Физика

Магнитное поле создается постоянными магнитами и движущимися зарядами (токами) и изображается с помощью силовых линий.

Силовые линии магнитного поля — линии вектора магнитной индукции $\overrightarrow{B}$; силовые линии проводят таким образом, чтобы в каждой точке пространства, занятого полем, вектор магнитной индукции $\overrightarrow{B}$ был направлен по касательной к силовой линии поля (рис. 9.1).

Величина и направление вектора магнитной индукции $\overrightarrow{B}$ определяются видом объекта, создающего магнитное поле.

Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты. На рис. 9.2 показаны силовые линии магнитного поля, образованного постоянными магнитами. Они «начинаются» на северном полюсе магнита (N) и «заканчиваются» на южном полюсе (S).

Магнитная стрелка, помещенная в магнитное поле, всегда указывает на север, т.е. устанавливается по направлению вектора магнитной индукции $\overrightarrow{B}$.

Заряд, движущийся с постоянной скоростью, создает в любой точке окружающего пространства магнитное поле (рис. 9.3), модуль индукции которого определяется формулой

$B=\frac{{\mu }_0\mu qv\sin \alpha }{4\pi r^2}$,

где µ₀ — магнитная постоянная, µ₀ = 4π ⋅ 10⁻⁷ Гн/м; µ — магнитная проницаемость среды; q — заряд, образующий поле; v — модуль его скорости; α — угол между векторами $\overrightarrow{v}$ и $\overrightarrow{r}$ (векторы показаны на рисунке); r — расстояние от заряда до той точки, в которой определяется магнитное поле (на рисунке точка M).

Для воздуха и вакуума магнитная проницаемость среды считается равной единице:

µ = 1.

Направление вектора индукции магнитного поля $\overrightarrow{B}$, созданного движущимся зарядом, определяется правилом правого винта, т.е. совпадает с поступательным движением правого винта при вращении его рукоятки от вектора $\overrightarrow{v}$ к вектору $\overrightarrow{r}$ по наименьшему углу.

Прямой проводник с током (бесконечной длины) создает в любой точке пространства магнитное поле (рис. 9.4), модуль индукции которого определяется формулой

$B=\frac{{\mu }_0\mu I}{2\pi r}$,

где µ₀ — магнитная постоянная, µ₀ = 4π ⋅ 10^–7 Гн/м; µ — магнитная проницаемость среды; I — сила тока в проводнике; r — расстояние от проводника до той точки, в которой определяется магнитное поле (на рисунке точка M).

Силовые линии магнитного поля, образованного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, центры которых находятся на проводнике.

Направление вектора индукции магнитного поля $\overrightarrow{B}$, созданного прямым проводником с током, определяется правилом правого винта, т.е. совпадает с направлением вращения рукоятки правого винта при совпадении его поступательного движения с направлением тока в проводнике.

Круговой проводник с током создает в центре витка магнитное поле (рис. 9.5), модуль индукции которого определяется формулой

$B=\frac{{\mu }_0\mu I}{2r}$,

где µ₀ — магнитная постоянная, µ₀ = 4π ⋅ 10⁻⁷ Гн/м; µ — магнитная проницаемость среды; I — сила тока в проводнике; r — радиус витка.

Направление вектора индукции магнитного поля $\overrightarrow{B}$, созданного круговым проводником с током, в его центре определяется правилом правого винта, т.е. совпадает с поступательным движением правого винта при вращении его рукоятки по направлению тока в проводнике.

Бесконечно длинный соленоид ( катушка с током) создает в пространстве, заключенном внутри катушки, магнитное поле (рис. 9.6), модуль индукции которого определяется формулой

$B={\mu }_0\mu I\frac{N}{l}$,

где µ₀ — магнитная постоянная, µ₀ = 4π ⋅ 10⁻⁷ Гн/м; µ — магнитная проницаемость среды; I — сила тока в катушке; N/l — число витков на единице длины; N — число витков в катушке; l — длина катушки.

Поле бесконечно длинного соленоида является однородным и локализованным во внутреннем пространстве катушки; с хорошим приближением можно считать, что в пространстве, окружающем катушку, магнитное поле отсутствует.

Поле короткой катушки неоднородно и локализовано не только во внутреннем пространстве катушки, но и снаружи нее; силовые линии короткой катушки показаны на рис. 9.7.

Направление вектора индукции магнитного поля $\overrightarrow{B}$ соленоида (катушки) связано с направлением тока правилом правого винта, т.е. совпадает с поступательным движением правого винта при вращении его рукоятки по направлению тока в катушке.