Почему вектор магнитной индукции является силовой характеристикой

Вектор магнитной индукции (B) — это основная силовая характеристика магнитного поля (обозначается B). На пример цепи, помещенной в магнитное поле, действует вращающий момент силы M, исходящий от магнитного поля.

Бесконечно длинный ток величиной I создает магнитное поле на расстоянии r друг от друга:

где Мо — магнитная постоянная, R — расстояние, I — ток в проводнике.

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, представляющая собой характерную силу в данной точке магнитного поля.

Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тесла).

Магнитная индукция — векторная величина, представляющая собой характеристическую силу магнитного поля (его воздействие на заряженные частицы) в данной точке пространства. Она определяет силу, с которой магнитное поле действует на заряженную частицу. Магнитное поле действует на заряд движется со скоростью . .

В вакууме B = μ0H.

Точнее, — вектор, такой, что сила Лоренца действующее со стороны магнитного поля на заряд движется со скоростью равен

где диагональный крест представляет векторное произведение, α — угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора перпендикулярна им обоим и направлена по принципу червяка).

Вектор магнитной индукции (B) аналогичен напряженности электрического поля. Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции.

Экспериментально установлено, что для одной и той же точки в магнитном поле максимальный магнитный момент М (момент силы) пропорционален произведению тока I в контуре на его площадь S. Величина IS называется магнитным моментом контура Pm.

Рисунок — Электрический ток (I), протекающий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле (B). Рисунок — Винтовое правило

Правило буры (винта): Если направление поступательного движения бура (винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки бура совпадает с направлением вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током.

На практике удобно использовать следующее эмпирическое правило: если обхватить соленоид (катушку) правой рукой так, чтобы четыре пальца были направлены в сторону тока, то согнутый большой палец укажет направление магнитного поля внутри соленоида.

Рисунок 3.2 — A) Формирование магнитного потока в соленоиде

B) Диаграмма полей в соленоиде при прохождении переменного тока через обмотки

Единицей измерения V в СИ является тесла (Тесла). Установка названа в честь сербского инженера-электрика Н. Теслы.

Не нашли то, что искали? Используйте поиск:

Лучшие высказывания: студент — это человек, постоянно оттягивающий неизбежное. 10624 — | 7341 — или прочитать их все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором размещенного материала. Но обеспечивает бесплатное пользование им. Имело ли место нарушение авторских прав? Свяжитесь с нами | Обратная связь.

Снова активируйте AdBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужный

Магнитное поле и его свойства.

Магнитное поле — это поле сил, действующих на электрические заряды в движении и на тела с магнитным моментом, независимо от их состояния движения [1], магнитная составляющая электромагнитного поля [2].

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя и в гораздо меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме того, это происходит в присутствии изменяющегося во времени электрического поля.

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля) [3][4] . С математической точки зрения — векторное поле, определяющее и институционализирующее физическую концепцию магнитного поля. Часто вектор магнитной индукции для краткости называют просто магнитным полем (хотя это, вероятно, не самое строгое использование термина).

Другой фундаментальной характеристикой магнитного поля (альтернативной и тесно связанной с магнитной индукцией, почти равной ей по физическому значению) является векторный потенциал.

Часто в литературе магнитное поле в вакууме (т.е. в отсутствие магнитной среды) характеризуется не вектором магнитной индукции. а по вектору напряженности магнитного поля что формально это возможно, поскольку в вакууме эти два вектора совпадают [5]; однако в магнитной среде вектор уже не имеет прежнего физического смысла [6], являясь важной, но все еще вспомогательной величиной. Поэтому, при формальной эквивалентности двух подходов для вакуума, с точки зрения систематики его следует рассматривать как основную характеристику магнитного поля.

Магнитное поле можно назвать особым видом материи [7], через которую происходит взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, имеющими магнитный момент.

Магнитные поля являются необходимым (в контексте специальной теории относительности) следствием существования электрических полей.

Вместе магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются, в частности, свет и все другие электромагнитные волны.

Электрический ток (I), протекающий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле (B).

В терминах квантовой теории поля магнитное взаимодействие — как частный случай электромагнитного взаимодействия — осуществляется фундаментальным безмассовым бозоном, фотоном (частицей, которую можно рассматривать как квантовое возбуждение электромагнитного поля), часто (например, во всех случаях статических полей) являющимся виртуальным.

Источники магнитного поля [править]

Магнитное поле создается (генерируется) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние можно формально свести к электрическим токам для единообразия).

Вычисление [править]

В простых случаях магнитное поле проводника с током (включая случай произвольно распределенного в объеме или пространстве тока) можно найти из закона Био-Савара-Лапласа или теоремы о циркуляции (она же закон Ампера). В принципе, этот метод ограничен случаем (приближением) магнитостатики — т.е. случаем постоянных (при строгом применении) или довольно медленно меняющихся (при приближении) магнитных и электрических полей.

В более сложных ситуациях его ищут как решение уравнений Максвелла.

Проявление магнитного поля [править]

Магнитное поле проявляется, действуя на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с электричеством). Сила, действующая на электрически заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно векторам v и B [3] . Она пропорциональна заряду частицы q, составляющей скорости v, перпендикулярной направлению вектора магнитного поля B, и величине индукции магнитного поля B. В системе единиц СИ сила Лоренца выражается следующим образом:

В системе единиц измерения СГС:

Где векторное произведение обозначается квадратными скобками.

Также (из-за силы Лоренца, действующей на заряженные частицы, движущиеся вдоль проводника) магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник с током, называется силой Ампера. Эта сила является суммой сил, действующих на отдельные заряды, движущиеся внутри проводника.

Взаимодействие двух магнитов [править]

Одним из самых распространенных проявлений магнитного поля в обычной жизни является взаимодействие двух магнитов: одинаковые полюса отталкиваются, противоположные полюса притягиваются. Кажется заманчивым описать взаимодействие между магнитами как взаимодействие между двумя монополями, и с формальной точки зрения эта идея вполне осуществима [8] и часто весьма удобна, а значит, практически полезна (в расчетах); но детальный анализ показывает, что на самом деле это не совсем корректное описание явления (самый очевидный вопрос, необъяснимый такой моделью, — почему монополи никогда не могут быть разделены, так как эксперимент показывает, что ни одно изолированное тело одновременно не может быть разделено.

Правильнее сказать, что на магнитный диполь, помещенный в неоднородное поле, действует сила, стремящаяся повернуть его так, чтобы магнитный момент диполя был соосен с магнитным полем. Но ни на один магнит не действует (суммарная) сила однородного магнитного поля. Сила, действующая на магнитный диполь с магнитным моментом m, выражается формулой [9][10] :

Сила, действующая на магнит (который не является одноточечным диполем) со стороны неоднородного магнитного поля, может быть определена путем сложения всех сил (определенных по этой формуле), действующих на элементарные диполи, составляющие магнит.

Однако можно свести взаимодействие магнитов к силе Ампера, и приведенная выше формула для силы, действующей на магнитный диполь, также может быть получена из силы Ампера.

Явление электромагнитной индукции [править]

Основная статья: Электромагнитная индукция

Если поток вектора магнитной индукции через замкнутый контур изменяется во времени, то в контуре возникает ЭДС электромагнитной индукции, создаваемая (в случае неподвижного контура) вихревым электрическим полем, возникающим из-за изменяющегося во времени магнитного поля (если магнитное поле постоянно во времени, а поток изменяется из-за движения проводника контура, то ЭДС возникает из-за силы Лоренца).

Магнитное действие электрического тока

1820 г. X. Эрстед — датский физик, открыл магнитное действие электричества. (Эксперимент: действие электрического тока на магнитную стрелку). 1820 г. A. Ампер — французский ученый, открыл механическое взаимодействие токов и установил закон этого взаимодействия.

Магнитное взаимодействие, как и электрическое, удобно рассматривать, введя понятие магнитного поля:

  1. Магнитное поле создается токами, т.е. движущимися электрическими зарядами.
  2. Магнитное поле обнаруживается по его действию на магнитную стрелку или на электрический ток (движущиеся электрические заряды).

Для двух параллельных бесконечно длинных проводников найдено, что

Противоположно направленные токи отталкиваются друг от друга,

притягиваются однонаправленные токи,

и где k — коэффициент пропорциональности.

Отсюда установлена единица СИ тока ампер: ток равен 1 А, если между двумя участками двух бесконечных проводников длиной 1 м каждый, расположенных в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, действует сила магнитного взаимодействия 2. 10 7 Н .

В СИ удобно ввести магнитную проницаемость вакуума .

Вектор магнитной индукции.

Вектор магнитной индукции (B) аналогичен напряженности электрического поля. Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции.

Направление этого вектора для поля прямого проводника с током и соленоида можно определить из правила буравчика: если направление поступательного движения буравчика (винт с правой резьбой) совпадает с направлением тока, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линии магнитной индукции. Вектор магнитной индукции направлен по касательной к линии.

На практике удобно использовать следующее эмпирическое правило: если большой палец правой руки направлен в сторону тока, то направление захвата тока другими пальцами будет совпадать с направлением линии магнитной индукции.

Модуль вектора магнитной индукции

Магнитная индукция B зависит от I и r , где r — расстояние от проводника с током до интересующей нас точки. Если расстояние до проводника намного меньше его длины (т.е. рассмотрим бесконечно длинный проводник), то,

где k — коэффициент пропорциональности. Подставляя эту формулу в уравнение для силы взаимодействия между двумя проводниками с током, получаем F=B . I . ℓ.

Следовательно .

Таким образом, модуль вектора магнитной индукции это отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на токоведущую часть проводника, к произведению силы тока и длины этой части.

Единицей измерения СИ является тесла (Тесла). Установка названа в честь сербского инженера-электрика Н. Теслы.

Магнитный поток

Магнитный поток (поток линий магнитной индукции) через контур численно равен произведению модуля вектора магнитной индукции через область, ограниченную контуром, и косинуса угла между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к области, ограниченной контуром.

Где Bcosα — проекция вектора B на нормаль к плоскости контура. Магнитный поток показывает, сколько линий магнитной индукции пронизывает данный контур.

Единицей СИ магнитного потока является вебер (Vb) . Его название происходит от имени немецкого физика В. Вебера.

Опыт показывает, что линии магнитной индукции всегда замкнуты и что полный магнитный поток через замкнутую поверхность равен нулю. Этот факт является следствием отсутствия магнитных зарядов в природе.

Оцените статью
Добавить комментарий