В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
параллельно друг другу (рис. 14.1). Опыты показывают, что при пропускании
по проводникам токов одного направления, проводники будут притягиваться;
если же токи имеют протипоположные направления - проводники будут
отталкиваться. Однако если ток течет лишь по одному проводнику, то силы
взаимодействия между проводниками отсутствуют.
-г;
а) б)
Рис. 14.2
Обратимся к другому опыту. Поместим вблизи длиного прямолинейного
проводника с током компас и будем его перемещать вокруг проводника. Мы
обнаружим, что в любой точке магнитная стрелка компаса установится по
касательной к окружности, очерченной вокруг проводника (рис. 14.2, а, где
N -
северный полюс магнитной стрелки, S- южный). Теперь заменим магнитную
стрелку на маленькую проволочную рамку, которая может свободно вращаться
вокруг оси, параллельной проводнику с током. При наличии тока в рамке она
повернется и расположится так, что проводник будет находится в плоскости
рамки (рис. 14.2, б). Таким образом, проводник с током оказывает
ориентирующее действие на рамку с током так же, как и на магнитную
стрелку. Если изменить направление тока в проводнике, то и стрелка и
рамка повернутся на 180°.
Как позже было установлено, природа взаимодействия магнитов друг с
другом, токов друг с другом, магнитов и токов, одна и та же - в ее основе
лежит тот факт, что магниты и токи наделяют окружающее пространство
особыми физическими свойствами.
Магнитное поле
Для объяснения взаимодействия неподвижных зарядов (см. § 12) требовалось
наличие некоторой материальной среды, порождаемой зарядами в окружающем
пространстве, которую назвали электрическим полем. Появление сил
магнитного взаимодействия также объясняют возникновением вокруг магнитов,
и токов некоторой материальной среды, порождаемой магнитами и токами,
которую называют магнитным полем. При этом магнитное поле существует,
даже если магнитное взаимодействие не наблюдается. О наличии в
пространстве магнитного поля можно судить только по его действию на
другие магниты, движущиеся заряды или токи.
Из рассмотренных опытов следует, что магнитное поле имеет направленный
характер и должнохарактеризоваться векторной величиной. Ее называют
магнитной индукцией В (или вектором индукции магнитного поля). Единицей
измерения вёличины магнитной индукции в системе СИ служит тесла [Тл].
Ориентирующее действие магнитного поля на рамку с током используют для
определения направ-
mvi.i4i.u у -;-ii* ду^Е"ления вектора магнитной^ индукции.
За направление вектора В в том месте, где расположена рамка с током а)
б) (которая может свободно ориенти-
Рис. 14.3 роваться), принимают направление
перпендикуляра к плоскости рамки. Так как перпендикуляр можно провести в
ту или иную сторону, то условились за направление перпендикуляра
принимать то направление, в котором будет поступательно двигаться
буравчик (правый винт), если его рукоятку вращать по направлению тока в
рамке (рис. 14.3, а). Этот перпендикуляр называют положительной нормалью.
При этом в магнитном поле направление положительной нормали 7?рамки с
током совпадает с направлением от южного полюса S к северному N магнитной
стрелки (рис. 14.3, б). .
330 ,
(14.1)
С помощью магнитной стрелки или рамки с током можно на опыте определить
направление вектора магнитной индукции в каждой точке поля. При этом
можно убедиться, что изменение формы проводника с током влияет на
направление вектора В. Опыт дает, что для магнитного поля, как и для
электрического, справедлив принцип суперпозиции-, индукция магнитного
поля, порождаемого несколькими токами, равна векторной сумме индукций
полей, создаваемых каждым из токов в отдельности'.
t=±tt.
/= 1 '
Поскольку любой проводник может быть представлен в виде отдельных
прямолинейных участков (в общем случае бесконечно малых) длиной dl, то
магнитная индукция В проводника с током в каждой точке будет равна
векторной сумме элементарных индукций dB, создаваемых отдельными
участками. Изменение расположения этих участков приведет к изменению
направлений векторов dB и вектора В в целом. Понятно, что если буравчик
расположить вдоль участка тока и рукоятку вращать так, чтобы
поступательное движение буравчика совпало с направлением тока в
дроводнике, то направление вращения рукоятки укажет направление вектора
dB магнитной индукции (рис. 14.4). Это правило называют правилом
буравчика.
Магнитное поле так же, как и электрическое, можно изображать графически
при помощи линий индукции (силовых линий магнитного поля). Линиями
индукции называют линди, касательные к которым в каждой точке направлены
так же, как и вектор В в данной точке поля. Очевидно что через каждую
точку магнитного поля можно провести лишь одну линию индукции (в
противном случае вектор В одновременно должен иметь два или более
направления). Следовательно, линии индукции нигде не могут пересекаться.
Для наглядности на рисунках линии индукции изображают гуще в тех точках
поля,
Рис. 14.5
