- •Раздел I. Физические основы механики.
- •I закон Ньютона
- •II закон Ньютона
- •III закон Ньютона
- •II. Типы деформаций. Основные характеристики деформаций.
- •III. Напряжение. Связь между деформацией и напряжением. Закон Гука.
- •Раздел II. Основы молекулярной физики и термодинамики.
- •Раздел III. Электрическое поле.
- •1. 2. Графическое изображение магнитного поля. Поток вектора магнитной индукции
- •Раздел IV. Магнитное поле.
- •1. 3. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение
- •1. 4. Циркуляция вектора индукции магнитного поля по замкнутому контуру. Вихревой характер магнитного поля
- •1. 5 Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля
- •1. 6 Действие магнитного поля на токи и заряды
Раздел IV. Магнитное поле.
Лекция 16. Магнитное поле и его характеристики.
Магнитным
полем называется материя особого рода,
важнейшее свойство которой заключается
в том, что на движущийся заряд и на
магнитную стрелку, внесенные в поле,
действует сила. Магнитное поле создают
постоянные магниты и движущиеся заряды,
т. е. токи. Изучение магнитного поля тока
началось с 1820 года, когда датский физик
Эрстед впервые обнаружил ориентирующее
действие на магнитную стрелку (рис. 1)
со стороны поля, которая поворачивается
перпендикулярно проводнику при включении
тока в нем.
Рис
3.1
Магнитное поле так же
действует на проводник с током: два
проводника с параллельными токами,
текущими в одном направлении, притягиваются
друг к другу, с противоположно направленными
токами – отталкиваются (рис.
2).
Рис.
3.2
Исследование магнитного
поля производится с помощью рамки с
током. Если рамку с током внести в
магнитное поле, то она поворачивается,
ориентируется.
Если в одну и ту же
точку поля вносить различные рамки с
током, то обнаружится, что механический
вращающий момент, действующий на рамку
с током, пропорционален произведению
силы тока в ней на площадь рамки.
М
~ I × S
Поэтому контур с током принято
характеризовать вектором магнитного
момента
.
|
|
|
(1) |
Измеряется
магнитный момент в А*м2.
[
]=А×
м2
Рис.
3
Направление вектора магнитного
момента совпадает с направлением нормали
к контуру и связано с направлением тока
в последнем правилом правого винта
(рис. 3).
Рассмотрим поведение рамки
с током в магнитном поле прямого тока
(рис. 3.4, 3.5).
Рис.
4
Рис. 5
Вращающий момент,
действующий на контур с током, максимален,
когда магнитный момент в контуре
направлен перпендикулярно силовым
линиям поля (рис. 4), в результате чего
контур поворачивается и занимает
положение устойчивого равновесия (рис.
5), в котором М = 0.
Основной характеристикой
магнитного поля является вектор магнитной
индукции
.
Индукцией
магнитного поля называется векторная
величина, численно равная максимальному
вращающему моменту, действующему на
рамку с единичным магнитным моментом,
расположенную в данной точке поля, и
совпадающая по направлению с магнитным
моментом рамки, когда последняя занимает
в магнитном поле положение устойчивого
равновесия
|
|
|
(2) |
Единицей
измерения магнитной индукции в системе
Си является 1 тесла (Тл)
В
электростатике вводится величина
,
не зависящая от диэлектрика, по аналогии
в магнитном поле вводится напряженность
магнитного поля
,
не зависящая от магнетика.
,
где
μ – магнитная проницаемость среды; μ0 –
магнитная проницаемость вакуума.
^
1. 2. Графическое изображение магнитного поля. Поток вектора магнитной индукции
Рис.
6
Магнитное поле можно изобразить
графически при помощи линий магнитной
индукции. Линией магнитной индукции
называют линию, касательная к которой
в каждой точке совпадает с направлением
вектора индукции магнитного поля (рис.
6).
Исследования показали, что линии
магнитной индукции являются замкнутыми
линиями, охватывающими токи. Густота
линий магнитной индукции пропорциональна
величине вектора
в
данном месте поля. В случае магнитного
поля прямого тока линии магнитной
индукции имеют форму концентрических
окружностей, лежащих в плоскостях,
перпендикулярных току, с центром на
прямой с током. Направление линий
магнитной индукции независимо от формы
тока можно определить по правилу
буравчика. В случае магнитного поля
прямого тока буравчик необходимо вращать
таким образом, чтобы его поступательное
движение совпало с направлением тока
в проводе, тогда вращательное движение
ручки буравчика совпадет с направлением
линий магнитной индукции (рис. 7).

Рис.
7
На рис. 8 и 9 изображены картины
линий магнитной индукции поля кругового
тока и поля соленоида. Соленоид
представляет собой совокупность круговых
токов с общей осью.
Рис.
8
Рис.
9
Линии вектора индукции
внутри
соленоида параллельны друг другу,
густота линий одинакова, поле однородно
(
=
const). Поле соленоида аналогично полю
постоянного магнита. Конец соленоида,
из которого выходят линии индукции
аналогичен северному полюсу – N,
противоположный конец соленоида
аналогичен южному полюсу – S.
Число
линий магнитной индукции, пронизывающих
определенную поверхность, называют
магнитным потоком через эту поверхность.
Обозначают магнитный поток буквой
Фв (или
Ф).
|
|
|
(3) |
где
α – угол, образуемый вектором
и
нормалью к поверхности (рис. 10).
Рис.
10
–
проекция вектора
на
нормаль к площадке S.
Измеряется
магнитный поток в веберах (Вб): [Ф]=[B]×
[S]=Тл× м2 =
=
.
Рис.
11
Если вычисляется магнитный поток,
пронизывающий контур, состоящий не из
одного витка, а из нескольких витков,
то вводится потокосцепление Ψ (рис.
11).
|
|
Ψ = Ф1+Ф2+Ф3, |
(4) |
где Ф1, Ф2, Ф3 - магнитные потоки через соответствующие витки.

