Магнитное поле. Основные свойства.

Вектор магнитной индукции

Пространство вблизи магнита или проводника с током находится в особом состоянии, которое будем называть магнитным полем.

Были установлены два экспериментальных факта:

- движущиеся заряды создают магнитное поле;

- магнитное поле действует на движущиеся заряды и не действует на неподвижные заряды.

Этим магнитное поле существенно отличается от электростатического, которое действует как на неподвижные, так и на движущиеся заряды.

Как показывает опыт, магнитное поле имеет направленный характер и характеризуется векторной величиной . По аналогии с напряженностью электрического поля логично было бы назвать напряженностью магнитного поля. Однако по историческим причинам основную характеристику магнитного поля называют магнитной индукцией. Напряженностью магнитного поля называют вспомогательную величину , аналогичную вспомогательной характеристике электрического поля – вектору электрического смещения .

Подобно тому, как при исследовании электростатического поля использовали точечный пробный заряд, для исследования магнитного поля будем использовать пробный ток, циркулирующий в плоском замкнутом контуре очень малых размеров. Ориентация контура в пространстве характеризуется направлением нормали к контуру, связанной с направлением силы тока правилом правого винта (рис. 1.1, а). Такую нормаль назовем положительной.

Опыт показывает, что если поместить пробный контур в магнитное поле, то поле установит контур положительной нормалью в определенном направлении (рис. 1.1, б). Примем это направление за направление индукции магнитного поля в данной точке. Если контур повернуть так, чтобы направления нормали и поля не совпадали, возникает вращающий момент силы , стремящийся вернуть контур в равновесное положение. Модуль момента зависит от угла между нормалью и направлением поля, достигая наибольшего значения при (при момент равен нулю). Вращающий момент зависит как от свойств поля в данной точке, так и от свойств контура и определяется формулой:

,

где – вектор магнитного момента контура с током.

Для плоского контура с током :

, (1.2)

где – площадь поверхности контура.

Таким образом, направление совпадает с направлением положительной нормали . Единицей магнитного момента является ампер-квадратный метр .

На пробные контуры, различающиеся значением , действуют в данной точке разные по модулю вращающие моменты. Однако отношение оказывается при фиксированном одним и тем же. Поэтому в качестве модуля магнитной индукции можно принять соотношение:

.

Итак, магнитная индукция в данной точке магнитного поля есть векторная величина, модуль которой определяется максимальным вращающим моментом, действующим на контур с магнитным моментом, равным единице, когда нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля. Направление магнитной индукции совпадает с положением положительной нормали к контуру с током.

Единица измерения величины – тесла (Тл) и равна магнитной индукции однородного поля, в котором на плоский контур с током, имеющий магнитный момент , действует максимальный вращающий момент, равный .

Для магнитного поля, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции: магнитная индукция поля, порождаемого несколькими движущимися зарядами (токами), равна сумме магнитных индукций полей, порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности:

.