Электромагнитное поле

Магнитами называют тела, способные притягивать и удерживать железные и стальные предметы.

Концы магнита, обладающие наибольшей силой притяжения, называют полюсами магнита. Каждый магнит имеет два полюса. Различают северный и южный полюсы магнита (соответственно магнитным полюсам земного шара). Северный полюс обозначают буквой N, южный полюс - буквой S.

Пространство вокруг магнита, в котором обнаруживается действие магнитных сил, называется магнитным полем. Магнитное поле условились характеризовать силовыми линиями, которые имеют следующие свойства:

• Магнитные силовые линии образуют замкнутые контуры

• Внутри магнита эти линии идут от южного полюса к северному, а в окружающем магнитном пространстве - от северного к южному

• Магнитные силовые линии стремятся укоротиться по своей длине, т. е. обладают свойством продольного натяжения

• Магнитные силовые линии стремятся воздействовать друг на друга в перпендикуляр
ном к их длине направлении (обладают свойством бокового распора)

• Магнитные силовые линии никогда не пересекаются между собой

В действительности силовых линий не существует: они условно принимаются лишь для того, чтобы наглядно представить картину поля и на основании этого определить поведение различных предметов в этом поле.

Плотность магнитного поля характеризуется магнитной индукцией. Обозначают магнитную индукцию буквой В.

Условились, считать величину магнитной индукции в данной точке поля равной числу силовых линий поля, проходящих через площадку 1см³, расположенную в этой точке перпендикулярно силовым полям.

При излучении магнитных явлений часто пользуются понятием «магнитный поток». Магнитный поток равен произведению магнитной индукции на величину площадки, расположенной перпендикулярно силовым линия, через которую проходит данный поток. Обозначается магнитный поток буквой Ф, измеряется он в максвеллах (мкс). При пропускании электрического тока через проводник, вокруг последнего образуется поле, называемое электромагнитным.

Рис. 4 Направление магнитных силовых линий

Чтобы определить направление магнитных силовых линий вокруг проводника с током, используют так называемое правило буравчика, которое читается так: если ввинчивать буравчик в направлении движения тока, то направление вращения рукоятки буравчика укажет направление магнитных силовые линий, создаваемых током (Рис.4).

Если перемещать в магнитном поле замкнутый проводник таким образом, чтобы он пересекал магнитные силовые линии, то в нем возникнет ЭДС, под действием которой в проводнике потечет электрический ток. Такой же эффект будет, если перемещать поле относительно неподвижного проводника.

Для определения направления этого тока служит правило правой руки (Рис.5): если правую рукупоместить в магнитное поле так, чтобы ладонь была направлена навстречу силовым линиям поля, а отогнутый большой палец совпадал с направлением движения проводника, то остальные вытянутые четыре пальца укажут направление электрического тока.

Рис. 5 Правило правой руки Рис. 7 Правилом левой руки

Величина наведенной ЭДС тем больше, чем больше силовых линий будет пересекать проводник в единицу времени, т.е. чем больше скорость движения проводника, чем длиннее часть проводника, находящегося в поле, и чем сильнее поле.

Если же проводник неподвижен относительно силовых линий магнитного поля или движется вдоль силовых линий, то силовые линии не будут пересекаться и, следовательно, ЭДС наводиться не будет. ЭДС появляется в проводнике не только при движении, проводника в магнитном поле, но также во всех случаях изменения магнитного поля, когда силовые линии пересекают проводник. Можно сказать, что в контуре, образованном замкнутым проводником, всегда индуктируется (возникает), электродвижущая сила при изменении магнитного поля, охватываемого этим контуром.

Направление индуктированной ЭДС можно определить по правилу, сформулированному Ленцем: направление индуктированной ЭДС таково, что вызванный ею ток своим магнитным полем стремится препятствовать причине, порождающей эту индуктированную ЭДС.

При включении тока в катушку, состоящую из нескольких витков провода, создается магнитный поток, который при своем увеличении индуктирует в витках катушки ЭДС, направленную в соответствии с правилом Ленца, навстречу действующему внешнему напряжению. В результате действия этой ЭДС ток в катушке ослабляется и достигает своего максимального значения не сразу, а постепенно, приближаясь к величине, определяемой законом Ома, по мере уменьшения индуктированной ЭДС.

Индуктирование ЭДС в витках катушки, по которой протекает ток под воздействием внешнего напряжения, называется самоиндукцией.

Если магнитный поток, образовавшийся при прохождении тока в одном проводнике, охватывает и другой проводник, то при изменении величины тока в первом проводнике появится э. д. с. во втором проводнике. Появление э. д. с. в проводниках, связанных лишь магнитным потоком, называют взаимоиндукцией.

Если в магнитное поле поместить проводник, по которому течет электрический ток, то на проводник будет действовать сила, выталкивающая его из магнитного поля. Эта сила возникает в результате взаимодействия магнитного поля, в которое внесен проводник, с полем, образовавшимся вокруг проводника при протекании по нему тока.

Результирующее поле, образованное в результате сложения магнитного поля, в которое внесен проводник, с полем проводника, будет с одной стороны проводника усилено, так как здесь силовые линии обоих полей имеют одно направление, а с другой стороны проводника ослаблено в связи с тем, что силовые линии полей будут направлены навстречу друг другу. Появление силы, стремящейся переместить проводник, объясняется свойствами, которыми условно наделены силовые линии (свойство бокового распора). Проводник будет стремиться переместиться от места наибольшего скопления силовых линий в сторону с наименьшей концентрацией силовых линий (Рис.6). Направление действующей силы показано стрелкой. Зная расположение полюсов магнитного поля, в которое внесен проводник, и направление тока в нем, можно определить направление движения проводника пользуясь правилом левой руки (Рис.7): если расположить левую руку так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены в ту же сторону, что и протекающий ток, то отогнутый большой палец укажет направление движения проводника.

Рис. 6 Свойство бокового распора