Магнитная индукция и напряженность

Поле движущегося заряда.

Поле кругового проводника с током.

Поле прямолинейного проводника с током.

Вопросы

Магнитное поле в вакууме

Лекция 8

1. Магнитное поле и его характеристики: магнитная индукция и напряженность.

2. Закон Био – Савара – Лапласа и его применение для расчета магнитных полей.

1. Магнитное поле и его характеристики:

Магнитные явления были известны еще в древнем мире. Компас был изобретен более 4500 лет тому назад. Он появился в Европе приблизительно в XII веке новой эры. Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом, и возникло представление о магнитном поле.

Первыми экспериментами, показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется глубокая связь, были опыты датского физика Х. Эрстеда (1820 г.). Эти опыты показали, что на магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током, действуют силы, которые стремятся повернуть стрелку. В том же году французский физик А. Ампер наблюдал силовое взаимодействие двух проводников с токами и установил закон взаимодействия токов. Позднее (1845 г.) английский физик Фарадей вводит термин магнитное поле.

Ученые XIX века пытались создать теорию магнитного поля по аналогии с электростатикой, вводя в рассмотрение так называемые магнитные заряды двух знаков (например, северный N и южный S полюса магнитной стрелки). Однако, опыт показывает, что изолированных магнитных зарядов не существует.

Магнитное поле токов принципиально отличается от электрического поля. Магнитное поле, в отличие от электрического, оказывает силовое действие только на движущиеся заряды (токи).

Источники электростатического поля - неподвижные заряды

Источники магнитного поля - движущиеся заряды (токи)

Аналогичную вектору напряженности электрического поля силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции Вектор магнитной индукции определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле.

Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор направлен по касательной.

За положительное направление магнитного поля принято:

1) направление силы, действующей на северный полюс магнитной стрелки;

2) направление нормали (вектора магнитного момента рамки с током), определяется по правилу правого винта.

(1)

На рамку площадью S с током I действует вращающий момент, зависящий как от свойств поля, так и от свойств рамки

, Тл (тесла) (2)

Рис. 2. Линии магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током

Магнитная индукция в данной точке однородного магнитного поля определяется максимальным вращающим моментом, действующим на рамку с единичным магнитным моментом, когда нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля.

Линии магнитной индукции всегда замкнуты, они нигде не обрываются. Это означает, что магнитное поле не имеет источников – магнитных зарядов. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются вихревыми в отличие от потенциальных полей (электростатического, гравитационного).

Для электростатического поля

, (3)

напряженность поля зависит от свойств среды, а смещение - не зависит.

По аналогии наряду с магнитной индукцией , характеризующей суммарное поле микро- и макротоков (зависит от свойств среды) вводится понятие напряженности магнитного поля , не зависящего от свойств среды и определяемого только макротоками

. (4)

Здесь - магнитная постоянная; m - магнитная проницаемость среды, безразмерная величина, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается за счет магнитного поля микротоков среды.

2. Закон Био – Савара – Лапласа