 |
|
Индукция магнитного поля
Индукцией магнитного поля называется характеристика способности магнитного поля оказывать силовое действие на проводник с током. Она является векторной физической величиной.
За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.
Его можно определить по правилу буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением силы тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
Линией магнитной индукции называется такая линии, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной.
Если во всех точках некоторой части пространства вектор индукции магнитного поля имеет одинаковое значение по модулю и одинаковое направление, то магнитной поле в этой части пространства называют однородным. Линии магнитной индукции такого поля представляют собой параллельные линии, расположенные на одном расстоянии друг от друга.
Линии индукции магнитного поля прямого проводника с током представляют собой окружности, лежащие в плоскостях, перпендикулярных проводнику. Центры окружностей лежат на оси проводника. Направление индукции в этом случае определяется следующим правилом: если смотреть вдоль проводника с током по направлению тока, то вектор магнитной индукции направлен по ходу часовой стрелки.
Линии индукции магнитного поля, созданного катушкой с током показаны на рисунке. Вектор индукции входит в катушку с той стороны, с какой направление тока в витках катушки представляется соответствующим ходу часовой стрелки.
Линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца –они всегда замкнуты. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Следовательно, магнитное поле –вихревое. Это позволяет сделать вывод, что магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет.
Опытным путем установлено, что отношение максимального значения модуля силы, действующей на проводник с током (силы Ампера) к силе тока и к длине проводника, не зависит ни от силы в проводнике, ни от длины проводника. Его приняли за характеристику магнитного поля в том месте, где расположен проводник –индукцию магнитного поля:
Единица индукции в этом случае определяется как индукция такого магнитного поля, в котором на 1 м проводника при силе тока 1 А действует сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла:
Если исследовать магнитное поле с помощью рамки с током, то модуль вектора магнитной индукции равен отношению момента сил, действующих на рамку с током со стороны поля, к произведению силы тока в рамке на ее площадь:
.
За единицу магнитной индукции принята магнитная индукция такого поля, в котором на контур площадью 1 м2 при силе тока 1 А действует со стороны поля максимальный момент сил 1 .
/*----------------------------------------------------
Индукция магнитного поля зависит от геометрической формы проводника. Модуль индукции поля, создаваемого бесконечным прямолинейным проводником:
, где r –расстояние от проводника.
Модуль индукции поля, созданного проводником в форме кругового витка радиуса R:
.
Модуль индукции поля, созданного соленоидом длиной l и числом витков N:
.
Во всех формулах: I –сила тока, 
–магнитная постоянная, 
– относительная магнитная проницаемость среды.
----------------------------------------------------*/
Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле.
Закон Ампера
Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.
Экспериментальное изучение магнитного взаимодействия показывает, что модуль силы Ампера пропорционален длине проводника с током, силе тока и зависит от ориентации проводника в магнитном поле.
Опыт показывает, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, не оказывает влияния на ток. Поэтому модуль силы зависит лишь от модуля составляющей вектора магнитной индукции, перпендикулярной проводнику.
Закон Ампера заключается в следующем. Сила Ампера равна произведению магнитной индукции поля на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника:
Направление силы ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая магнитной индукции входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника.
Магнитное взаимодействие проводников с током используется в Международной системе для определения единицы сила тока –ампера.
Ампер –сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную Н на каждый метр длины.