пара сил. Момент этих сил определяется свойствами и поля и рамки.

M = [p_m.B], (10.1)

где В - вектор магнитной индукции, т.е. количественной силовой характеристики магнитного поля, p_m.- вектор магнитного момента рамки с током.

Рис. 46. Магнитный момент, p_m. = I.S.n = I.S_n.,

Для плоского контура с током,

p_m. = I.S.n = I.Sn., (10.2)

где I - cила тока, S - площадь контура, n - единичный вектор нормали к поверхности рамки. Отношение максимального механического вращающего момента к магнитному моменту рамки дает величину силовой характеристики магнитного поля – индукцию

B = M_max./p_m. (10.3)

Модуль вектора магнитной индукции равен отношению силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине Δl:

B = F _max./I∆l. (10.4)

Магнитное поле можно описывать и вектором напряженности Н, который связан с вектором магнитной индукции соотношением

B = m₀m.H, (10.5)

где m₀ - магнитная постоянная, равная 4p.10^-7 Н/м², m - магнитная проницаемость вещества, показывающая, во сколько раз магнитное поле в веществе отличается от внешнего магнитного поля. В системе единиц СИ за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла (Тл).