Постоянное магнитное поле
- Свойства магнитного поля
- Магнитное поле движимого заряда. Магнитная постоянная. Виток с током. Принцип суперпозиции
Магнитное поле это одно из разновидностей (форм) электромагнитного поля, воздействующего на движимые поля с электрозарядом или намагниченные тела в любом состоянии.
Источники магнитного поля - это постоянные электротоки, движущиеся электрозаряды, намагниченные тела и переменные электрополя. Постоянное магнитное поле исходит от постоянных токов.
Свойства магнитного поля
В прошлом, когда еще только искали ответы на вопросы, чем создаётся магнитное поле и каковы его свойства, как образуется магнитное поле и в чем его особенности, исследователи заметили интересную закономерность: в намагниченных брусках есть полюса, в зоне которых свойства проявляются с наивысшей силой. Кроме того, было обнаружено, что два полюса совершенно разные, причем однотипные отталкиваются, а противоположные – притягиваются.
Гильберт озвучил идею о том, что существуют «магнитные заряды», а Кулон продолжил ее, проведя множество опытов и придя к заключению, что магнитное поле обладает силой, с которой поле и воздействует на заряд. Сила стала единицей измерения и основной характеристикой магнита.
Единица силы равняется усилиям, с которыми поле воздействует на заряд, принятый за единицу. Кулон высказался о различии между определенными явлениями в физике и магнетизме. Они отличаются тем, что электрические заряды поддаются разделению, в результате чего можно получить два тела с избыточным количеством положительных или отрицательных зарядов, а вот разделить полюса магнита так, чтобы в результате получились тела с разными полюсами, каждое из которых только с одним из зарядов - невозможно. Поскольку сам магнит разделить по зарядам не получается, Кулоном был сделан вывод о том, что, видимо, наличие противоположных зарядов заложено на уровне элементарных частиц.
Таким образом, было определено, что магнит – это тело, состоящее из однородного вещества, каждая частица которого - своего рода микромагнит с двумя противоположными полюсами.
Соответственно, процесс намагничивания тела - это переориентация его микромагнитов под влиянием магнитного поля извне. Под влиянием магнитных полей и с их помощью происходит взаимодействие токов.
Эрстед, ища ответ на вопрос, как обнаружить магнитное поле, определил, что оно создается только при наличии тока, активизируется током и играет роль ориентирующей силы для магнитной стрелки. Он расположил проводник с током над вращающейся магнитной стрелкой. Далее включался ток и стрелка начинала поворачиваться перпендикулярно проволоке, потом ток менялся на противоположный и стрелка переориентировалась противоположно.
Данный опыт продемонстрировал, что у магнитного поля есть направление. Поскольку направление является векторной величиной, числу направления магнитного поля дали название магнитная индукция и обозначили символом В со стрелкой над ним. Вектор магнитной индукции аналогичен вектору напряженности для электрополя. Аналогичным для вектора смещения для магнитного поля будет вектор напряженности магнитного поля.
Воздействие магнитного поля касается только движущегося электрического заряда. Собственно, магнитное поля и образуется движущимися электрозарядами.
Магнитное поле движимого заряда. Магнитная постоянная. Виток с током. Принцип суперпозиции
Каждый проводник, пропускающий ток, порождает вокруг себя магнитное поле. Электрический ток является организованное движением электрических зарядов. В связи со всем этим можно утверждать, что любой движущийся в вакууме или среде электрический заряд инициирует создание вокруг себя электрического поля. Учитывая полученные данные и обобщив их, был найден закон, позволяющий определить значение магнитного поля.
Магнитное поле электрозаряда, если заряд движется с неизменной скоростью, рассчитывается следующим образом:
Формула магнитной индукции элемента в системе СИ:
Магнитная постоянная получила еще название магнитная проницаемость вакуума. Чему равна магнитная постоянная? Ее численное значение обусловлено определением ампера, а также проистекает из единицы силы электротока – одной из ключевых единиц СИ.
Как узнать направление магнитного поля вокруг проводника с током, если его организовать в виде круглого витка? Если разбить виток на несколько небольших частей, то по каждой из них будет проходить ток, соответственно вокруг каждой возникнет магнитное поле, направление которого можно просчитать, исходя из того, что линии магнитного поля, окружающие каждую из получившихся частей витка, направляются изнутри витка наружу, а снаружи витка – внутрь.
Для магнитного поля работает принцип суперпозиции, который заключается в том, что если поле образуется сразу несколькими зарядами, то силы, действующие на тестовый заряд, будут равны сложению векторов, а исходя из этого напряженность системы зарядов в определенной точке поля будет равняться сумме векторов напряженности полей каждого отдельно взятого заряда.
Учитывая, что линии полей каждой отдельной зоны внутри витка направлены в одну сторону – внешнюю, то и общее магнитное поле всередине витка будет направляться в ту же сторону – внешнюю.
Если в центре витка разместить магнитную стрелку, она сможет указать направление линий магнитного поля по оси витка. Изменение тока влечет за собой изменение направления магнитных линий.