Основные понятия и законы магнитостатики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные понятия и законы магнитостатики

План

1. Магнитное взаимодействие токов

2. Магнитное поле

3. Индукция магнитного поля

4. Магнитный поток

5. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Закон Ампера

6. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца

7. Магнитные свойства вещества. Магнитная проницаемость. Ферромагнетизм

1. Магнитное взаимодействие токов

Опыты показывают, что между двумя параллельно расположенными проводниками бесконечной длины, по которым протекают постоянные токи, возникает сила взаимодействия. Проводники с одинаково направленными токами притягиваются, а проводники с противоположно направленными токами - отталкиваются. Взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным.

2. Магнитное поле

Взаимодействие проводников с токов объясняется тем, что электрический ток, протекающий по одному из проводников, создает в окружающем его пространстве магнитное поле, которое и действует на другой проводник, помещенный в это поле.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами.

Особенностью магнитного поля является то, что поле создается движущимися электрическими зарядами и действует только на движущиеся электрические заряды.

3. Индукция магнитного поля

магнитный индукция проводник ток

Характеристикой магнитного поля является магнитная индукция . Поскольку это вектор, то следует определить и направление этого вектора и его модуль. Направление вектора магнитной индукции связано с ориентирующим действием магнитного поля на магнитную стрелку. За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Направление вектора магнитной индукции прямолинейного проводника с токам можно определить с помощью правила буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Графически магнитное поле можно изображать с помощью линий магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называются воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции . Лини магнитной индукции всегда замкнуты, т.е. не имеют ни начала ни конца. Такое поле называется вихревым.

На рис. изображены линии магнитной индукции прямолинейного участка проводника с током

Модулем вектора магнитной индукции назовем отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка:

Единица магнитной индукции называется тесла 1 Тл).

Для токов, протекающих по проводникам различной конфигурации, характерны различные магнитные поля. Магнитное поле прямого бесконечно длинного магнитного проводника с током подсчитывается по формуле

J - ток, текущий по проводнику, r - расстояние от проводника до той точки, в которой ищется поле, ₀ - магнитная постоянная; 0=410^-7 Гн/м.

Магнитное поле кругового витка с током в его центре подсчитывается по формуле

J - ток, R - радиус витка.

Магнитное поле соленоида:

n - число витков на единицу длины соленоида

4. Магнитный поток

Магнитным потоком Ф через поверхность контура площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь этой поверхности и на косинус угла между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности :

Ф= BScos

Единицей магнитного потока является вебер (1 Вб).

5. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Закон Ампера

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера.

Закон Ампера:

на отрезок проводника с током силы I и длиной l, помещенный в однородное магнитное поле с индукцией , действует сила, модуль которой равен произведению модуля вектора магнитной индукции на силу тока, на длину участка проводника, находящегося в магнитном поле и на синус угла между направлением вектора и проводником с током:

F=BIlsin

Направление силы Ампера определяется с помощью правила левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали бы направление тока, то отогнутый на 900 большой палец укажет направление силы Ампера.

6. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца

На электрический заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца. Модуль силы Лоренца равен произведению модуля заряда на модуль вектора магнитной индукции и на синус угла между вектором магнитной индукции и вектором скорости движущегося заряда:

F=qvBsin

Направление силы Лоренца определяется с помощью правила левой руки: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда, то отогнутый на 900 большой палец покажет направление силы Лоренца, действующей на заряд. Для отрицательной заряженной частицы сила Лоренца направлена против направления большого пальца.

Поскольку сила Лоренца направлена перпендикулярно к скорости частицы, то она работы не совершает. Когда заряженная частица влетает в однородное магнитное поле со скоростью, перпендикулярной вектору магнитной индукции, то она движется по окружности, радиус которой можно определить, записав уравнение второго закона Ньютона

7. Магнитные свойства вещества. Магнитная проницаемость. Ферромагнетизм

Любое вещество, внесенное во внешнее магнитное поле, меняет это поле внутри себя, поэтому все вещества называют магнетиками. Изменение магнитного поля внутри вещества объясняется гипотезой Ампера. По этой гипотезе внутри любого вещества существует множество круговых молекулярных токов. В отсутствие магнитного поля они ориентированы хаотичным образом. При внесении вещества в магнитное поле эти токи ориентируются определенным образом.

В любой точке внутри объема молекулярные токи компенсируют друг друга, а поверхность магнетика как бы обтекается молекулярным током. Этот ток создает свое магнитное поле, которое усиливает внешнее магнитное поле. Каждый магнетик характеризуется своей магнитной проницаемостью :

- показывает, во сколько раз индукция магнитного поля внутри магнетика больше, чем индукция того магнитного поля, в которое магнетик внесли.

По величине магнитной проницаемости магнетики делят на 3 группы: 1) >1 (парамагнетики); 2) <1 (диамагнетики); 3) "1 (ферромагнетики).

Размещено на Allbest.ru