Рамка с током в магнитном поле

Опыт показывает, что, подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электростатическое поле, так и в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным. Наличие магнитного поля обнаруживается по силовому действию на внесённые в него проводники с током или постоянные магниты. Название «магнитное поле» связывают с ориентацией магнитной стрелки под действием поля.

Важнейшей особенностью магнитного поля является то, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрическое заряды. Характер действия магнитного поля на ток различен в зависимости от формы проводника, по которому течёт ток, от расположения проводника по отношению к магнитному полю и от направления тока.

При исследовании магнитного поля используется замкнутый плоский контур с током (рамка с током), линейные размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация контура в пространстве определяется направлением нормали к контуру. Направление нормали определяется правилом правого винта: за направление нормали принимается направление поступательного движения винта, который вращается вокруг своей оси в направлении тока, текущего в рамке.

Опыты показывают, что магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, поворачивая её определённым образом. Это явление используется для выбора направления магнитного поля. За направление магнитного поля в рассматриваемой точке принимается направление, вдоль которого располагается нормаль к рамке. С этим же направлением (направлением магнитного поля) совпадает ось магнитной стрелки, соединяющая южный полюс и северный.

Рамкой с током можно воспользоваться для количественного описания магнитного поля, так как рамка с током испытывает ориентирующее действие поля – на неё действует пара сил. Вращающий момент сил зависит от свойств поля и от свойств рамки и определяется формулой

,

где – вектор магнитного момента рамки с током, – вектор магнитной индукции. Для плоского контура с током I

,

где S – площадь поверхности контура (рамки), – единичный вектор нормали к поверхности рамки. Направление совпадает с направлением положительной нормали.

Если в рассматриваемую точку магнитного поля помещать рамки с различными магнитными моментами, то на них действуют различные вращающие моменты, однако отношение M_max/p_m (M_max – вращающий момент) для всех контуров одно и то же и поэтому может служить характеристикой магнитного поля, называемой магнитной индукцией:

.

Магнитная индукция в данной точке однородного магнитного поля определяется максимальным вращающим моментом, действующим на рамку с магнитным моментом, равным единице, когда нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля. Следует отметить, что вектор может быть выведен также из закона Ампера и из выражения для силы Лоренца.

Дата добавления: 2014-01-20