Принцип суперпозиции магнитных полей.

Магнитное поле электрического тока.

Между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Оказывается, существуют силы взаимодействия и между движущимися зарядами. Если по двум параллельным проводникам пропускать ток, то проводники притягиваются при токах, текущих в одном направлении, и отталкиваются при разных направлениях тока. Эти силы не связаны с электрическим полем. Они имеют другую природу. Подобно тому как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электрическое поле, так и в пространстве, окружающем токи, появляется другое поле, называемое магнитным.

Не токи действуют друг на друга, а каждый проводник с током создает вокруг себя магнитное поле, действующее на ток. Магнитное поле – это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрических токов. Магнитное поле создается движущимися зарядами и действует только на движущиеся заряды.

Наличие магнитного поля вокруг проводника с током впервые в 1820 году обнаружил датский физик Эрстед с помощью магнитной стрелки, которая под действием магнитного поля протекающего тока устанавливалась перпендикулярно проводу.

За много сотен лет до нашей эры были известны вещества, способные притягивать к себе железные предметы (опилки, гвозди). Подобные вещества называли естественными (постоянными) магнитами. Железо и сталь, находящиеся вблизи естественных магнитов, сами приобретают способность притягивать другие железные предметы, то есть намагничиваться. Магнит в виде длинного тонкого стержня (магнитная стрелка), посаженный на острие, ориентируется в пространстве определенным образом. Один из его концов обращен к северу (северный полюс), а другой – к югу (южный полюс). Подобные магнитные стрелки очень удобны для обнаружения свойств магнитных полей.

При приближении магнитной стрелки к какому-либо магниту ее северный полюс притягивается к южному полюсу магнита и отталкивается от северного. Пытаясь объяснить магнитные свойства веществ, полагали, что каждый магнит имеет «магнитные массы», сосредоточенные на полюсах (положительная масса – на северном полюсе, отрицательная – на южном). Считали, что магнитные массы создают аналогично электрическим зарядам вокруг себя в пространстве магнитные поля. Но обнаружить эти массы так и не удалось, точно так же как и не удалось разделить их, то есть получить один северный или один южный полюс.

Только после 1820 года удалось объяснить природу естественных и искусственных магнитов и сил магнитного взаимодействия. Открытие Эрстеда вызвало огромный интерес у физиков и положило начало ряду важнейших исследований, доказывающих тождественность магнитных действий тока и постоянных магнитов. Опыты показывают, что в пространстве, окружающем проводники с током и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным полем.

Наличие магнитного поля обнаруживается по силовому действию на внесённые в него проводники с током или постоянные магниты. В 1820 году Х.К. Эрстед обнаружил действие поля, создаваемого током, на магнитную стрелку. А.М. Ампер в 1820 году установил, что параллельные проводники с током притягиваются, если токи одного направления, и отталкиваются, если токи противоположного направления. Магнитное поле – вид материи, осуществляющий взаимодействие проводников с током и постоянных магнитов.

Магнитное поле действует только на движущиеся электрические заряды.

Подобно тому, как при исследовании электрического поля используют точечные заряды, при исследовании магнитного поля используется замкнутый контур с током (рамка с током), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация контура в пространстве характеризуется направлением единичного вектора нормали

к контуру, которое определяется правилом правого винта.

Опыты показывают, что магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, поворачивая её определённым образом.

Магнитная индукция поля.

Индукция магнитного поля , Тл (тесла) – величина, определяемая максимальной силой действующей со стороны магнитного поля на элемент тока

(тесла).

Направление вектора индукции определяется правилом левой руки.

Индукция магнитного поля определяется также максимальным вращающим моментом сил , действующим на рамку с током с магнитным моментом .

Индукция магнитного поля зависит от магнитных свойств среды.

- Магнитная проницаемость среды величина, показывающая во сколько раз индукция магнитного поля в среде (В) больше индукции магнитного поля в вакууме (В₀).

- Напряжённость магнитного поля величина, не зависящая от магнитных свойств среды .

Силовая линия магнитного поля – линия, касательная к которой в любой точке совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля _. Густота линий говорит о величине магнитного поля.

Силовые линии магнитного поля – замкнутые линии. Поэтому магнитное поле называют вихревым.

Полное число силовых линий через произвольную поверхность определяется магнитным потоком Ф.

- Магнитный поток Ф, Вб (вебер) через площадку S – величина, определяемая скалярным произведением

Ф=ВS cosα

Ф - Вб

Закон Био - Савара - Лапласа

Закон Био Савара Лапласа — Магнитное поле любого тока может быть вычислено как векторная сумма полей, создаваемая отдельными участками токов.

Закон Био-Савара-Лапласа для некоторых токов:

Магнитное поле прямого тока: .

Магнитное поле кругового тока: .

Обозначения:

dB — магнитная индукция;

dl — вектор, по модулю равный длине dl элемента проводника и совпадающий по направлению с током;

— магнитная постоянная;

μ — относительная магнитная проницаемость (среды);

I — сила тока;

R — расстояние от провода до точки, где мы вычисляем магнитную индукцию;

α — угол между вектором dl и r.

В современной формулировке закон Био — Савара — Лапласа чаще рассматривают как следствие двух уравнений Максвелла для магнитного поля при условии постоянства электрического поля:

где квадратными скобками обозначено векторное произведение, r — положение точек контура γ, dr — вектор элемента контура (ток течет вдоль него); μ₀ — магнитная постоянная; r,r₀ — единичный вектор, направленный от элемента контура к точке наблюдения.

Принцип суперпозиции магнитных полей.

Для магнитного поля, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции: магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукций складываемых полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом в отдельности:

Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 54; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!