Как определить направление вектора индукции

Как определить направление вектора магнитной индукции — Советы электрика

Как определить направление вектора индукции

За направление вектора магнитной индукции принято следующие направления:

  • для магнитной стрелки (свободно вращающейся в магнитном поле) – от южного (S) полюса стрелки к северному (N) (рис. 1 а);
  • для плоского магнита: вдоль магнита – от южного (S) полюса магнита к северному (N) (рис. 1 б), по бокам магнита – от северного (N) полюса магнита к южному (S) (рис. 1 в – пунктиром показаны линии индукции);
  • между полюсами магнитов (подковообразного магнита) – от северного (N) полюса магнита к южному (S) (рис. 1 г).

Рис. 1

В данной теме для изображения векторов, перпендикулярных плоскости рисунка применяют условные обозначения: крестики и точки.

Например:

а) по проводнику течет ток (рис. 2 а);

б) в данной области существует однородное магнитное поле с индукцией \(~\vec B\) (рис. 2 б).

Рис. 2

Тогда в плоскости γ направление векторов будем изображать так, как на рисунках 3 а (окружности на данном рисунке – это сечения проводника) и 3 б.

Рис. 3

Для ориентации в трехмерном пространстве будем использовать следующие названия направлений (рис. 4 а и б): OC – «вправо»; OB – «вниз»; OD – «влево»; OA – «вверх»; OE – «к нам»; OF – «от нас». Плоскость γ лежит в плоскости листа.

Рис. 4

Для определения направления вектора магнитной индукции проводника с током применяют правило буравчика или правило правой руки:

а) для прямого проводника с током правило правой руки имеет следующий вид: большой палец правой руки, отставленный на 90°, направляем по току, тогда четыре согнутых пальца, обхватывающие проводник, укажут направление вектора магнитной индукции (рис. 5 а).

б) для витка (катушки) с током правило правой руки имеет следующий вид: четыре согнутых пальца правой руки, обхватывающей виток (катушку), направляем по току, тогда большой палец, отставленный на 90°, укажет направление вектора магнитной индукции в центре витка (рис. 5 б).

Рис. 5

Значения вектора

\(~B_{pr} = \frac{\mu_0 \cdot I}{2 \pi \cdot l}\) ,

где Bpr – индукция магнитного поля бесконечного прямолинейного проводника с током на расстоянии l (Тл); μ0 – магнитная постоянная, равная 4π·10-7 Тл·м/А ; I – сила тока в проводнике (А); l – расстояние от проводника до данной точки (м).

В данной теме считаем, что проводник расположен в вакууме.

\(~B_{kr} = \frac{\mu_0 \cdot I}{2 r}\) ,

где Bkr – индукция магнитного поля в центре кругового тока (кольца) (Тл); μ0 – магнитная постоянная, равная 4π·10-7 Тл·м/А ; I – сила тока (А); r – радиус кольца с током (м).

\(~B_c = \frac{\mu_0 \cdot I \cdot N}{l}\) ,

где Bc – индукция магнитного поля внутри (середине) цилиндрической катушки (соленоида) (Тл); μ0 – магнитная постоянная, равная 4π·10-7 Тл·м/А ; N – число витков катушки; I – сила тока (А); l – длина катушки (м).

Магнитные свойства вещества

\(~\mu = \frac{B}{B_0}\) ,

где μ – магнитная проницаемость, табличная величина; B – магнитная индукция в веществе (Тл); B0 – магнитная индукция внешнего (намагничивающего) поля (Тл).

Тогда с учетом магнитной проницаемости среды

  • индукция магнитного поля бесконечного прямолинейного проводника с током на расстоянии l \(~B_{pr} = \frac{\mu \cdot \mu_0 \cdot I}{2 \pi \cdot l}\) ;
  • индукция магнитного поля в центре кругового тока (кольца) \(~B_{kr} = \frac{\mu \cdot \mu_0 \cdot I}{2 r}\) ;
  • индукция магнитного поля внутри (середине) цилиндрической катушки (соленоида) \(~B_c = \frac{\mu \cdot \mu_0 \cdot I \cdot N}{l}\) .

Сила Ампера

Для определения направления силы Ампера применяют правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая к проводнику вектора индукции (\(~\vec B\)) входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали бы направление тока (I), то отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера (\(~\vec F_A\)) (рис. 6).

Рис. 6

\(~F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin \alpha\) ,

где FA – сила Ампера (Н); В – модуль вектора магнитной индукции (Тл); I – сила тока (А); l – длина проводника (м); α – угол между проводником (направлением тока в проводнике) и направлением вектора магнитной индукции.

Вращающий момент сил

\(~B = \frac{M_{max}}{I \cdot S}\) ,

где В – модуль вектора магнитной индукции (Тл); Mmax – максимальный вращающий момент сил, действующий на рамку с током, находящуюся в магнитном поле (Н·м); I – сила тока в рамке (А); S – площадь рамки (м2).

Поместим в однородном магнитном поле с индукцией (\(~\vec B\)) прямоугольную рамку с током ABCD (рис. 7 а – вид сбоку; рис. 7 б – вид сверху), где AB = a, AD = b, β – угол между перпендикуляром к рамке и вектором магнитной индукции.

а

б

Рис. 7

На участки AD и BC магнитное поле действуют с силами, которые меняются от нуля до максимального значения (в зависимости от угла поворота рамки β) и стремятся растянуть рамку (на рис. 8 а эти силы не указаны). На участки AB и CD магнитное поле действуют с постоянными силами \(~\vec F_1\) и \(~\vec F_2\) , которые направлены в противоположные стороны (на рис.

7 а силы направлены перпендикулярно плоскости рисунка) и стремятся повернуть рамку вокруг оси OO´.

Таким образом, эти силы \(~\vec F_1\) и \(~\vec F_2\) создают вращающий момент M = Fl1 + Fl2, где F1 = F2 = I·B·l (угол α = 90°), l1 = l2 = AD/2 ·sin β = b/2 ·sin β, l = AB = CD = a. Тогда

\(~M = 2 F_1 \cdot l_1 = 2 I \cdot B \cdot a \cdot \frac{b}{2} \cdot \sin \beta = I \cdot B \cdot a \cdot b \cdot \sin \beta = I \cdot B \cdot S \cdot \sin \beta\) ,

где S = a·b – площадь рамки.

Момент сил будет максимальным при β = 90° (рамка расположена вдоль линий индукции)

\(~M_{max} = I \cdot B \cdot S\) .

Примечание. Эта формула верна для плоской рамки произвольной формы.

Сила Лоренца

Для определения направления силы Лоренца применяют правило левой руки

Источник: https://ns-sts.ru/bazovye-znaniya/kak-opredelit-napravlenie-vektora-magnitnoj-induktsii.html

Правило буравчика правой и левой руки простым языком

Как определить направление вектора индукции

Во многих задачах, связанных с расчётами электрических величин, важно знать направление линий магнитной индукции относительно электрического тока и наоборот. Сложные расчёты параметров магнитных полей в различных системах также невозможно выполнить без учёта направления векторов.

Для определения ориентации сил и полей на практике часто используют мнемонические правила, одним из которых является правило буравчика, с успехом применяемое в электротехнике.

Определение

В узком понимании, правило буравчика – это мнемонический алгоритм, применяемый для определения пространственного направления магнитной индукции, в зависимости от ориентации электрического тока, возбуждающего магнитное поле.

Данное правило можно сформулировать следующим образом: Если острие буравчика (штопора, винта) направить вдоль вектора тока, то ориентация линий магнитной индукции совпадёт с направлением, в сторону которого вращается ручка буравчика в традиционном исполнении этого инструмента (с правым винтом) [ 1 ] (рис. 1.)

Рис. 1. Правило буравчика для прямого проводника

На рисунке 1 показана схема для простейшего случая: по прямому участку проводника, в сторону от наблюдателя протекает электрический ток (стрелка синего цвета). Условный штопор направлен своим острым концом по вдоль линии по направлению тока. Если представить поступательное движение буравчика вдоль проводника, то направление линий, описываемых рукояткой штопора, совпадут с ориентацией магнитных линий электрического поля.

Главное правило

Рассмотренный нами пример является частным случаем алгоритма буравчика. Существует несколько вариантов формулировок правила, применяемых в различных ситуациях.

Общая, или главная формулировка, позволяет распространить данное правило на все случаи. Это вариант мнемонического правила, используемый для определения ориентации результирующей векторного произведения, называемого аксиальным вектором, а также для выбора связанного с этими векторами правого базиса (трёхмерной системы координат), что позволяет определить знак аксиального вектора.

Примечание: правый базис – условное соглашение, согласно которому выбирается декартовая система координат (положительный базис). Иногда полезно пользоваться зеркальным отражением декартовой системы (левый или отрицательный базис).

Главное правило позволяет определить направление впространстве аксиальных векторов, важных для вычислений:

  • угловой скорости;
  • параметров индукционного тока;
  • магнитной индукции.

Хотяориентация аксиального вектора является условной, она важна для расчётов: придерживаясьпринятого алгоритма выбора, легче производить вычисления, без риска перепутатьзнаки. 

Во многих случаях применяют специальные формулировки, хорошо описывающие частные случаи в конкретной ситуации.

Правило правой руки

В электротехнике очень часто применяют интерпретацию буравчика для правой руки.

Действия можно сформулировать так: «Если отведённый в сторону большой палец правой руки расположить вдоль проводника так, чтобы он совпал с направлением электрического тока, то остальные пальцы будут указывать направление образованных электрическим полем магнитных силовых линий. (см. схему на рис. 2).

Рис. 2. Иллюстрация правила правой руки

Сформулированные выше алгоритмы применяются и для соленоидов. Но разница в том, что в случае с соленоидом, рукоятку буравчика вращают так, чтобы это движение совпадало с направлением токов в витках, а продвижение винта буравчика указывает на ориентацию вектора магнитных линий в соленоиде.

При использовании правой руки, пальцами охватывают (условно) катушку так, чтобы направление тока в витках совпадало с пространственным расположением пальцев. Тогда большой палец укажет на ориентацию вектора электромагнитных линий внутри катушки. На рисунке 3 изображены схемы, объясняющие алгоритмы определения направлений векторов для соленоидов.

Рис. 3. Иллюстрация правила правой руки для катушки

Не трудно догадаться, что данные правила можно применять с целью определения направления тока. Например, если с помощью магнитной стрелки определить устремление линий магнитной индукции, то путём применения правила буравчика (как вариант его формулировки для правой руки), легко определяется, в какую сторону течёт ток.

Специальные правила

Рассмотрим варианты главного правила буравчика для частных случаев. Применение таких правил часто упрощает процесс вычислений.

Для векторного произведения

Расположите векторы так, чтобы их начальные точки совпадали. Для этой ситуации правило буравчика звучит так:

Если один из векторов сомножителей вращать кратчайшим способом до совпадения направлений со вторым вектором, то буравчик, вращающийся подобным образом, будет завинчиваться в сторону, куда указывает векторное произведение.

По циферблату часов

При расположении векторов способом совпадения их начальных точек можно определить направление вектора-произведения с помощью часовой стрелки. Для этого необходимо мысленно двигать кратчайшим путём один из векторов-сомножителей в сторону другого вектора. Тогда, если смотреть со стороны вращения этого вектора по часовой стрелке, то аксиальный вектор будет направлен вглубь циферблата.

Правила правой руки, для произведения векторов

Существует два варианта правила.

Первый вариант:

Если согнутые пальцы правой руки направить в сторону кратчайшего пути для совмещения вектора-сомножителя с другим сомножителем (векторы выходят из одной точки), то отведенный в сторону большой палец укажет направление аксиального вектора.

Второй вариант:

Если правую ладонь расположить таким образом, чтобы получилось совпадение большого пальца с первым вектором-сомножителем, а указательного – со вторым, то отведённый в сторону средний палец совпадёт с направлением вектора произведения.

Для базисов

Перечисленные выше правила применяются также для базисов.

Например, правило буравчика для правого базиса можно записать так:

При вращении ручки буравчика и векторов таким образом, чтобы первый базисный вектор по кратчайшему пути стремился ко второму, то штопор будет завинчиваться в сторону третьего базисного вектора.

Указанные правила универсальны. Их можно переписать для механики с целью определения векторов:

  • механического вращения (определение угловой скорости);
  • момента приложенных сил;
  • момента импульса.

Правила буравчика применяются также для уравнений Максвелла, что усиливает их универсальность.

Правило левой руки

Вэлектротехнике довольно часто возникают вопросы, связанные с определением силыАмпера. Для решения задач подобного рода применяется алгоритм, называемый правиломлевой руки (иллюстрация на рис. 4) – мнемоническое правило, описывающее способопределения направленности Амперовой силы, выталкивающей точечный заряд либо проводник,по которому протекает электроток.

Алгоритм применения левой руки состоит в следующем: если левую ладонь будут перпендикулярно пронизывать силовые линии, а пальцы расположатся по направлению тока, то действующие на проводник силы будут устремляться в сторону, куда указывает оттопыренный большой палец.

Рис. 4. Сила Ампера

Интерпретация для точечного заряда

Заметим, что сформулированное правило справедливо для решения задач по определению ориентации силы Лоренца. Перефразируем правило: если ладонь левой руки поместить в магнитное поле таким образом, чтобы линии индукции перпендикулярно входили в неё, а выпрямленные пальцы направить в сторону движения положительного заряда, тонаправление вектора силы Лоренца совпадёт с отставленным на 90º большим пальцем.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Какое падение напряжения на диодах

Визуальная интерпретация правила левой руки представлена на рисунке 5. Обратите внимание на то, что алгоритм действий для определения сил Ампера и Лоренца практически одинаков.

Рис. 5. Интерпретация правил левой руки

Примечание: В случае с отрицательным зарядом вытянутые пальцы направляют в сторону, противоположную движению частицы.

Полезные сведения и советы

  1. Общепринято считать, что направление тока указывает в сторону от плюса к минусу. На самом деле, в проводнике упорядоченное перемещение электронов направлено от негативного полюса к позитивному. Поэтому, если бы перед вами стояла задача вычисления силы Лоренца для отдельного электрона в проводнике, следовало бы учитывать данное обстоятельство.
  2. По умолчанию мы рассматриваем винт (буравчик, штопор) с правой резьбой. Однако не следует забывать о существовании винтов с левой резьбой.
  3. При использовании правила часовой стрелки мы принимаем условие о том, что стрелки совершают движение слева направо. Известно, что в бывшем СССР производились часы с обратным ходом часового механизма.

    Возможно, такие модели существуют до сегодняшнего дня.

Советы: если вам необходимо определить пространственное расположение момента силы, под действием которой происходит вращение некоего тела – вращайте винт в ту же сторону. Условное врезание винта укажет на ориентацию вектора момента силы.

Скорость вращения тела не влияет на направление вектора.

Полезно знать, что при вращении буравчика по ходу вращения тела, траектория его ввинчивания совпадёт с направлением угловой скорости.

Источник: https://www.asutpp.ru/pravilo-buravchika-prostym-yazykom.html

Магнитное поле прямолинейного проводника с током

Как определить направление вектора индукции

09 августа 2013.
Категория: Электротехника.

Если к прямолинейному проводнику с электрическим током поднести магнитную стрелку, то она будет стремиться стать перпендикулярно плоскости, проходящей через ось проводника и центр вращения стрелки. Это указывает на то, что на стрелку действуют особые силы, которые называются магнитными силами.

Кроме действия на магнитную стрелку, магнитное поле оказывает влияние на движущиеся заряженные частицы и на проводники с током, находящиеся в магнитном поле. В проводниках, движущихся в магнитном поле, или в неподвижных проводниках, находящихся в переменном магнитном поле, возникает индуктивная электродвижущая сила (э. д.

с.).

Магнитное поле

В соответствии с вышесказанным мы можем дать следующее определение магнитного поля.

Магнитным полем называется одна из двух сторон электромагнитного поля, возбуждаемая электрическими зарядами движущихся частиц и изменением электрического поля и характеризующаяся силовым воздействием на движущиеся зараженные частицы, а стало быть, и на электрические токи.

Рисунок 1. Магнитное поле вокруг проводника с током
Рисунок 2. Направление магнитных индукционных линий

Если продеть через картон толстый проводник и пропустить по нему электрический ток, то стальные опилки, насыпанные на картон, расположатся вокруг проводника по концентрическим окружностям, представляющим собой в данном случае так называемые магнитные индукционные линии (рисунок 1). Мы можем передвигать картон вверх или вниз по проводнику, но расположение стальных опилок не изменится. Следовательно, магнитное поле возникает вокруг проводника по всей его длине.

Если на картон поставить маленькие магнитные стрелки, то, меняя направление тока в проводнике, можно увидеть, что магнитные стрелки будут поворачиваться (рисунок 2). Это показывает, что направление магнитных индукционных линий меняется с изменением направления тока в проводнике.

Магнитные индукционные линии вокруг проводника с током обладают следующими свойствами: 1) магнитные индукционные линии прямолинейного проводника имеют форму концентрических окружностей; 2) чем ближе к проводнику, тем гуще располагаются магнитные индукционные линии; 3) магнитная индукция (интенсивность поля) зависит от величины тока в проводнике; 4) направление магнитных индукционных линий зависит от направления тока в проводнике.

Чтобы показать направление тока в проводнике, изображенном в разрезе, принято условное обозначение, которым мы в дальнейшем будем пользоваться. Если мысленно поместить в проводнике стрелку по направлению тока (рисунок 3), то в проводнике, ток в котором направлен от нас, увидим хвост оперения стрелы (крестик); если же ток направлен к нам, увидим острие стрелы (точку).

Рисунок 3. Условное обозначение направления тока в проводниках

Правило буравчика

Правило буравчика позволяет определить направление магнитных индукционных линий вокруг проводника с током. Если буравчик (штопор) с правой резьбой будет двигаться поступательно по направлению тока, то направление вращения ручки будет совпадать с направлением магнитных индукционных линий вокруг проводника (рисунок 4).

Магнитная стрелка, внесенная в магнитное поле проводника с током, располагается вдоль магнитных индукционных линий. Поэтому для определения ее расположения можно также воспользоваться «правилом буравчика» (рисунок 5). Магнитное поле есть одно из важнейших проявлений электрического тока и не может быть получено независимо и отдельно от тока.

Рисунок 4. Определение направления магнитных индукционных линий вокруг проводника с током по «правилу буравчика» Рисунок 5. Определение направления отклонений магнитной стрелки, поднесенной к проводнику с током, по «правилу буравчика»

Магнитная индукция

Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции, который имеет, следовательно, определенную величину и определенное направление в пространстве.

Рисунок 6. К закону Био и Савара

Количественное выражение для магнитной индукции в результате обобщения опытных данных установлено Био и Саваром (рисунок 6).

Измеряя по отклонению магнитной стрелки магнитные поля электрических токов различной величины и формы, оба ученых пришли к выводу, что всякий элемент тока создает на некотором расстоянии от себя магнитное поле, магнитная индукция которого ΔB прямо пропорциональна длине Δl этого элемента, величине протекающего тока I, синусу угла α между направлением тока и радиусом-вектором, соединяющим интересующую нас точку поля с данным элементом тока, и обратно пропорциональна квадрату длины этого радиус-вектора r:

где K – коэффициент, зависящий от магнитных свойств среды и от выбранной системы единиц.

В абсолютной практической рационализованной системе единиц МКСА

где µ0 – магнитная проницаемость вакуума или магнитная постоянная в системе МКСА:

µ0 = 4 × π × 10-7 (генри/метр);

генри (гн) – единица индуктивности; 1 гн = 1 ом × сек.

µ – относительная магнитная проницаемость – безразмерный коэффициент, показывающий, во сколько раз магнитная проницаемость данного материала больше магнитной проницаемости вакуума.

Размерность магнитной индукции можно найти по формуле

Вольт-секунда иначе называется вебером (вб):

На практике встречается более мелкая единица магнитной индукции – гаусс (гс):

Закон Био Савара позволяет вычислить магнитную индукцию бесконечно длинного прямолинейного проводника:

где а – расстояние от проводника до точки, где определяется магнитная индукция.

Напряженность магнитного поля

Отношение магнитной индукции к произведению магнитных проницаемостей µ × µ0 называется напряженностью магнитного поля и обозначается буквой H:

или

B = H × µ × µ0 .

Последнее уравнение связывает две магнитные величины: индукцию и напряженность магнитного поля.

Найдем размерность H:

Иногда пользуются другой единицей измерения напряженности магнитного поля – эрстедом (эр):

1 эр = 79,6 а/м ≈ 80 а/м ≈ 0,8 а/см .

Напряженность магнитного поля H, как и магнитная индукция B, является векторной величиной.

Линия, касательная к каждой точке которой совпадает с направлением вектора магнитной индукции, называется линией магнитной индукции или магнитной индукционной линией.

Магнитный поток

Произведение магнитной индукции на величину площадки, перпендикулярной направлению поля (вектору магнитной индукции), называется потоком вектора магнитной индукции или просто магнитным потоком и обозначается буквой Ф:

Ф = B × S .

Размерность магнитного потока:

то есть магнитный поток измеряется в вольт-секундах или веберах.

Более мелкой единицей магнитного потока является максвелл (мкс):

1 вб = 108 мкс.
1 мкс = 1 гс × 1 см2.

1. Гипотеза Ампера

1. Гипотеза Ампера

2. Магнетизм и электромагнетизм

Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/537-the-magnetic-field-of-a-straight-current-carrying-conductor.html

Магнетизм для чайников: основные формулы, определение, примеры

Часто бывает, что задачу не удается решить из-за того, что под рукой нет нужной формулы. Выводить формулу с  самого начала – дело не самое быстрое, а у нас на счету каждая минута.

Ниже мы собрали вместе основные формулы по теме «Электричество и Магнетизм». Теперь, решая задачи, вы сможете пользоваться этим материалом как справочником, чтобы не терять время на поиски нужной информации.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Магнетизм: определение

Магнетизм – это взаимодействие движущихся электрических зарядов, происходящее посредством магнитного поля.

Поле – особая форма материи. В рамках стандартной модели существует электрическое, магнитное, электромагнитные поля, поле ядерных сил, гравитационное поле и поле Хиггса. Возможно, есть и другие гипотетические поля, о которых мы пока что можем только догадываться или не догадываться вовсе. Сегодня нас интересует магнитное поле.

Взаимодействие токов

Рассмотрим два случая. Первый – ток течет по прямому проводу. Второй – по круговому витку. Как мы знаем, ток создает магнитное поле.

В первом случае магнитная индукция провода с током I на расстоянии R от него считается по формуле:

Мю – магнитная проницаемость вещества, мю с индексом ноль – магнитная постоянная.

Во втором случае магнитная индукция в центре кругового витка с током равна:

Также при решении задач может пригодиться формула для магнитного поля внутри соленоида. Соленоид – это катушка, то есть множество круговых витков с током.

Пусть их количество – N, а длина самого соленоилда – l. Тогда поле внутри соленоида вычисляется по формуле:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Магнитный поток и ЭДС

Если магнитная индукция – векторная характеристика магнитного поля, то магнитный поток – скалярная величина, которая также является одной из самых важных характеристик поля. Представим, что у нас есть какая-то рамка или контур, имеющий определенную площадь. Магнитный поток показывает, какое количество силовых линий проходит через единицу площади, то есть характеризует интенсивность поля. Измеряется в Веберах (Вб) и обозначается Ф.

S – площадь контура, альфа – угол между нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура и вектором В.

При изменении магнитного потока через контур в контуре индуцируется ЭДС, равная скорости изменения магнитного потока через контур. Кстати, подробнее о том, что такое электродвижущая сила, вы можете почитать в еще одной нашей статье.

По сути формула выше – это формула для закона электромагнитной индукции Фарадея. Напоминаем, что скорость изменения какой-либо величины есть не что иное, как ее производная по времени.

Для магнитного потока и ЭДС индукции также справедливо обратное. Изменение тока в контуре приводит к изменению магнитного поля и, соответственно, к изменению магнитного потока. При этом возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует изменению тока в контуре. Магнитный поток, который пронизывает контур с током, называется собственным магнитным потоком, пропорционален силе тока в контуре и вычисляется по формуле:

L – коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью, который измеряется в Генри (Гн). На индуктивность влияют форма контура и свойства среды. Для катушки с длиной l и с числом витков N индуктивность рассчитывается по формуле:

Формула для ЭДС самоиндукции:

Энергия магнитного поля

Электроэнергия, ядерная энергия, кинетическая энергия. Магнитная энергия – одна из форм энергии. В физических задачах чаще всего нужно рассчитывать энергию магнитного поля катушки. Магнитная энергия катушки с током I и индуктивностью L равна:

Объемная плотность энергии поля:

Конечно, это не все основные формулы раздела физики «электричество и магнетизм», однако они часто могут помочь при решении стандартных задач и расчетах. Если же вам попалась задача со звездочкой, и вы никак не можете подобрать к ней ключ, упростите себе жизнь и обратитесь за решением в сервис студенческой помощи.

Источник: https://Zaochnik.ru/blog/magnetizm-dlya-chajnikov-osnovnye-formuly-kotorye-prigodyatsya-pri-reshenii-zadach/

Направление магнитного поля

Перемещающийся электрический заряд, помимо электрического поля, порождает магнитное поле. Этот особый вид поля проявляется при воздействии на магнит (например, магнитную стрелку), проводник с током, заряд, находящийся в движении. На проводники с током, магнитную стрелку магнитное поле способно оказывать ориентирующее действие.

С целью наглядности в изображении магнитных полей пользуются линиями магнитной индукции (силовыми линиями) полей. Данные линии являются непрерывными. Это принципиальная отличительная черта магнитного поля от потенциального электрического поля. Магнитное поле — это вихревое (или соленоидальное) поле. До настоящего времени магнитные заряды не обнаружены.

Замечание 1

Электростатическое поле является потенциальным. Его силовые линии начинаются на зарядах со знаком плюс и оканчиваются на отрицательных зарядах.

Вектор индукции магнитного поля

Так сложилось, что силовую характеристику магнитного поля назвали индукцией, а не напряженностью, как у электрического поля.

  • Курсовая работа 420 руб.
  • Реферат 270 руб.
  • Контрольная работа 190 руб.

Индукцией магнитного поля ($\vec{B}$) называют векторную физическую величину, которую вводят при рассмотрении воздействия магнитного поля на элементарную (пробную) рамку с током.

Замечание 2

Малая рамка с током (пробная рамка) является аналогом пробного заряда в электростатике.

Требования, которые предъявляют к пробной рамке с током:

  • Маленькие размеры этого витка с током, которые давали бы возможность делать выводы о свойствах магнитного поля в «точке».
  • Сила тока в рамке не должна быть большой, поскольку не должно быть существенным влияние этого тока на источники магнитного поля.
  • В соответствии с определением, направление вектора магнитной индукции должно совпасть с ориентацией нормали к «свободному» пробному витку с током, который пришел в состояние покоя в магнитном поле.

Направлением нормали ($\vec{n}$) к плоскости витка с током, считают такое направление, по которому станет поступательно двигаться правый винт, при вращении его головки по току в витке (рис.1).

Рисунок 1. Направление магнитного поля. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При повороте рамки на некоторый угол от положения равновесия, на рамку будет оказывать действие момент сил, величина которого зависит от:

$M\sim IS\sin {\alpha \, \left( 1 \right),}$

где $I$ – сила тока в витке; $S$ – площадь витка с током; $\alpha$ – угол поворота.

Момент сил, приложенный к рамке, будет наибольшим тогда, когда плоскость витка будет перепендикулярна линиям поля:

$M_{max}\sim IS\left( 2 \right)$

Характеризовать магнитное поле в месте расположения рамки можно следующим отношением:

$B=\frac{M_{max}}{IS}\left( 3 \right)$.

Отношение (3) принимают за величину вектора магнитной индукции.

Итак, количественной характеристикой магнитного поля в точке является модуль вектора магнитной индукции. Но, как уже отмечалось, магнитная индукция – векторная величина, следовательно, она имеет направление. Если говорят о направлении магнитного поля, то имеют в виду направление векторов магнитной индукции в каждой точке этого поля.

При расчете магнитных полей, которые создаются токами, необходимо принимать во внимание то, что отдельные участки тока могут создавать разные поля в одной точке пространства и следует учесть совместное действие этих полей.

Магнитная индукция удовлетворяет принципу суперпозиции:

Магнитная индукция, создаваемая несколькими проводниками с токами, равна векторной сумме индукций полей в рассматриваемой точке поля.

Силовые линии магнитного поля

Определение 1

Линии магнитной индукции (силовые линии магнитного поля) – это кривые, при помощи которых проводят визуализацию магнитного поля. Данные линии направлены так, что в любой точке поля их направление совпадает с направлением вектора магнитной индукции в этой точке. Вектор магнитной индукции является касательной к силовой линии в рассматриваемой точке поля.

Картину линий магнитной индукции можно «проявить», если использовать мелкие железные опилки. Эти опилки в магнитном поле располагаются по силовым линиям поля, так как магнитное поле их намагничивает и, воздействуя на них, ориентирует как магнитные стрелки.

Рассмотрим, каково направление магнитного поля, если его создает прямой, длинный проводник с током. Эмпирически (из опытов с контуром или магнитной стрелкой) получено, что линии магнитной индукции в нашем случае – это концентрические окружности, расположенные в плоскости, нормальной к проводнику. Центры силовых линий лежат на оси проводника.

Как и для электрического поля, густота линий магнитной индукции говорит о величине вектора магнитной индукции в исследуемой точке поля. На рис.2 плотность концентрических окружностей увеличивается к оси провода.

Направления вектора (соответственно направление магнитного поля) задано вектором магнитной индукции. В избранной точке поля, это будет касательная к силовой линии, направление которой совпадает с направлением линии магнитной индукции (рис.2).

Рисунок 2. Направление магнитного поля. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Закон Био — Савара – Лапласа и направление магнитного поля

Экспериментально невозможно изолировать отдельный участок тока, поэтому нельзя измерить величину магнитного поля, которое создает этот участок. Провести измерения можно только суммарной индукции магнитного поля, которая создана всеми элементарными токами проводника.

Установлен и часто используется закон Био-Савара – Лапласа, который можно применить к проводнику произвольной формы с током для вычисления величины магнитной индукции поля в вакууме:

$d\vec{B}=\mu_{0}\frac{I}{4\pi r{3}}\left[ d\vec{l}\vec{r} \right]\left( 4\right)$.

где $dl$ — элемент проводника с током ($d\vec{l}$ направлен вдоль проводника по току); $r$ – расстояние от проводника до точки наблюдения. Мы видим, что в выражении (4) имеется векторное произведение, следовательно, $d\vec{B}$ перпендикулярен плоскости, в которой находятся элемент проводника и радиус-вектор $\vec{r}$.

Конкретное направление $\vec{B}$ определено правилом правого винта, которое можно сформулировать следующим образом:

Вектор магнитной индукции имеет направление, совпадающее с направлением вращения головки винта, если его поступательное перемещение происходит по току.

Для того чтобы определить направление поля, которое создает протяженный проводник, следует векторно сложить индукции всех элементарных участков проводника, следуя принципу суперпозиции.

И так, для определения направления магнитного поля следует:

  1. При помощи правила буравчика (правила правого винта), определить направление элемента вектора магнитной индукции ($d\vec{B}$), создаваемого элементом проводника с током в избранной точке пространства.
  2. Сложить векторно элементарные векторы магнитной индукции в заданной точке поля.

Рассмотрим, каково направление магнитного поля, которое создает круговой виток с током в своем центре (рис.3).

Рисунок 3. Направление магнитного поля. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Векторы $d\vec{B}$ от всех элементов витка направлены нормально его плоскости, за плоскость чертежа. Следовательно, суммарное поле имеет такое же направление. При этом величину поля находят алгебраическим суммированием (интегрированием) отдельных $d\vec{B}_i $ от всех элементов кольцевого проводника.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/magnitnoe_pole/napravlenie_magnitnogo_polya/

КС. Магнитное поле

За направление вектора магнитной индукции принято следующие направления:

  • для магнитной стрелки (свободно вращающейся в магнитном поле) – от южного (S) полюса стрелки к северному (N) (рис. 1 а);
  • для плоского магнита: вдоль магнита – от южного (S) полюса магнита к северному (N) (рис. 1 б), по бокам магнита – от северного (N) полюса магнита к южному (S) (рис. 1 в – пунктиром показаны линии индукции);
  • между полюсами магнитов (подковообразного магнита) – от северного (N) полюса магнита к южному (S) (рис. 1 г).
  • а
  • б
  • в
  • г

Рис. 1

В данной теме для изображения векторов, перпендикулярных плоскости рисунка применяют условные обозначения: крестики и точки.

Например:

а) по проводнику течет ток (рис. 2 а);

б) в данной области существует однородное магнитное поле с индукцией \(~\vec B\) (рис. 2 б).

  • а
  • б

Рис. 2

Тогда в плоскости γ направление векторов будем изображать так, как на рисунках 3 а (окружности на данном рисунке – это сечения проводника) и 3 б.

  • а
  • б

Рис. 3

Для ориентации в трехмерном пространстве будем использовать следующие названия направлений (рис. 4 а и б): OC – «вправо»; OB – «вниз»; OD – «влево»; OA – «вверх»; OE – «к нам»; OF – «от нас». Плоскость γ лежит в плоскости листа.

  • а
  • б

Рис. 4

Для определения направления вектора магнитной индукции проводника с током применяют правило буравчика или правило правой руки:

а) для прямого проводника с током правило правой руки имеет следующий вид: большой палец правой руки, отставленный на 90°, направляем по току, тогда четыре согнутых пальца, обхватывающие проводник, укажут направление вектора магнитной индукции (рис. 5 а).

б) для витка (катушки) с током правило правой руки имеет следующий вид: четыре согнутых пальца правой руки, обхватывающей виток (катушку), направляем по току, тогда большой палец, отставленный на 90°, укажет направление вектора магнитной индукции в центре витка (рис. 5 б).

  • а
  • б

Рис. 5

Направление вектора магнитной индукции

Магнитное поле характеризуют при помощи вектора магнитной индукции ().

Если свободно вращающуюся магнитную стрелку, которая является небольшим магнитом, обладающим полюсами (северным (N) и южным(S)), поместить в магнитное поле, то она будет поворачиваться до тех пор, пока не установится определённым образом. Аналогично ведет себя рамка с током, повешенная на гибком подвесе, имеющая возможность поворачиваться. Способность магнитного поля ориентировать магнитную стрелку используют для того, чтобы определить направление вектора магнитной индукции.

Так, направлением вектора магнитной индукции считают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, которая может свободно поворачиваться в магнитном поле.

Такое же направление имеет положительная нормаль к замкнутому контуру с током. Направление положительной нормали определяют при помощи правила правого винта (буравчика): положительная нормаль направлена туда, куда поступательно перемещался бы буравчик, если бы его головку вращали по направлению течения тока в контуре.

Применяя контур с током или магнитную стрелку, можно выяснить, как направлен вектор магнитной индукции магнитного поля в любой точке.

Для определения направления вектора иногда удобно использовать так называемое правило правой руки. Его применяют следующим образом. Пытаются в воображении охватить правой рукой проводник таки образом, чтобы при этом большой палец указывал направление силы тока, тогда кончики остальных пальцев направлены так же как вектор магнитной индукции.

Частные случаи направления вектора магнитной индукции прямого тока

Если магнитное поле в пространстве создается прямолинейным проводником с током, то магнитная стрелка будет в любой точке поля устанавливаться по касательной к окружностям, центры которых лежат на оси проводника, а плоскости перпендикулярны проводу.

При этом направление вектора магнитной индукции определим, используя правило правого винта. Если винт вращать так, что он будет поступательно двигаться по направлению силы тока в проводе, то вращение головки винта совпадает с направлением вектора . На рис.

1 направлен от нас, перпендикулярно плоскости рисунка.

Ориентируясь на местности при помощи компаса, мы каждый раз проводим опыт по определению направления вектора Земного поля.

Пусть в магнитном поле движется заряженная частица, тогда на нее действует сила Лоренца (), которая определена как:

где q – заряд частицы; – вектор скорости частицы. Сила Лоренца и вектор магнитной индукции всегда взаимно перпендикулярны. Для заряда большего нуля (), тройка векторов и связана правилом правого винта (рис.2).

Линии магнитного поля и направление вектора B

Визуализировать картину магнитного поля можно при помощи линий магнитной индукции. Линиями магнитной индукции поля называют линий, для которых касательными в любой точке являются векторы магнитной индукции рассматриваемого поля.

Для прямого проводника с током линиями магнитной индукции являются концентрические окружности, плоскости их перпендикулярны проводнику, центры на оси провода. Специфика линий магнитного поля заключена в том, что они бесконечны и являются всегда замкнутыми (или уходящими в бесконечность).

Это означает, что магнитное поле является вихревым.

Принцип суперпозиции вектора B

Если магнитное поле создано не одним, а совокупностью токов или движущихся зарядов, то оно находится как векторная сумма отдельных полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом отдельно. В виде формулы принцип суперпозиции записывают как:

Или:

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/fizika/napravlenie-vektora-magnitnoj-indukcii/

Вектор магнитной индукции: формула

Один из параметров магнитного поля – его силовая характеристика. Она обозначает, с какой силой поле влияет на движущиеся в нём заряженные частицы. Это значение из разряда векторных величин, носит название магнитная индукция B→.

Индукция B→ проводника с током и соленоида

Физический смысл магнитной индукции (МИ)

Возможность действовать на предмет магнитным полем (МП) определяет сущность настоящей индукции. Она появляется в момент перемещения в катушке индуктивности магнита постоянной природы. Результатом такого движения является появление тока, с одновременным увеличением магнитного потока. Поскольку обмотка у катушки металлическая, а структура металла – кристаллическая решётка, то можно объяснить физические свойства этого явления.

Электроны, находящиеся в этой решётке, при отсутствии магнитного воздействия находятся в покое. Движения никакого нет. Оно начинается в тот момент, когда электроны попадают под воздействие переменного МП (поле изменяется при перемещении постоянного магнита).

Значение возникающего в катушке тока зависит от диаметра жилы и количества витков, физических характеристик магнита и скорости его движения.

Единица размерности в системе Си рассматриваемой характеристики – тесла. Она обозначается буквами Тл.

Важно! Электроны в решётке, после попадания катушки в МП, разворачиваются под некоторым углом и выстраиваются вдоль силовых линий МП. Количество ориентированных частиц и однородность их размещения зависимы от величины поля.

Вектор  – это вектор индукции магнитного поля (градиентный параметр МП).

Вектор магнитной индукции

Направление вектора МИ

Направление магнитных полей может указать стрелка магнита, помещаемая в эти поля. Она будет крутиться до тех пор, пока не остановится. Северный конец стрелки покажет, куда ориентирован B→ орт того или иного поля.

Таким же образом ведёт себя рамка с током, имеющая возможность без помех ориентироваться в МП. Направленность вектора индукции указывает ориентацию нормали к такому замкнутому электромагнитному контуру.

Внимание! Здесь используют правило буравчика (правого винта). Если винт вращать так, как направлен ток в рамке, то поступательное продвижение винта совпадёт с направлением положительной нормали.

В некоторых случаях, чтобы найти направление, применяют правило правой руки.

Определение направления B→

Наглядное отображение линий МИ

Линию, к которой можно провести касательную, совпадающую с B→, называют линией магнитной индукции (МИ). С помощью таких линий можно визуально отобразить магнитное поле. Это сомкнутые контурные чёрточки, которые охватывают токи. Их густота всегда пропорциональна величине B→ в конкретной точке МП.

Информация. Когда имеют дело с МП прямого движения заряженных частиц, то эти линии изображаются в виде концентрических окружностей. Они имеют свой центр, расположенный на прямой линии с током, и находятся в плоскостях, расположенных под прямым углом к нему.

С направлением магнитных линий также можно определиться, пользуясь правилом буравчика.

Графическое обозначение линий МИ

Модуль вектора магнитной индукции

Напряженность электрического поля

Чтобы определить величину вектора МИ, нужно узнать его модуль. Как определяется модуль вектора магнитной индукции (градиент)? Это можно понять на примере небольшой модели.

Если поместить в поле подковообразного магнита горизонтально подвешенный проводник, то МП магнита будет действовать только на участок, расположенный в междуполюсном промежутке. Сила F→, действующая на этот участок, будет направлена под прямым углом к линиям индукции и самому проводнику.

Она достигает своего максимума, когда орт МИ располагается перпендикулярно проводнику.

Значение модуля B→ будет равно отношению максимального значения этой силы F к произведению длины отрезка ∆L на силу движения зарядов (I), а именно:

B = Fm/I*∆L.

Электрическая модель для определения модуля B→

Основные формулы для вычисления вектора МИ

Вектор магнитной индукции, формула которого B = Fm/I*∆L, можно находить, применяя другие математические вычисления.

Закон Био-Савара-Лапласа

Описывает правила нахождения B→ магнитного поля, которое создаёт постоянный электроток. Это экспериментально установленная закономерность. Био и Савар в 1820 году выявили её на практике, Лапласу удалось сформулировать. Этот закон является основополагающим в магнитостатике.

При практическом опыте рассматривался неподвижный провод с малым сечением, через который пропускали электроток. Для изучения выбирался малый участок провода, который характеризовался вектором dl.

Его модуль соответствовал длине рассматриваемого участка, а направление совпадало с направлением тока.

Интересно. Лаплас Пьер Симон предложил считать током даже движение одного электрона и на этом утверждении, с помощью данного закона, доказал возможность определения МП продвигающегося точечного заряда.

Согласно этому физическому правилу, каждый сегмент dl проводника, по которому протекает электрический ток I, образовывает в пространстве вокруг себя на промежутке r и под углом α магнитное поле dB:

dB = µ0 *I*dl*sin α /4*π*r2,

где:

  • dB – магнитная индукция, Тл;
  • µ0 = 4 π*10-7 – магнитная постоянная, Гн/м;
  • I – сила тока, А;
  • dl – отрезок проводника, м;
  • r – расстояние до точки нахождения магнитной индукции, м;
  • α – угол, образованный r и вектором dl.

Важно! Согласно закону Био-Савара-Лапласа, суммируя векторы магнитных полей отдельных секторов, можно определить МП нужного тока. Оно будет равно векторной сумме.

Существуют формулы, описывающие этот закон для отдельных случаев МП:

  • поля прямого перемещения электронов;
  • поля кругового движения заряженных частиц.

Формула для МП первого типа имеет вид:

В = µ* µ0*2*I/4*π*r.

Для кругового движения она выглядит так:

В = µ*µ0*I/4*π*r.

В этих формулах µ – это магнитная проницаемость среды (относительная).

Рассматриваемый закон вытекает из уравнений Максвелла. Максвелл вывел два уравнения для МП, случай, где электрическое поле постоянно, как раз рассматривают Био и Савар.

Принцип суперпозиции

Для МП существует принцип, согласно которому общий вектор магнитной индукции в определённой точке равен векторной сумме всех векторов МИ, созданных разными токами в данной точке:

B→= B1→+ B2→+ B3→ + Bn→

Теорема о циркуляции

Изначально в 1826 году Андре Ампер сформулировал данную теорему. Он разобрал случай с постоянными электрическими полями, его теорема применима к магнитостатике. Теорема гласит: циркуляция МП постоянного электричества по любому контуру соразмерна сумме сил всех токов, которые пронизывают этот контур.

Стоит знать! Тридцать пять лет спустя Д. Максвелл обобщил это утверждение, проведя параллели с гидродинамикой.

Другое название теоремы – закон Ампера, описывающий циркуляцию МП.

Математически теорема записывается следующим образом.

Математическая формула теоремы о циркуляции

где:

  • B→– вектор магнитной индукции;
  • j→ – плотность движения электронов.

Это интегральная форма записи теоремы. Здесь в левой части интегрируют по некоторому замкнутому контуру, в правой части – по натянутой поверхности на полученный контур.

Наглядное отображение линий магнитной индукции

Для того чтобы наглядно увидеть линии индукции магнитного поля, есть два способа:

  • Использовать компас. При этом поле стрелки взаимодействует с магнитом или проводником с током. В точке, в которой измеряется это направление, она располагается по направлению вектора индукции. Северным считается то, в которое будет направлен конец стрелки, обозначенный «N». При движении компаса вокруг прибора её направление будет меняться вместе с изменением направления силовых линий;
  • Поместить провод или катушку под лист бумаги или стекло, а сверху насыпать железные опилки. Проводники можно также пропустить сквозь бумагу. При этом опилки расположатся вдоль силовых линий поля. Этот опыт демонстрирует также взаимодействие двух магнитов.

Вектор магнитной индукции

Все физические параметры делятся на две группы:

  • Скалярные. Это такие величины, которые не имеют направления: вес, объём, электрическое напряжение или ток;
  • Векторные. Это параметры, имеющие направление: скорость, ускорение или инерция.

Магнитная индукция – это векторная величина. Её направленность совпадает с касательной к линиям поля. Форма и направление линий индукции зависят от проводника.

Направление магнитной индукции

В прямом проводнике поле имеет форму кругов, перпендикулярно которых проходит этот проводник, а его центр совпадает с ними. Чем ближе к центру, тем больше силовых линий проходит через точку пространства и сильнее поле. Его направление определяется по правилу правой руки.

Если провод свернуть в кольцо, то поле приобретает форму тора (бублика). Если витков много, и длина превышает диаметр катушки, то внутри неё силовые линии идут равномерно и параллельно. Магнитные свойства этого прибора аналогичны постоянному магниту.

Если обмотку намотать на сердечник, изготовленный из материала с высокой магнитопроницаемостью, то получится электромагнит, форма которого зависит от сердечника: плоский, квадратный или подковообразный.

Направление магнитного поля, идущего через такие устройства, можно найти по правилу буравчика.

Модуль вектора

Вектор, кроме величины, имеет модуль, или размер, – это показатель, характеризующий численное значение параметра. Если сама магнитная индукция обозначается В, направленность – B→, то модуль обозначается |B|. Этот параметр зависит от тока и расстояния до проводника. Для определения модуля выражение имеет вид |В|=k*(I/r), где:

  • k – коэффициент. Он зависит от конкретных условий. В катушке с магнитопроницаемым сердечником и большим количеством витков коэффициент больше, чем в прямом отрезке провода;
  • I – сила тока. Чем она больше, тем сильнее создаваемое им поле и больше величина вектора;
  • r – расстояние от места измерения до катушки или проводника. Чем ближе к магниту, тем плотнее расположены силовые линии, и больше модуль.

Рядом расположенные провода или катушки с электротоком влияют друг на друга. Сила этого взаимодействия находится по формуле:

F=|B|*I*l, где l – длина проводов.

Если эту формулу преобразовать по законам алгебры, чтобы определить вектор магнитной индукции, она примет следующий вид:

|B|=(F/(I*l).

С её помощью можно рассчитать величину вектора, зная силу взаимного влияния, силу тока и длину проводов.

Интересно. Это взаимодействие можно увидеть при изменении силы сварочного тока в проходящих рядом кабелях.

Направление вектора магнитной индукции можно определить

По двум тонким прямым проводникам, параллельным друг другу, текут одинаковые токи I (см. рисунок). Как направлен вектор индукции создаваемого ими магнитного поля в точке С?

Век­тор маг­нит­ной ин­дук­ции в точке C есть сумма век­то­ров маг­нит­ной ин­дук­ции от двух про­вод­ни­ков. Со­глас­но пра­ви­лу пра­вой руки: «Если от­ве­ден­ный в сто­ро­ну боль­шой палец пра­вой руки рас­по­ло­жить по на­прав­ле­нию тока, то на­прав­ле­ние об­хва­та про­во­да че­тырь­мя паль­ца­ми по­ка­жет на­прав­ле­ние линий маг­нит­ной ин­дук­ции».

Сле­до­ва­тель­но, век­тор маг­нит­ной ин­дук­ции от ниж­не­го про­вод­ни­ка на­прав­лен в точке C от нас, а век­тор маг­нит­ной ин­дук­ции от верх­не­го про­вод­ни­ка — к нам. Од­на­ко мо­дуль век­то­ра маг­нит­ной ин­дук­ции осла­бе­ва­ет по мере уда­ле­ния от про­вод­ни­ка.

Таким об­ра­зом, сум­мар­ный век­тор маг­нит­ной ин­дук­ции в точке C на­прав­лен к нам.

На­прав­ле­ние поля можно ис­кать, ис­поль­зуя также пра­ви­ло бу­рав­чи­ка: «Если на­прав­ле­ние по­сту­па­тель­но­го дви­же­ния бу­рав­чи­ка (винта) сов­па­да­ет с на­прав­ле­ни­ем тока в про­вод­ни­ке, то на­прав­ле­ние вра­ще­ния ручки бу­рав­чи­ка сов­па­да­ет с на­прав­ле­ни­ем век­то­ра маг­нит­ной ин­дук­ции поля, со­зда­ва­е­мо­го этим током».

Пра­виль­ный ответ ука­зан под но­ме­ром 1.

Один из параметров магнитного поля – его силовая характеристика. Она обозначает, с какой силой поле влияет на движущиеся в нём заряженные частицы. Это значение из разряда векторных величин, носит название магнитная индукция B→.

III. Основы электродинамики

Уже в VI в. до н.э. в Китае было известно, что некоторые руды обладают способностью притягиваться друг к другу и притягивать железные предметы. Куски таких руд были найдены возле города Магнесии в Малой Азии, поэтому они получили название магнитов.

Посредством чего взаимодействуют магнит и железные предметы? Вспомним, почему притягиваются наэлектризованные тела? Потому что около электрического заряда образуется своеобразная форма материи — электрическое поле. Вокруг магнита существует подобная форма материи, но имеет другую природу происхождения (ведь руда электрически нейтральна), ее называют магнитным полем.

Для изучения магнитного поля используют прямой или подковообразный магниты. Определенные места магнита обладают наибольшим притягивающим действием, их называют полюсами (северный и южный). Разноименные магнитные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Для силовой характеристики магнитного поля используют вектор индукции магнитного поля B. Магнитное поле графически изображают при помощи силовых линий (линии магнитной индукции). Линии являются замкнутыми, не имеют ни начала, ни конца. Место, из которого выходят магнитные линии — северный полюс (North), входят магнитные линии в южный полюс (South).

Магнитное поле можно сделать «видимым» с помощью железных опилок.

Магнитное поле проводника с током

А теперь о том, что обнаружили Ханс Кристиан Эрстед и Андре Мари Ампер в 1820 г. Оказывается, магнитное поле существует не только вокруг магнита, но и любого проводника с током. Любой провод, например, шнур от лампы, по которому протекает электрический ток, является магнитом! Провод с током взаимодействует с магнитом (попробуйте поднести к нему компас), два провода с током взаимодействуют друг с другом.

Силовые линии магнитного поля прямого тока — это окружности вокруг проводника.

Направление вектора магнитной индукции

Направление магнитного поля в данной точке можно определить как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенного в эту точку.

Направление линий магнитной индукции зависит от направления тока в проводнике.

Определяется направление вектора индукции по правилу буравчика или правилу правой руки.

Магнитное поле Земли

Земля является не только большим отрицательным зарядом и источником электрического поля, но в то же время магнитное поле нашей планеты подобно полю прямого магнита гигантских размеров.

Географический юг находится недалеко от магнитного севера, а географический север приближен к магнитному югу. Если компас разместить в магнитном поле Земли, то его северная стрелка ориентируется вдоль линий магнитной индукции в направлении южного магнитного полюса, то есть укажет нам, где располагается географический север.

Характерные элементы земного магнетизма весьма медленно изменяются с течением времени — вековые изменения. Однако время от времени происходят магнитные бури, когда в течение нескольких часов магнитное поле Земли сильно искажается, а затем постепенно возвращается к прежним значениям. Такое резкое изменение влияет на самочувствие людей.

Магнитное поле Земли является «щитом», прикрывающего нашу планету от частиц, проникающих из космоса («солнечного ветра»). Вблизи магнитных полюсов потоки частиц подходят гораздо ближе к поверхности Земли. При мощных солнечных вспышках магнитосфера деформируется, и эти частицы могут переходить в верхние слои атмосферы, где сталкиваются с молекулами газа, образуются полярные сияния.

Применение магнитного поля

Частицы диоксида железа на магнитной пленке хорошо намагничиваются в процессе записи.

Поезда на магнитной подушке скользят над поверхностью совершенно без трения. Поезд способен развивать скорость до 650 км/ч.

Работа головного мозга, пульсация сердца сопровождается электрическими импульсами. При этом в органах возникает слабое магнитное поле.

Источник: http://fizmat.by/kursy/magnetizm/magnit_pole

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрогенератор
Для чего нужен термистор

Закрыть