Магнитное поле и его характеристики

Подобно тому, как в пространстве, окружающему электрические заряд, возникает электрическое поле, так и в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, которое называется магнитным. Наличие магнитного поля обнаруживается по силовому действию на внесенные в него проводники с током или постоянные магниты. Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся в них электрические заряды.

Магнитное поле действует только на движущиеся в нем заряды. Сила, действующая на заряд , движущийся в электрическом и магнитном полях со скоростью , определяется силой Лоренца

(1)

Где - напряженность электрического поля,

- индукция магнитного поля.

Если электрическое поле отсутствует, то сила, действующая на движущийся заряд, определяется только магнитным полем и равно

(2)

По модулю сила Лоренца равна

(3)

Где - угол между векторами и (рис. 1)

Направление силы Лоренца определяется правилом правого винта. Для этого надо ручку винта вращать от вектора к вектору по кратчайшему расстоянию. При этом направление поступательного движения витка будет определять направление силы Лоренца для положительного заряда. Для отрицательного заряда сила Лоренца будет направлена в противоположную сторону. Максимальное значение силы достигается при условии, что векторы и перпендикулярны друг другу, т.е.

(4)

Из выражения (4) следует, что индукция магнитного поля можно определить как отношение максимального значения силы Лоренца к величине заряда и скорости движения заряда

(5)

Направление вектора B определяется в этом случае перпендикуляром к плоскости, проходящей через вектора и.

Другой способ определения индукции магнитного поля связан с взаимодействием магнитного поля с замкнутым плоским контуром с током(рамки с током), линейные размеры которой малы по сравнению с расстоянием, на котором происходит существенное изменение магнитного поля. Рамка с током характеризуется магнитным моментом

Где - сила тока, протекающего по контуру,

- площадь поверхности контура(рамки),

- единичный вектор нормали к поверхности рамки, который определяется правилом правого винта: за положительное направление нормали принимается направление поступательного винта, ручка которого вращается в направлении тока, текущего в рамке (рис.2)

В магнитном поле на рамку с током действует вращательный момент

(6)

Модуль вращательного момента определяется выражением

(7)

Где - угол между векторами и (рис.3)

Отсюда следует, что индукция магнитного поля может быть определена выражением

(8) Магнитная индукция в данной точке однородного магнитного поля определяется максимальным вращающимся моментом, действующим на рамку с магнитным моментом, равным единице когда нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля.

Так как магнитное поле является силовым, то его, по аналогии с электрическим, изображают с помощью линий магнитной индукции- линий касательная к которым в каждой точке совпадает с направлением вектора.

В отличии от силовых линий электрического поля, которые начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах, силовые линии магнитного поля являются замкнутыми. Это является следствием того, что в природе нет магнитных зарядов.

Дата добавления: 2014-01-06