Магнитное поле и его характеристики.

Первыми экспериментами, показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется глубокая связь, были опыты датского физика Х. Эрстеда (1777-1851) в 1820 году. Эти опыты показали, что на магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током, действуют силы, которые стремятся повернуть стрелку (рис.1).

Рис. 1. Опыт Эрстеда.

В том же году французский физик А. Ампер (1775-1836) наблюдал силовое взаимодействие двух проводников с токами и установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение, если ток течет по ним в одну сторону, и отталкивание, если токи текут в разные стороны (рис. 2).

Рис. 2 Опыты Ампера.

По современным представлениям, проводники с током оказывают силовое действие друг на друга не непосредственно, а через окружающие их магнитные поля. Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды, так как электрическое поле – это направленное движение заряженных частиц. Магнитное поле возникает в пространстве, окружающем проводники с током, подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле. Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

Ученые XIX века пытались создать теорию магнитного поля по аналогии с электростатикой, вводя в рассмотрение так называемые магнитные заряды двух знаков (например, северный N и южный S полюса магнитной стрелки). Однако, опыт показывает, что изолированных магнитных зарядов не существует.

Магнитное поле –особый вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности электрического поля . Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции .

Единица измерения магнитной индукции тесла: .

Направление вектора магнитной индукции задается направлением магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля. Оно совпадает с направлением, которое указывает северный полюс стрелки (рис. 3)

Рис. 3

Направление силовых линий вокруг прямолинейного участка провода с током определяется по правилу буравчика (правовращающий винт, штопор): если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика в данной точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции в этой точке.

Графически магнитное поле изображается с помощью линий магнитной индукции - линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с токами (рис.4а) или постоянные магниты (у постоянных магнитов линии магнитной индукции выходят из северного полюса N и входят в южный S) (рис.4б, в).

Магнитное поле Земли похоже на магнитное поле постоянного магнита. Помещенная в магнитное поле Земли намагниченная стрелка стремится повернуться так, что один из ее концов указывает в сторону северного географического полюса Земли. Этот полюс магнита получил название северного и обозначается на рисунках буквой N. Противоположный конец стержня называется южным магнитным полюсом и обозначается буквой S. Происходит это вследствие притяжения разноименных полюсов магнитов: южный магнитный полюс Земли, находящийся вблизи северного географического полюса, притягивает северный полюс магнитной стрелки.

Рис.4. Магнитные поля прямого проводника с током и постоянных магнитов.

Рис. 5. Магнитное поле Земли.