Магнитное поле. Опыт показывает, что электрические токи взаимодействуют между собой

Опыт показывает, что электрические токи взаимодействуют между собой. Например, два тонких прямолинейных параллельных проводника, по которым текут токи (так называемые прямые токи), притягиваются друг к другу, если токи в них имеют одинаковое направление, и отталкивают, если токи противоположны. Сила взаимодействия, приходящаяся на единицу длины каждого токов в них и и обратно пропорциональна расстоянию между ними:

Закон взаимодействия токов был установлен в 1820 году Ампером. На основании этого соотношения устанавливается основная единица измерения силы тока в СИ и абсолютной электромагнитной системе единиц (СГСМ-системе). Единица силы тока в СИ – ампер – определяется как сила, не изменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную на каждый метр длины.

Таким образом: [ I ]=[1 A ].

Тогда единицу заряда, называемую кулоном, определяют как заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника, по которому течет постоянный ток силой 1 А.

В рационализированном виде:

,

– магнитная постоянная.

;

Отсюда находим численное значение.

Между постоянными , существует связь:

; или

Таким образом, с учетом того, что скорость света с =3 ^. 10 ⁸ м/с:

; или .

Взаимодействие токов осуществляется через поле, называемое магнитным. Это название происходит от того, что, как обнаружил в 1820 году Эрстер, поле, возбуждаемое током, оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку. Магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной:

– магнитная индукция или индукция магнитного поля.

Магнитное поле, в отличие от электрического, не оказывает действия на покоящийся заряд. Сила возникает лишь тогда, когда заряд движется. Итак: движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающегося их пространства – создают в нем магнитное поле. Это поле проявляется в том, что на движущиеся в нем заряды (токи) действуют силы. Для магнитного поля, как и для электрического справедлив принцип суперпозиции: поле , порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме полей , порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности:

– принцип суперпозиции.

Индукция магнитного поля аналогична напряженности электрического поля , напряженность магнитного поля аналогична вектору электрического смещения .

Экспериментально было получено выражение для вектора магнитной индукции поля, создаваемого зарядом, в случае, когда, его скорость :

.

Выясним характер магнитного поля, создаваемого тонким проводником, по которому течет ток. Рассмотрим малый элемент провода длиной . В нем содержится носителей тока (– концентрация, – площадь поперечного сечения). В точке задаваемой отдельный заряд создает :

– тепловая скорость

– скорость направленного движения

Усредним по всем носителя в элементе :

0

С учетом выражения для плотности электрического тока, а также выбрав направление , совпадающим с , т.е. , получим;

.

Учтем, что I = jS:

– закон Био-Савара-Лапласа.

– для модуля индукции магнитного поля.

Единицы измерения индукции магнитного поля [B]=[1 Тл ] – измеряется в теслах в СИ.

На заряд в магнитном поле действует сила:

; .

При наличии электрического и магнитного поля на заряженную частицу действует сила: – сила Лоренца.

Сравним электрические и магнитные силы, действующие между двумя движущимися зарядами:

; ;

В случае , .

Рассмотрим движение заряженных частиц в магнитном поле, когда :

.

Это ускорение изменяет лишь направление скорости, но не изменяет модуля скорости. Для радиуса:

; .

– удельный заряд; – период обращения частицы по окружности:

; .

Выясним характер движения заряженной частицы в случае, когда ее скорость образует угол с направлением однородного магнитного поля:

; ;

Магнитная сила: ; шаг винта: ; и вызвать изменение не может.

Движение частицы можно представить как наложение двух движений:

1) перемещение вдоль направления с постоянной скоростью ,

2) равномерное движение по окружности в плоскости, перпендикулярной к вектору .

Поскольку радиус окружности траектории заряженной частицы в случае, когда :

,

то измерив , B, R можно определить удельный заряд :

,

Частицы будут двигаться без отклонения между заряженными пластинами, если , отсюда: . Остается измерить . Это и было сделано на опыте для электронов:

Зная получаем .

Дата добавления: 2014-01-20