§ 101. Напряженность магнитного поля

Рассмотрим взаимодействие уединенного магнитного полюса и элемента тока (рис. 111). Магнитный полюс создает поле В в месте нахождения электрического тока. Следовательно, по закону Ампера на элемент тока будет действовать сила

Мы можем вместо величины магнитной индукции поставить ее выражение для точечного полюса. Учитывая, что поле направлено по радиусу, мы получим для силы взаимодействия следующие выражения:

или

Рис. 111.

Вполне естественно принять, что сила, с которой элемент тока действует на магнитный полюс, представится той же формулой с обращением направления силы. Это допущение нельзя проверить непосредственно на опыте, так как мы можем осуществить ни уединенного полюса, ни отдельно взятого элемента постоянного тока. Однако мы можем проверить правильность высказанного положения, интегрируя силы взаимодействия для опытных случаев. Теория действительно совпадает с опытом.

Итак, сила действия элемента тока на магнитный полюс может быть представлена в виде

иди в системе СИ, без коэффициента заменой на

Мы не ставим знака минус в этой формуле, так как полагаем обращенным радиус-вектор. За направление всегда принимают направление от источника поля до точки наблюдения. Поэтому, когда речь шла о силе, действующей на ток, предполагалось направленным от полюса к элементу тока. Теперь же, когда речь идет, о силе, действующей со стороны тока на полюс, радиус-вектор предполагается направленным от элемента тока к полюсу.

Сила, действующая на единичный магнитный полюс, носит название напряженности магнитного поля:

Нашим рассуждением доказано, что напряженность магнитного поля, создаваемого элементом тока, выражается формулой

В системе СИ формула, определяющая напряженность магнитного поля, создаваемого током, будет иметь вид

Итак, существуют две характеристики магнитного поля: вектор индукции, измеряемый действием магнитного поля на токи, и вектор напряженности, который может быть получен в эксперименте измерением воздействия поля на магниты.

Рис. 112.

Практически измерения напряженности удобнее сводить к измерению вращательного момента, действующего на магнитную стрелку (рис. 112). Такая стрелка, помещенная в однородное поле, будет подвергаться действию пары сил; величина силы равна а плечо равно Отсюда для вращательного момента получим выражение

или в векторной форме где магнитный момент стрелки, что весьма напоминает формулу момента сил, действующих на контур тока.

Вопрос о связи между напряженностью магнитного поля и магнитной индукцией должен быть решен опытом. Оказывается, что во всех случаях, за исключением анизотропных тел, векторы напряженности и индукции параллельны друг другу. Это значит, что магнитная стрелка и ось пробного контура всегда установятся параллельно. Далее, во всех случаях, за исключением ферромагнитных веществ, между имеется простая линейная зависимость: где универсальная постоянная, так называемая магнитная проницаемость вакуума, а коэффициент, характеризующий среду, — относительная магнитная проницаемость среды.

В системе СГС полагают Это приводит к одинаковой размерности магнитной индукции и напряженности. Эта одинаковость достигнута, однако, не даром, а ценой введения размерного коэффициента Не в законе Ампера. В системе СИ магнитная проницаемость вакуума равна