Теперь мы можем применить правило правой руки. Для этого мысленно направьте четыре пальца правой руки в направлении тока в проволочной катушке. Теперь отведите большой палец на 90 градусов. Он находится по отношению к рисунку слева. Это направление вектора магнитной индукции.
Магнитное поле и его характеристики | теория по физике 🧲 магнетизм
Вектор магнитной индукции — это сила, характерная для магнитного поля. Она определяет силу, с которой магнитное поле действует на заряд, движущийся с определенной скоростью в поле. Он обозначается → B. Единицей измерения является Тесла (тесла).
В качестве единицы магнитной индукции можно рассматривать магнитную индукцию однородного поля, в котором участок проводника длиной 1 м с током 1 А подвергается воздействию поля с максимальной силой 1 Н. 1 Н/(A∙m) = 1 Тесла.
Мера вектора магнитной индукции — это физическая величина, соответствующая отношению максимальной силы, оказываемой магнитным полем на участок проводника с током, к произведению силы тока и длины проводника:
B = F A A m a x I l .
Направление вектора магнитной индукции принимается как направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно стоящей в магнитном поле.
Наглядное представление о магнитном поле можно получить, построив так называемые линии магнитной индукции. Линии магнитной индукции — это линии, касательные которых проходят в том же направлении, что и вектор магнитной индукции в определенной точке поля.
Особенностью линий магнитной индукции является то, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда закрыты. Поля с замкнутыми линиями поля называются вихревыми полями. Поэтому магнитное поле является вихревым полем.
Замкнутость линий магнитной индукции является фундаментальным свойством магнитного поля. Она заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Магнитные заряды, подобные электрическим, в природе не существуют.
Напряженность магнитного поля
Вектор напряженности магнитного поля — это характеристика магнитного поля, определяющая плотность линий поля (линий магнитной индукции). Он обозначается как → H. Единицей измерения является А/м.
Магнитная проницаемость среды равна μ (в воздухе она равна 1), а μ 0 — магнитная постоянная, равная 4 π — 10 — 7 Гн/м.
Предупреждение. Направление интенсивности всегда совпадает с вектором магнитной индукции: → H ↑↑ → B .
Направление вектора магнитной индукции и способы его определения
Чтобы определить направление вектора магнитной индукции
- Расположить в магнитном поле компас.
- Дождаться, когда магнитная стрелка займет устойчивое положение.
- Принять за направление вектора магнитной индукции направление стрелки компаса «север».
В пространстве между полюсами постоянного магнита вектор магнитной индукции начинается от северного полюса:
При определении направления вектора магнитной индукции катушки с током необходимо применять правило Боракса:
Если повернуть конец винта в направлении тока, то кривошип повернется в направлении вектора магнитной индукции → B.
Из этого следует, что:
- Если по витку ток идет против часовой стрелки, то вектор магнитной индукции → B направлен вверх.
- Если по витку ток идет по часовой стрелке, то вектор магнитной индукции → B направлен вниз.
Типы указания направлений векторов:
| Вверх | |
| Вниз | |
| Слева | |
| Справа | |
| Перпендикулярно к нам и перпендикулярно к плоскости чертежа. | |
| Перпендикуляр к нам перпендикулярно плоскости чертежа. |
Пример №1. На рисунке изображен проводник, по которому течет ток. Направление тока указывается стрелкой. В каком направлении (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вектор магнитной индукции
1. либо в единицах СИ Тесла (Тесла) или Микро Тесла (мкТесла).
В чём измеряется магнитное поле?
Либо в единицах Гаусс (Гс) или Миллигаусс (мГс), которые до сих пор используются экспериментально.
Магнитные поля создаются движением электрически заряженных частиц, т.е. поле создается там, где движутся электрические заряды. Например, путем пропускания электрического тока через проводник.
Другим способом является комбинация магнитных полей электронов, которая происходит в некоторых материалах. Такие магниты называются постоянными (например, магниты в наших холодильниках).
Когда очень большой заряд движется с еще большей скоростью, сила его магнитного поля также увеличивается.
Это интенсивность магнитного поля. Чем сильнее магнит или электромагнит, создающий магнитное поле, тем больше индукция.
- 1 Тл = 10 000 Гс
- 1 Гс = Тл
- 1 мГс = 0,1 мкТл
Как создаётся магнитное поле?
Формула такова: B = F/S.cos(𝛂)
Магнитная индукция (B) проходит через определенную область (размером S), а индукция в ней называется магнитным потоком (F). Формула такова: F = BS.
Это общее количество магнитных силовых линий, проходящих через определенную ограниченную область.
Характеристики магнитного поля
- магнитная индукция
- магнитный поток
- магнитная проницаемость
Магнитная индукция (B)
Магнитная индукция также зависит от среды, в которой генерируется магнитное поле. На это указывает магнитная проницаемость. Среда с большей магнитной проницаемостью создает магнитное поле с большей индукцией.
В начале 19 века датский ученый Эрстад сделал важное открытие, обнаружив влияние электрического тока на постоянные магниты. Он поместил длинный провод рядом с магнитной стрелкой. Когда ток протекал по проволоке, стрелка стремилась быть перпендикулярной к ней (рис. 4). Это можно объяснить возникновением магнитного поля вокруг провода.
- B — магнитная индукция (в Тл — Тесла)
- Ф — магнитный поток (в Вб — вебер)
- S — площадь поверхности (в м²)
- cos 𝛂 — угол 𝛂 (образованный угол между линиями B с вектором n, перпендикулярен плоскости S)
Магнитный поток (Ф)
Линии магнитного потенциала поля, создаваемого прямым проводником с протекающим по нему током, представляют собой концентрические окружности, лежащие в перпендикулярной к нему плоскости, центром которой является точка, через которую протекает ток (рис. 5). Направление линий определяется правилом правого винта:
Когда винт вращается в направлении линий поля, он движется в направлении тока в проводнике.
Магнитная проницаемость
Вектор магнитной индукции B является характеристической силой магнитного поля. В каждой точке она направлена по касательной к линии поля. Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, и сила, которую это поле оказывает на заряд, направлена по касательной к линии в каждой точке. В отличие от электрического поля, линии магнитного поля замкнуты, что связано с тем, что в природе не существует «магнитных зарядов».
Опыт Эрстэда. Магнитное поле тока
Магнитное поле тока не сильно отличается от поля, создаваемого постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинный соленоид — катушка проволоки, длина которой равна vi
Из этого правила легко понять, что у магнита на рис. 6 северный полюс находится на правом конце, а южный — на левом. 6, северный полюс — это правый конец соленоида, а южный — левый.
Магнитное поле внутри соленоида однородно — вектор магнитной индукции там имеет постоянное значение (B = const). В этом отношении катушка соленоида напоминает плоский конденсатор, в котором генерируется однородное электрическое поле.
Экспериментально установлено, что в магнитном поле на проводник с током действует сила. В однородном поле на прямой проводник длиной l, по которому течет ток I, перпендикулярный вектору поля B, действует сила: F = I l B .
Направление силы определяется по правилу левой руки:
Если четыре вытянутых пальца левой руки расположены по направлению тока в проводнике, а ладонь перпендикулярна вектору B, то вытянутый большой палец указывает направление силы, действующей на проводник (рис. 9).
Следует отметить, что сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, направлена не по касательной к линиям тока, как электрическая сила, а перпендикулярно им. Магнитная сила не действует на проводник, расположенный вдоль линий тока.
Уравнение F = IlB может быть использовано для количественной оценки индукции магнитного поля.
Отношение
Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током
Мера вектора магнитной индукции B численно равна силе, действующей на перпендикулярный ей проводник единичной длины, по которому течет ток в один ампер.
В системе СИ единицей магнитной индукции является тесла:
(Взаимодействие магнитов, эксперимент Эрстеда, вектор магнитной индукции, направление вектора, принцип суперпозиции. Графическое представление магнитных полей, линий магнитной индукции. Магнитный поток, характерная энергия поля. Магнитные силы, сила Ампера, сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Магнитные свойства материи, гипотеза Бернштейна).
Дополнительные материалы к данной теме: Электромагнитные явления.
Обзор темы «Магнитное поле. Теория, формулы, диаграммы».
Магнитное поле. Таблицы, схемы, формулы
