Основная задача электродинамики:

найти характеристики электромагнитного поля E и B как функции координат и времени при заданных распределении зарядов, токов и заданных значениях характеристик среды (магнитной проницаемости μ, диэлектрической проницаемости ε, удельном сопротивлении ρ или проводимости γ).

 

В пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным.

Магнитное поле – особый вид материи, осуществляющий взаимодействие между электрическими токами, движущимися зарядами и постоянными магнитами.

Наличие магнитного поля можно обнаружить по его воздействию на:

  • Постоянный магнит
  • Электрический ток
  • Движущийся заряд

Гипотеза Ампера:

Магнитные свойства вещества создают элементарные токи, возникающие из-за движения заряженных микрочастиц – электронов, протонов, ионов.

atom 0

Основные свойства магнитного поля

1. Магнитные свойства можно исследовать с помощью магнитной стрелки. Полюсы называются N (северный) и S (южный). В магнитном поле стрелка устанавливается вдоль определенного направления, которое характеризуется вектором B.

raznoe224

За направление вектора В (индукции магнитного поля) принимается направление от южного S к северному N полюсу ВНУТРИ магнита.

Опыт Эрстеда по взаимодействию прямого тока и магнитной стрелки

image2

2. Вектор магнитной индукции - это силовая характеристика магнитного поля. Направление вектора В определяется по правилу правого винта:
если направление вращения правого винта совпадает с направлением тока в контуре, то его поступательное движение укажет направление индукции магнитного поля, создаваемого током в контуре.

 Maxwell screw rule

Величина магнитной индукции определяется по формуле:

B

Единица измерения - Тесла

B izm

где F - сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник длиной l и силой тока I.

3. Для визуализации магнитного поля используются силовые линии - линии, вдоль которых в магнитном поле устанавливаются маленькие магнитные стрелки.

Силовые линии магнитного поля

 магнитное поле прямого тока

image001

 магнитное поле постоянного магнита

4303a

 магнитное поле соленоида

Magnetic Flux Solenoid

magnetic field 28 3 141

Свойства силовых линий магнитного поля:

  • замкнуты;
  • не пересекаются;
  • чем линии гуще, тем поле сильнее.

Однородное магнитное поле - линии параллельны и находятся на одинаковом расстоянии друг от друга.

Magnetic flux

Поле, обладающее замкнутыми силовыми линиями, называется вихревым.

Магнитное поле токов различной конфигурации

Индукция магнитного поля, создаваемого током различной конфигурации, определяется по закону Био-Савара-Лапласа:

Вектор индукции магнитного поля, создаваемого малым прямолинейным участком проводника с током, пропорционален длине участка проводника, силе тока в нем, синусу угла между элементом тока и направлением на точку наблюдения, обратно пропорционален квадрату расстояния до элемента тока и направлен перпендикулярно плоскости, в которой лежит элемент тока и точка наблюдения в сторону определяемую правилом правого винта (если направление смещения винта совпадает с направлением тока, то направление его вращения совпадает с направлением вектора индукции).

BILR3

LawBSL1

Частные случаи:

1. Индукция магнитного поля, создаваемого прямым бесконечным проводником с током на расстоянии d от проводника

BSL1  BSL1 1 

2. Индукция магнитного поля, создаваемого прямым конечным проводником с током на расстоянии d от проводника

BSL2 BSL2 1

3. Индукция магнитного поля в центре кругового витка с током

BSL3 BSL3 1

4. Индукция магнитного поля в центре соленоида с числом витков N и радиусом катушки r

BSL4  BSL4 1 

Магнитная постоянная μ0 = 4π·10-7 Гн/м

arrow left                                     arrow right