Глава 3. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
§ 17. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Электрические заряды, покоящиеся относительно выбранной системы отсчета, имеют вокруг себя только электрическое поле. Движущиеся же заряды (например, поток ионов в вакуумных трубках, электронов в металлах и полупроводниках и т. п.) имеют вокруг себя еще и магнитное поле.
Магнитное поле обнаруживается и изучается по его воздействию на тела и измерительные приборы. Если выбрать миниатюрные «пробные тела», то можно каждую точку магнитного поля характеризовать некоторой векторной величиной (обозначаемой В); например:
1) на магнитную стрелку действует механический момент, стремящийся ориентировать ее таким образом, чтобы этот момент был равен нулю. В этом положении направление вдоль оси стрелки от южного полюса к северному принимается за направление магнитного поля (т. е. вектора В) в данном месте. Величина же вектора В полагается пропорциональной максимальному механическому моменту, действующему на эту стрелку в перпендикулярном полю положении;
2) на плоский виток проводника с током также действует механический момент, зависящий от размеров витка и силы тока в нем. При одном положении витка этот момент равен нулю (в этом положении за направление поля выбирается перпендикуляр к плоскости витка), а в другом (перпендикулярном) — имеет максимальное значение (им определяется величина В в данном месте).
Кроме того, для экспериментального изучения магнитного поля можно воспользоваться также и другими воздействиями этого поля на тела, например: на прямолинейные участки проводников стоками, на электрическое сопротивление некоторых металлов (особенно заметное у висмута), на размеры тел (например, из никеля), на пучки электронов в вакуумных трубках и т. п. Во всех способах измерения вектора В необходимы «пробные тела», на которые действует магнитное поле, и измерительные приборы, отмечающие результаты этих воздействий.
При экспериментальном изучении полей важно установить, не изменяет ли внесенный прибор или пробное тело ту характеристику доля, которую мы желаем измерить. Например, при использовании магнитной стрелки или витка с током их собственное магнитное поле может накладываться на изучаемое поле и искажать его (магнитное поле пробного тела может вызвать изменение намагниченности тех
тел, магнитное поле которых мы изучаем). Следовательно, необходимо позаботиться, чтобы влияние пробных тел на изучаемое поле было бы достаточно малым. Далее необходимо быть уверенным, что свойства пробных тел не изменяются при их переносе с одного места изучаемого поля в другое. Например, намагниченность магнитной стрелки (от которой зависит действующий на нее механический момент) может измениться при переходе от слабого поля к сильному; магнитные свойства витка с током зависят от площади витка, которая, однако, может измениться в зависимости от интенсивности изучаемого поля (см. § 20), и т. п. Важно отметить, что в процессе измерения имеются две неизвестные величины: искомые характеристики изучаемого поля и поведение пробных тел в этом поле; одно из них можно найти только в том случае, если с удовлетворительной точностью известно другое.
Ввиду этого имеет смысл сначала найти такие характеристики магнитного поля, которые могут быть выбраны и рассчитаны до производства измерений (по значениям зарядов и их скоростей, по форме и размерам проводников и силе тока в них) независимо от выбора «пробных тел» и измерительной аппаратуры. Использование таких характеристик может оказаться весьма полезным при последующем экспериментальном изучении магнитных полей, их воздействия на тела и магнитных свойств различных веществ.
