Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 4
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА*)
4.1. Магнитное поле. Вектор индукции магнитного поля. Магнитный поток
Г. Магнитным полем называется одна из частей электромагнитного поля (III. 1.3.Г). Особенностью магнитного
*) Все формулы в этой главе приведены только в СИ (Vl 1.5.3е).
250 ОТДЕЛ Ш. ГЛ. 4 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
поля является то, что это поле создается проводниками с токами, движущимися электрически заряженными частицами и телами, а также намагниченными телами (Ш.6.2.Г) и переменным электрическим полем (IV.4.1.30).
Магнитное поле, характеристики которого (111.4.1.3°, 111.4.1.8°) не изменяются с течением времени, называется стационарным. В противном случае магнитное поле явля-
щаться вокруг вертикальной оси, поместить под прямолинейным проводником с постоянным током, то она поворачивается, как показано на рис. III.4.1, стремясь расположиться перпендикулярно к проводнику с током. Стрелка тем точнее совпадает с этим направлением, чем больше сила тока, чем ближе стрелка к проводнику и чем слабее влияние магнитного поля Земли.
2°. Магнитное поле действует только на движущиеся частицы и тела, обладающие электрическим зарядом. На намагниченные тела (111.6.2.1°) магнитное поле действует независимо от того, движутся они или неподвижны.
3°. Силовой характеристикой магнитного поля является вектор индукции магнитного поля В {вектор магнитной индукции, или магнитная индукция). Понятие о векторе индукции магнитного поля вводится на основании одного из трех опытных фактов: а) ориентирующее действие магнитного поля на рамку с током (замкнутый плоский контур с током) (п. 6°), б) отклонение проводника с током в магнитном поле (111.4.2.4°), в) отклонение пучка электрически заряженных частиц, движущихся в магнитном поле
4°. Магнитным моментом замкнутого плоского контура, по которому протекает ток силой / (например, рамки с током), называется виктор рт, равный
Рис. 111.4.1
ется переменным (нестационарным) полем. Возникновение стационарного магнитного поля вблизи проводника с током иллюстрируется основополагающим опытом Эрстеда. Если магнитную стрелку, которая может свободно вра-
(ІІІ.4.5.Г).
P* =/Sn,
1O»
где S — площадь поверхности, охватываемой контуром, По — вектор с модулем, равным единице, направленный перпендикулярно к плоскости контура (единичный вектор
4.1. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. МАГНИТНЫЙ ПОТОК
251
нормали). Векторы п0 и рт перпендикулярны К ПЛОСКОСТИ контура и ориентированы так, чтобы из концов векторов п0 и рт ток казался протекающим против часовой стрелки (рис. III.4.2).
Направление единичного вектора нормали п0 и вектора магнитного момента рт определяется также правилом правого винта (правило буравчика): если рукоятку буравчика о
Ток
Pm
СО
Рис. Ш.4.2
Рис. III.4.3
Г gm
правой резьбой вращать по направлению тока в контуре (в рамке с током), то направление векторов п0 и рт совпадает с направлением движения острия буравчика (рис. III.4.3).
5°. На плоскую рамку сто- '/////^й
ком, подвешенную на неупругой нити в однородном магнитном поле, действует момент сил (1.3.1.4°), который поворачивает ее. Ориентирующее действие поля на рамку с то- Рис Ш4 4
ком используется для выбора
направления вектора магнитной индукции поля В, в которое помещена рамка. За направление вектора В в данной точке магнитного поля выбирается направление векторов нормали п0 и магнитного момента рт малой рамки *) с током в окрестности данной точки (рис. III.4.4).
Направление вектора В совпадает с направлением прямой, проведенной через центр магнитной стрелки от ее южного 5 к северному N полюсу, если эта стрелка малых **)
*) Рамка с током должна быть столь малых размеров, чтобы не искажать того магнитного поля, которое с ее помощью изучается. Кроме того, принимается, что собственным магнитным полем, которое создает рамка с током, можно пренебречь.
**) Магнитная стрелка считается малой, если она не искажает магнитное поле в тех точках, где она находится, и можно пренебречь ее собственным магнитным полем.
252 отдел iii. гл. 4. магнитное поле постоянного toka
где рт — модуль вектора магнитного момента контура (п. 4°), В — модуль вектора индукции магнитного поля,
Рис. III.4.5 Рис. III.4.6
а — угол между векторами рт и В (рис. 111.4.6). Из предыдущей формулы вытекает следующее определение магнитной индукции: модуль вектора магнитной индукции в данной точке однородного магнитного поля равен наибольшему значению момента сил Ммакс, действующего на малую рамку с током, имеющую единичный по модулю магнитный момент рт, помещенную в окрестности данной точки:
i?_ Ммакс _ Ммакс
~~ Pm ~~
Значение М=МКаіі1. соответствует такой ориентации
рамки, при которой а = у радиан, т. е. линии магнитной
индукции (п. 7°) лежат в плоскости рамки, а ее магнитный момент направлен перпендикулярно к линиям индукции. В этом положении рамка стоком будет находиться в неустойчивом равновесии (1.4.3.2°). Устойчивым (равновесным) положение рамки с током или любого замкнутого контура с током будет тогда, когда плоскость рамки перпендикулярна к линии индукции, а вектор магнитного момента рамки
