Тема: Магнитное поле и его основные характеристики. Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера.

Магнитное поле – одна из форм существования материи, она присуща любому веществу и проявляется наиболее ярко при движении электрически заряженных частиц. В природе нет немагнитных тел и сред. Магнитные свойства вещества обусловлены микротоками, а магнитные и электрические свойства вакуума подтверждаются тем, что электрическая и магнитная постоянные не равны нулю, вакуум материален. Одним из признаков материальности любого поля является обладание энергией. А так как магнитное поле совершает работу при перемещении проводника с током, то оно обладает энергией, что доказывает его материальность. Магнитное поле является одним из характерных действий тока. Магнитное действие тока широко применяется в современной технике: в устройстве электромагнитов, генераторов, электродвигателей, телефонов, микрофонов, электроизмерительных приборов, в радиотехнике, в магнитной записи и воспроизведении изображения и звука. Магнитные поля играют важную роль в жизни растений и человека, в процессах, происходящих на солнце и звездах и в космическом пространстве.

Физические явления, происходящие в рамке с током и без тока в магнитном поле, являются принципиальной основой конструирования и работы электрических генераторов, преобразующих механическую энергию в электрическую. Электрических моторов, преобразующих электрическую энергию в механическую. В устройстве магнитоэлектрических измерительных приборов.

Народнохозяйственное значение электрической энергии общеизвестно, поэтому знание электротехнических основ электротехники необходимо специалисту любой квалификации.

1. Открытие магнитного поля.

Начало настоящему пониманию природы магнетизма положил датский физик Эрстред. Он впервые в 1820 году обнаружил магнитное поле вокруг проводника с током.

Действие электрического тока на магнитную стрелку. Этим опытом Эрстред показал, что вокруг проводника с током существуем магнитное поле

Французский физик Ампер установил, что всякий электрический ток способен взаимодействовать с другим током.

Если по двум длинным гибким параллельным проводникам пропускать постоянные токи одинакового направления, то проводники притягиваются друг к другу.

Если же направления токов в этих проводниках взаимно противоположны, то проводники отталкиваются друг от друга.

Русский физик Эйхенвальд в 1901 году установил, что если заряд покоится то вокруг него существует электрическое поле. Если же он движется, то возникает магнитное поле, которое вызывает отклонение легко подвижной магнитной стрелки.

Взаимодействия между проводниками с током, то есть взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными силами.

Силы с которыми проводники с током действуют друг на друга называют магнитными силами.

Подобно тому как в пространстве, окружающем неподвижные заряды возникает электрическое поле, в пространстве окружающем токи, возникает поле, названное магнитным.

Магнитное поле - особая форма материи посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами, которая существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.

Основные свойства магнитного поля:

Магнитное поле порождается электрическим током(движущемся зарядом)

Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущийся заряд)

Магнитное поле действует только на подвижные заряды с определенной силой.

2. Магнитная индукция. Магнитная постоянная. Магнитная проницаемость среды.

Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция.

Магнитная индукция величина векторная.

За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса к северному свободно установившейся в магнитном поле стрелки.

Модуль вектора магнитной индукции обозначается: .

В системе СИ измеряется: (теслах).

Для графического изображения магнитных полей удобно использовать линии магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор магнитной индукции в данной точке поля.

Линии магнитной индукции всегда замкнуты. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми.

Магнитное поле – вихревое поле

Направление вектора магнитной индукции поля, создаваемого проводником с током, определяется по правилу буравчика: если движение острия буравчика с правой резьбой совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением вращения рукоятки буравчика.

Направление линий магнитной индукции проводника в форме кругового витка: если правовинтовой буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление острия буравчика совпадает с направлением линии магнитной индукции.

Магнитная индукция прямого тока:

, где - абсолютная магнитная проницаемость среды;

В – индукция магнитного поля, Тл;

- магнитная постоянная,

μ – магнитная проницаемость среды, Н/А²;

r – расстояние до точки, м.

I – сила тока в проводнике, А.

Магнитная индукция в центре кругового тока:

, где r – радиус кругового тока, м.

Магнитная индукция внутри соленоида:

, где N – число витков;

l – длина соленоида, м.

Магнитной проницаемостью среды называют отношение показывающее, во сколько раз магнитная индукция в среде больше (или меньше), чем в вакууме.

3. Взаимодействие токов. Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера.

Сила, с которой первый проводник действует на второй, пропорциональна произведению токов, текущих по проводникам, и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Кроме того, она зависит от магнитных свойств среды, в которой находятся проводники и их длины.

.

В 1820г Ампером был установлен закон, определяющий силу, действующую на проводник с токам в магнитном поле.

На проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле действует сила, пропорциональная длине отрезка проводника, силе тока, протекающего по проводнику, и индукции магнитного поля.

где F_A – сила Ампера, Н;

I – сила тока, А;

B – магнитная индукция, Тл;

l – длина проводника, м;

α – угол между и I.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а выгнутые 4 пальца совпадали с направлением тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле.

Опыты показывают, что магнитное поле, вектор индукции которого направлен вдоль проводника с током, ни оказывает никакого действия на ток.

Сила, действующая на проводник, зависит только от составляющей вектора магнитной индукции перпендикулярной к проводнику, т. е. от .

Использование силы Ампера: электродвигатели; электроизмерительные приборы.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется магнитным полем? Каковы его основные свойства?

2. В чем заключается гипотеза Ампера? Чему равна магнитная постоянная и абсолютная магнитная проницаемость среды?

3. Как взаимодействуют между собой параллельные тока? Чем вызывается их взаимодействие?

4. Какой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции? Какой формулой его выражают и в каких единицах он измеряется?

5. Что называют линиями магнитной индукции? Какое направление они имеют?

6. Какие поля называют вихревыми?

7. Что устанавливает закон Ампера? Чему равен модуль силы Ампера? Сформулируйте правило позволяющее определить направление силы Ампера?