Магнитное поле и его свойства. Магнитная индукция. Сила Ампера. Работа при перемещении проводника в магнитном поле. Намагничивание веществ, страница 12

 

 

Перемещение проводника с током под действием силы Ампера замечательно тем, что при этом происходит превращение электрической энергии в механическую. Это явление лежит в основе принципа действия электродвигателей.

Выясним физический смысл множителя в формуле (6а). Помещая один и тот же проводник с током I в различные магнитные поля, легко установить, что сила изменяется по модулю и по направлению. Поскольку и  при этом постоянны, то, значит, изменяется . Из (6а) видно, что больше значение будет в том поле, для которого окажется больше. То же самое можно обнаружить при перемещении проводника в различные области одного и того же поля. Поскольку с увеличением растет и,множитель удобно принять за силовую характеристику поля, так как только он изменяется при изменении поля в той области, где находится проводник с током.

Из (6а) получаем:

(6б)

Эта формула верна, если поле вдоль проводника не изменяется. Однако и в общем случае неоднородного поля можно взять проводник, длина которого  так мала, что поле вдоль него заметно не изменяется. Тогда величина будет характеризовать поле в определенной его точке:

(6в)

Величину, являющуюся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке, называют магнитной индукцией. Магнитная индукция в какой-либо точке поля измеряется силой, действующей на единицу длины проводника, расположенного в этой точке перпендикулярно линиями индукции, при силе тока в нем, равной единице.

Здесь следует иметь в виду, что магнитная индукция является вектором, направление которого определяется по положению магнитной стрелки (формула (6б) дает только числовое значение магнитной индукции). Вектор  в любой точке магнитного поля направлен по касательной к линии магнитной индукции в этой точке и в ту сторону, в которую указывает северный полюс магнитной стрелки.

Выведем из (6б) единицу магнитной индукции :

В за единицу магнитной индукции принимается тесла  – магнитная индукция такого однородного поля, в котором на проводник с током в, помещенный перпендикулярно к линиям индукции, действует сила в на каждый метр длины. Условились проводить через единицу площади поверхности, помещенной перпендикулярно линиям индукции, такое их число, которое пропорционально значению в том месте, где находится поверхность. Это означает, что на чертежах линии индукции располагают чаще там, где действуют большие магнитные силы.

10 Однородное магнитное поле.

Магнитное поле в нутри соленоида (см. рис. 7) характерно не только тем, что его линии параллельны. Оказывается, векторы индукции во всех точках этого поля одинаковы по модулю и направлению. Такое поле называют однородным. Число линий индукции на единицу площади сечения, перпендикулярного линиям индукции, в этом случае везде одинаково. Следовательно, расстояния между соседними линиями индукции в однородном поле везде должны быть равны друг другу.

Однородное магнитное поле между разноименными полюсами магнитов, при больших размерах полюсов по сравнению с расстоянием между ними, тоже однородно (рисунок 16). Заметим, что у края полюсов поле уже нельзя считать однородным.

 

В однородном магнитном поле на замкнутый контур с током на магнитную стрелку действуют только пара сил  (рисунок 17) поворачивающих контур на положения  в положение . Направление этих сил можно найти по правилу левой руки. В этом случае магнитные силы могут вызвать лишь вращательное движение. Если же поле неоднородно, то контур с током может двигаться еще и поступательно под действием неуравновешенных сил поля в ту сторону, где индукция поля больше.

В магнитном поле Земли сила Лоренца действует на заряды, из которых состоит любое движущееся тело; другое дело, что из-за сравнительно небольшой скорости движения тел и малости магнитного поля Земли (в среднем менее 50 мкТл) в повседневной жизни сила Лоренца себя почти не проявляет. И, тем не менее, с ее действием каждый из нас сталкивается почти ежедневно: именно эти силы «работают» в системе управления электронным пучком электронно-лучевых трубок бытовых телевизоров и дисплеев ЭВМ – устройств, без которых трудно представить нашу сегодняшнюю жизнь.