Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
линиям индукции (рис. 14.15). На каждый прямолинейный участок тока будут
действовать силы Ампера, направленные перпендикулярно току и лежащие в
плоскости контура. Если направления тока в контуре и поля таковы, как
показано на рисунке, то силы Ампера будут растягивать контур, стремясь
его разорвать; если направление тока или поля изменить на
противоположное, то силы Ампера будут сжимать контур.
Легко понять, что независимо от ориентации такого контура в магнитном
поле сумма действующих на него сил Ампера будет равна нулю. Это означает,
что однородное поле не может заставить двигаться контур поступательно.
Однако если нормаль к плоскости контура составляет не который угол а с
направлением поля, то силы Ампера будут направлены так, чтобы, во-первых,
растянуть (сжать) контур, а во-вторых, повернуть его и расположить в
плоскости, перпендикулярной силовым линиям. Например, в положении
контура, показанном на рис. 14.16, относительно оси OZ на контур
действует момент сил
MZ = FX l/2,1 sin а + F4 l/2,1 sin а = I В12 sin а, который стремится
развернуть контур. При a = 1/in он максимален
Мтях = 1В12 =IBS (14.10)
(где S - площадь, ограниченная контуром) и обращается в ноль при а = 0
или а = п (в первом случае контур с током будет находиться в положении
устойчивого равновесия, во втором - в положении неустойчивого
равновесия).
Величина
pm = IS (14.11)
465
называется магнитным моментом контура с током. Магнитный момент рт
принято записывать в виде вектора
pm = ISrt, (14.12) где п - положительная нормаль контура с током.
Опыт показывает, что в данной точке поля момент сил, действующих на
контур с током относительно произвольной неподвижной оси, зависит от
расположения контура, его геометрических размеров и от силы тока в нем,
но не зависит от формы контура. Поэтому для любого плоского контура
справедливо:
Mz= рт В sin <х, Mmax = рт В. (14.13)
Следовательно, на контур с током в магнитном поле в общем случае
действует момент сил Ампера (называемый механическим моментам), который
стремится расположить контур так, чтобы направление магнитного момента
1рт контура совпало с направлением вектора индукции поля в данной точке.
Магнитное попе в веществе До сих пор мы рассматривали магнитное поле в
вакууме. Если проводник с током находится не в вакууме, а в некотором
веществе, то, как показывает опыт, магнитное поле изменяется. Это
указывает на тот факт, что различные вещества в магнитном поле сами
становятся источниками магнитного поля (говорят, намагничиваются).
Результирующее поле в веществе является суммой полей, создаваемых
проводником с током и намагниченным веществом, и поэтому не равно полю в
вакууме. Вещества, способные намагничиваться, называют магнетиками.
Рис. 14.17
Намагничивание тел Ампер объяснял наличием в веществе мельчайших круговых
токов (молекулярных токов). Каждый такой ток создает в окружающем
пространстве магнитное поле и обладает магнитным моментом ~рт. При
отсутствии внешнего поля магнитные моменты молекулярных токов
ориентированы беспорядочным образом (рис. 14.17, а). Под действием
внешнего поля В0 магнитные моменты молекул преимущественно ориентируются
в одном направлении (рис. 14.17, б). В этом случае молекулярные токи,
текущие по соприкасающимся участкам, имеют противоположные направления и
взаимно компенсируются; нескомпенсиро-ванными остаются лишь токи на
участках, примыкающих к поверхности
466
магнетика. Поэтому действие всех молекулярных токов будет такое же, как
действие некоторого тока /,' текущего по поверхности магнетика (рис.
14.17, б, в). Этот ток создаст магнитное поле В', направленное
параллельно внешнему. Результирующее поле внутри магнетика, равное В = В0
+ В, В - Bq + В, будет больше внешнего В0. Можно показать, что для
однородного магнетика, заполняющего все пространство, отношение ц = В/В0
есть величина постоянная, определяющая магнитные свойства вещества. Ее
называют магнитной проницаемостью вещества: она показывает, во сколько
раз величина магнитной индукции внутри магнетика больше величины индукции
внешнего поля:
B = ixB0. (14.14)
Следует отметить, что не все магнетики усиливают внешнее поле: существуют
вещества, у которых магнитная проницаемость ц < 1. Соотношение (14.14)
справедливо лишь для магнетиков с ц> 1 (к ним относятся железо, кобальт,
никель и многие сплавы).
Электромагнитная индукция Выше мы обсудили две стороны связи между
магнитными и электрическими явлениями: а) электрический ток создает
магнитное поле и б) со стороны магнитного поля на электрический ток или
движущийся заряд действует сила. Закономерно задаться вопросом: если
электрический ток создает магнитное поле, то не может ли магнитное поле
привести к возникновению тока? Ответ на него был независимо получен Дж.
Генри и М. Фарадеем.
На рис. 14.18 схематически представлена установка одного из опытов
Фарадея. Фарадей обнаружил, что при замыкании и размыкании ключа К
стрелка гальванометра сильно отклоняется то в одну, то в другую сторону.
