Глава третья. Электромагнетизм

3-1. Магнитное поле тока. Магнитная индукция. Магнитный поток

Магнитная стрелка, внесенная в пространство, окружающее проводник с током, испытывает действие механических сил, под влиянием которых она занимает определенное положение. Это указывает на то, что проводник с током окружен магнитным полем, которое представляет собой одну из сторон электромагнитного поля, выявляемую по силовому действию на проводник с током или на движущиеся заряженные тела и элементарные частицы.

Рис. 3-1. Провод с током в магнитном поле.

Магнитное поле возникает во всех случаях движения электрически заряженных частиц и тел. Магнитное поле постоянных магнитов, в том числе и магнитной стрелки, является следствием молекулярных токов, образуемых движением электронов по атомным орбитам и вращением их вокруг своих осей.

Магнитное поле и электрический ток неразрывно связаны друг с другом.

Направление, указываемое северным концом магнитной стрелки, установившейся под действием сил поля, принимается за направление магнитного йоля.

Прямолинейный провод с током , расположенный в магнитном поле перпендикулярно его направлению (рис. 3-1), испытывает действие электромагнитной силы F. Эта сила пропорциональна току длине той части провода которая расположена в данном магнитном поле (активной длине) и интенсивности магнитного поля, определяемой магнитной индукцией В:

откуда магнитная индукция

Таким образом, магнитная индукция численно равна электромагнитной силе, действующей на провод длиной 1 м, расположенный перпендикулярно направлению поля, при токе в нем 1 А.

Единицей магнитной индукции служит тесла (Т)

Единица вольт-секунда называется вебер (Вб), а вебер, деленный на квадратный метр — тесла (Т).

Магнитная индукция иногда измеряется в гауссах (Гс) — единице, не принадлежащей к системе СИ, при этом

Магнитная индукция является векторной величиной, направление вектора ее в каждой точке совпадает с направлением магнитной стрелки.

Магнитное поле, во всех точках которого векторы магнитной индукции равны менсду собой, называется однородным. Такое поле получается, например, между двумя плоскими параллельно расположенными полюсами магнита или электромагнита.

Графически магнитное поле изображается линиями магнитной индукции или магнитными линиями. Они проводятся так, чтобы направление касательной в каждой точке линии совпадало с вектором магнитной индукции, а следовательно, и с направлением поля. Магнитные линии всегда являются замкнутыми. На рис. 3-2 показаны магнитные линии прямолинейного проводника с током, а на рис. 3-3 — магнитные линии кольцевого тока.: Направление магнитного поля зависит от направления; тока. По правилу буравчика: при совпадении. поступательного движения буравчика с направлением тот направление вращения его рукоятки указывает направление магнитных линий. Или иначе, при совпадении направления вращения рукоятки буравчика с направлением тока в контуре (рис. 3-3) поступательное движение буравчика указывает направление магнитных линий, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром.

Если через каждую единичную площадку (например или ), перпендикулярную направлению поля, провести число линий, равное или пропорциональное величине магнитной индукции в данной месте поля, то плотность магнитных линий можно испольаовать для оценки величины магнитной индукции.

Произведение магнитной индукции В, однородного поля и величины площади S, перпендикулярной вектору этой индукции, называется магнитным потоком:

Так как величина магнитной индукции оценивается плотностью магнитных линий, то, естественно, оценка магнитного потока, пронизывающего площадь S, производится числом магнитных линий, проходящих через указанную площадь.

Рис. 3-2. Правило буравчика.

Рис. 3-3. Правило буравчика для кольцевого тока.

В системе СИ магнитный поток измеряется в теслах, умноженных на квадратный метр, или в веберах (Вб), так как

Иногда применяется не относящаяся к системе СИ более мелкая единица магнитного потока максвелл: