Физика

Магнитное поле создается постоянными магнитами, движущимися зарядами (токами) и характеризуется вектором магнитной индукции $\overrightarrow{B}$.

Магнитное поле — форма материи, посредством которой осуществляется магнитное взаимодействие между движущимися зарядами (токами).

Магнитная индукция — векторная физическая величина, модуль которой равен максимальному вращающему моменту, действующему на рамку с током, деленному на модуль магнитного момента этой рамки:

$B=\frac{M_{\text{max}}}{P_m}$,

где M _max — модуль максимального вращающего момента; P _m  — модуль магнитного момента рамки с током.

Направления векторов $\overrightarrow{B}$, ${\overrightarrow{M}}_{\text{max}}$ и ${\overrightarrow{P}}_m$ связаны правилом правого винта. В Международной системе единиц магнитная индукция измеряется в теслах (1 Тл).

Силовые линии магнитного поля — линии вектора магнитной индукции $\overrightarrow{B}$; с помощью силовых линий производится изображение магнитного поля. Силовые линии магнитного поля являются замкнутыми.

Магнитный момент контура с током — векторная физическая величина, модуль которой равен произведению силы тока в контуре на площадь, ограниченную этим контуром:

P _m = IS,

где I — сила тока в контуре; S — площадь, ограниченная этим контуром.

Направление вектора магнитного момента ${\overrightarrow{P}}_m$ связано с направлением тока правилом правого винта. В Международной системе единиц магнитный момент измеряется в амперах, умноженных на квадратный метр (1 A ⋅ м²).

Механический вращающий момент, действующий на рамку с током, помещенную в магнитное поле, — векторное произведение магнитного момента на индукцию магнитного поля:

$\overrightarrow{M}=\left[{\overrightarrow{P}}_m,\overrightarrow{B}\right]$,

где ${\overrightarrow{P}}_m$ — магнитный момент рамки с током; $\overrightarrow{B}$ — вектор индукции магнитного поля.

Магнитное поле оказывает ориентирующее действие на рамку с током. Направление механического вращающего момента $\overrightarrow{M}$ определяется правилом правого винта.

Поток вектора магнитной индукции через некоторую площадку — скалярная физическая величина, равная скалярному произведению вектора магнитной индукции $\overrightarrow{B}$ на вектор $\overrightarrow{S}$:

$\text{Ф}=\overrightarrow{B}\cdot \overrightarrow{S}=BS\cos \alpha$,

где $\overrightarrow{S}=S\cdot \overrightarrow{n}$; $\overrightarrow{n}$ — единичный вектор нормали (перпендикуляра) к площадке; α — угол между векторами $\overrightarrow{B}$ и $\overrightarrow{S}$.

В Международной системе единиц поток измеряется в веберах (1 Вб).

Магнитный поток, сцепленный с контуром, — скалярная физическая величина, равная произведению индуктивности контура на силу тока в данном контуре:

Ф _s = LI,

где L — индуктивность контура.

В Международной системе единиц поток, сцепленный с контуром, также измеряется в веберах (1 Вб).

Индуктивность контура — скалярная физическая величина, равная отношению потока, сцепленного с данным контуром, к силе тока в нем:

$L=\frac{{\text{Ф}}_s}{I}$,

где Ф _s  — поток, сцепленный с контуром.

В Международной системе единиц индуктивность измеряется в генри (1 Гн).

Индуктивность является собственной характеристикой данного контура; она определяется его геометрическими размерами и формой, а также магнитными свойствами среды, в которую помещен этот контур.

Явление электромагнитной индукции заключается в появлении вихревого электрического поля и, как следствие, индукционного тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего площадку, ограниченную данным контуром.

Явление самоиндукции состоит в появлении индукционного тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, сцепленного с данным контуром.

Закон Фарадея: ЭДС электромагнитной индукции (самоиндукции) в контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром:

${ℰ}_i=-\underset{\Delta t\to 0}{\lim }\frac{\Delta \text{Ф}}{\Delta t}$,

где ΔФ/Δt — скорость изменения магнитного потока; наличие минуса объясняется правилом Ленца.

Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен таким образом, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток.