1. Енциклопедія магнетизму.
2. Магнітне поле соленоїда.
3. Магнітна індукція.
4. Отже, сила, з якою зовнішнє магнітне поле діє на прямолінійний провідник зі струмом, розташований перпендикулярно...

Енциклопедія магнетизму.

Магнітне поле постійного електричного струму і постійного магніту.

Навколо нерухомих електричних зарядів існує тільки електричне поле. Рухомі електричні заряди і змінюються електричні поля створюють в навколишньому просторі магнітне поле. Через магнітне поле здійснюються взаємодії електричних струмів, постійних магнітів і струмів з магнітами. Електричні взаємодії струмів нехтує малі в порівнянні з їх магнітними взаємодіями.

У сучасній фізиці магнітне поле характеризують векторною величиною, званої магнітної індукції B, точне визначення якої дано нижче. Прийнято вважати, що вектор B в будь-якій точці А магнітного поля збігається за напрямком з силою, що діє на північний полюс нескінченно малої магнітної стрілки, вміщеній в А: на полюси цієї стрілки діє пара сил, що встановлює її в напрямку B. Тому магнітні поля вивчають за допомогою дрібних голчастих ошурки, які, намагнічуючись в ньому, як би перетворюються в маленькі магнітні стрілочки.

Магнітне поле прямолінійного струму спостерігають, протягнувши крізь розташований горизонтально лист картону вертикальний прямолінійний провід, що є частиною електричного кола. Тирса-стрілочки при замиканні струму в ланцюзі і після легкого постукування по листу утворюють ланцюжки у вигляді кіл із загальним центром на осі струму. Тому магнітне поле електричного струму графічно зображують у вигляді ліній магнітної індукції, аналогічних лініях напруженості електростатичного поля. Лінії магнітної індукції є окружності з центрами на осі струму, розташовані в площинах, перпендикулярних напрямку струму. Їх напрямок визначають за правилом правого гвинта: при поступальному русі гвинта в напрямку струму його обертання вказує напрямок магнітного поля цього струму.
Різниця між лініями магнітної індукції і лініями напруженості електростатичного поля: перші замкнуті і оточують електричний струм; другі - розімкнуті, починаються на поверхні позитивно заряджених тіл і закінчуються на поверхні негативно заряджених.

Магнітне поле витка зі струмом, або контуру струму, показано малюнку (гурток з точкою означає, що в цьому перерізі струм направлений перпендикулярно площині малюнка до нас, а гурток з хрестом - що струм направлений від нас). Напрямок ліній магнітної індукції вздовж осі витка вкаже магнітна стрілка, поміщена в його центрі. Дві протилежні сторони обтічної струмом поверхні можна зіставити з двома полюсами магнітної стрілки: сторону, з якої лінії магнітної індукції виходять - з північним полюсом магнітної стрілки, а в яку вони входять - з південним.
Напрямок магнітного поля витка зі струмом можна визначити також за правилом правого гвинта: якщо помістити вістрі гвинта в центрі витка і обертати гвинт в напрямку струму, то його поступальний рух вкаже напрямок ліній магнітної індукції.
Таким чином, існує взаємний зв'язок напрямків струму в замкнутому провіднику і його магнітного поля, їх «зчепленість».

Лінії магнітної індукції котушки з струмом, або соленоїда, входять в котушку з боку її південного магнітного полюса і виходять з північного. Усередині котушки, довжина якої в багато разів більше її діаметра, магнітне поле однорідне, т. Е. Лінії магнітної індукції паралельні і щільність їх однакова.

Магнітне поле постійного магніту можна спостерігати, насипавши залізну тирсу на лист картону, покладений на магніт. Поза прямого магніту воно схоже на магнітне поле котушки зі струмом. За допомогою залізної тирси можна спостерігати магнітне поле тільки поза постійного магніту.

Але лінії магнітної індукції тривають і всередині постійного магніту і замикаються, як показано на малюнку. З середньої лінії, проведеної через так звану нейтральну область магніту, не виходять і в неї не входять лінії індукції. До нейтральної області магніту залізні і сталеві предмети не притягуються.

Магнітне поле соленоїда.

Нехай соленоїд довжиною l, у багато разів перевищує його діаметр, має N витків, по яких тече струм силою I. Якщо соленоїд знаходиться в вакуумі (або повітрі), то магнітна індукція поля в ньому чисельно дорівнює

B 0 = μ0 IN / l = μ0 In,

де n = N / l; In - число ампер-витків, що припадають на одиницю довжини соленоїда; μ0 - магнітна постійна, що характеризує магнітне поле в вакуумі.

Поле всередині довгого соленоїда однорідне і направлено від південного полюса (S) до північного (N). Модуль магнітної індукції поля в соленоїді пропорційний числу ампер витків, що припадають на одиницю його довжини.

магнітна постійна

μ0 = 4π · 10-7 кг · м / (с2 · А2).

Магнітна індукція.

Підвісимо горизонтальний прямолінійний провідник АС, який є частиною електричного кола, між полюсами широкого постійного подковообразного магніту. Магнітне поле між полюсами магніту направлено зверху вниз. При замиканні ланцюга магнітні поля струму і магніту починають взаємодіяти. Якщо струм в провіднику тече від А до С, як показано на малюнку, то провідник АС втягується в проміжок між полюсами магніту, займаючи положення А1С1, якщо ж напрямок струму змінити на протилежне, то провідник АС виштовхується з цього проміжку.

Отже, сила, з якою зовнішнє магнітне поле діє на прямолінійний провідник зі струмом, розташований перпендикулярно лініям магнітної індукції цього поля, спрямована перпендикулярно як лініям індукції, так і провіднику. Напрямок цієї сили визначається правилом лівої руки: якщо покласти ліву руку на провідник так, щоб чотири пальці вказували напрямок струму, а лінії магнітної індукції входили в долоню, то відігнутий великий палець вкаже напрям сили, що діє на провідник.
А. Ампер встановив на підставі дослідів що сила Δ F, що діє в магнітному полі з індукцією В на невеликій прямолінійний ділянку Δ l провідника зі струмом I, перпендикулярна провіднику і магнітному полю і чисельно дорівнює

Δ F = I Δ lBsinα,

де α - кут між напрямками Δ l і B. Але Δ lBsinα - модуль векторного добутку Δ l х B, отже,

Δ F = I Δ l х B.

Сила, що діє на прямолінійний ділянку провідника зі струмом в магнітному полі, дорівнює силі струму, помноженої на векторний добуток цієї ділянки і магнітної індукції.

Якщо α = 0 (або 180 °), то Δ F = 0, т. Е. При русі прямолінійного провідника зі струмом паралельно лініям магнітної індукції, він не відчуває дії магнітного поля.
Якщо α = 90 °, то діюча на провідник зі струмом сила магнітногополя максимальна

Δ F = I Δ lB.

тоді

B = Δ F / IΔ l.

Магнітна індукція - векторна фізична величина, чисельно рівна силі, з якою магнітне поле діє на одиницю довжини прямолінійного провідника зі струмом, рівним одиниці сили струму, розташованому перпендикулярно напрямку поля.

За одиницю магнітної індукції в системі СІ прийнята тесла (Т), що дорівнює індукції однорідного магнітного поля, що діє з силою 1 Н на кожен метр довжини прямолінійного провідника зі струмом 1 А, якщо провідник розташований перпендикулярно напрямку поля.
Розмірність одиниці магнітної індукції

[Т] = [Н] / [А] · [м] = кг · с-2 · А-1.

Вектор В направлений в кожній точці лінії магнітної індукції по дотичній до неї. Індукція В характеризує силову дію магнітного поля на струм. Аналогічну роль відіграє напруженість Е електростатичного поля, що характеризує його силову дію на заряд.