Образовака🌡️ Физика11 классОсновы электродинамики

Линии магнитной индукции

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 192.

Магнитное поле создается движущимся зарядом. Это поле непрерывно в окружающем пространстве и обладает способностью оказывать силовое воздействие на другие электрические заряды, находящиеся в движении. Для характеристики способности магнитного поля оказывать силовое воздействие на движущиеся электрические заряды была введена физическая векторная величина — магнитная индукция B. По аналогии с электрическим магнитное поле, для наглядности, можно изображать посредством линий магнитной индукции.

Как возникает магнитное поле

В начале ХIХ века датский физик Ханс Эрстед и французский исследователь Андре Ампер экспериментально открыли явления, объяснить которые удалось только с помощью введения нового понятия, названного магнитным полем.

Рис. 1. Опыты Эрстеда и Ампера, демонстрирующие наличие магнитного поля.

Последовавшие вслед за этими опытами многочисленные исследования подтвердили существование нового поля, названного магнитным, которое обладает следующими основными свойствами:

Магнитное поле возникает только в результате движения электрических зарядов;
Это поле непрерывно в пространстве и обладает способностью оказывать силовое воздействие на другие электрические заряды, находящиеся в движении;
Постоянное магнитное поле существует у природных магнитных тел, но и в этом случае причиной возникновения поля является непрерывное движение молекулярных токов (вихрей) в массе вещества;
Магнитное поле можно создать также с помощью переменного электрического поля.

Ученые недавно узнали, что перелетные птицы ориентируются в пространстве с помощью магнитного поля Земли. У птиц возле глаз имеется небольшой “компас” — небольшое тканевое поле с кристаллами магнетита, которые могут намагничиваться в магнитном поле.

Магнитная индукция

Магнитное поле обнаруживается в виде силового воздействия на электрические заряды (одиночные или в виде токов в различных веществах), движущиеся с некоторой скоростью. Для количественной характеристики силовых возможностей магнитного поля введена физическая величина B, названная магнитной индукцией. Величина является векторной, то есть кроме модуля (абсолютной величины) характеризуется направлением.

Для прямолинейного проводника, по которому течет ток I, модуль магнитной индукции равен частному от деления модуля силы Ампера F, действующей на проводник, к силе тока I и его длине L:

$ B = { F\over { I * L } } $ (1).

Для рамки (контура) площадью S, на которую в магнитном поле действует момент силы М, модуль магнитной индукции В равен:

$ В = { М\over { I * S } } $ (2).

Направление вектора

Наглядно продемонстрировать силовые линии магнитного поля можно, если на стеклянный лист, сквозь который пропущен проводник с током, равномерно (в один слой) разложить мелкие железные опилки. После включения тока опилки намагничиваются, то есть приобретают свойства магнитных стрелок и устанавливаются вдоль силовых линий поля . Таким образом результат действия магнитного поля на магнитные стрелки (железные опилки) или рамку с током можно применить для определения направления вектора магнитной индукции .

Демонстрация силовых линий магнитного поля от прямого провода с током с помощью железных опилок: — Рис. 2. Демонстрация силовых линий магнитного поля от прямого провода с током с помощью железных опилок.

Направлением вектора магнитной индукции принято считать направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, которая ориентируется беспрепятственно и устанавливается в магнитном поле.

Это направление совпадает с направлением положительной нормали (перпендикуляра) к замкнутому контуру с током. Для определения этого направления применяется “правило буравчика”, которое звучит так: вектор направлен в ту сторону, куда перемещалась бы рукоятка буравчика (с правой резьбой) если ввинчивать его по направлению тока в рамке (или в проводе).

Визуальное (графическое) представление магнитного поля получается, если начертить так называемые линии магнитной индукции. Линия, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной, называется линией магнитной индукции или линией напряженности магнитной индукции. Картину линий магнитной индукции для постоянных магнитов, рамки с током и катушки можно сделать видимой, снова воспользовавшись мелкими железными опилками как в случае с прямолинейным проводом.

Линии магнитной индукции катушки, рамки с током, постоянных магнитов: — Рис. 3. Линии магнитной индукции катушки, рамки с током, постоянных магнитов.

Исследования показали, что линии напряженности магнитной индукции всегда замкнуты в отличие от линий напряженности электрического поля. Из этого фундаментального свойства следует, что в природе не существует магнитных зарядов, подобных электрическим. Магнитное поле возникает (индуцируется) от движущихся электрических зарядов или от переменного электрического поля.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что является источником магнитного поля. Магнитная индукция — основная силовая характеристика этого поля. Визуальное (графическое) представление магнитного поля получается, если начертить так называемые линии магнитной индукции. Линия, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной, называется линией магнитной индукции или линией напряженности магнитной индукции.