Магнитное поле и его свойства. Магнитная индукция. Сила Ампера. Работа при перемещении проводника в магнитном поле. Намагничивание веществ, страница 4

Такие линии назвали линиями индукции или силовыми линиями.

Количество силовых линий на 1м² должно соответствовать индукции магнитного поля в центре этой площади. Направление линии определяется по северному концу магнитной стрелки.

Появление магнитных полей удобно наблюдать, применяя железные опилки, которые выстраиваются вдоль силовых линий.

На рисунках изображены: магнитные поля прямого проводника, кругового и катушки с током. Направление силовых линий можно определять по правилу буравчика.

 

  

Опыты показывают, что линии индукции замкнуты сами по себе, т.е. они не имеют ни начала, ни конца. Такие поля называют вихревыми. Магнитное поле имеет вихревой характер.

Под магнитным потоком понимают число силовых линий, пронизывающих данную поверхность. Нетрудно заметить, что , где

 – величина магнитного потока,

 – площадь контура,

– угол между нормалью к площади и вектором.

Магнитный поток в измеряется в веберах .

Если принять  то

3 Движение заряженной частицы в магнитном поле.

На заряженную частицу в магнитном поле действует сила Лоренца. Под действием этой силы траектория движения частицы изменяется:

1 Допустим, что частица движется вдоль силовой линии. В этом случае  но т.к. магнитное поле не будет оказывать влияние на движение частицы.

2 Пусть скорость частицы перпендикулярна к силовым линиям однородного поля, т.е.  На частицу в этом случае будет действовать сила направление которой будет к скорости.

Так как , значит, сила Лоренца является центростремительной силой и, если эта сила остается постоянной, частица будет двигаться по окружности. Радиус окружности находится: а так как и то

3 Если частица движется не перпендикулярно к силовым линиям, то вектор скорости можно разложить на Наличие  придаст частице движение по окружности, заставит частицу смещаться вдоль силовых линий, а итогом будет движение частицы по винтовой линии.

Магнитными полями можно управлять движением частицы, что широко используется в телевидении, в ускорительной технике. Земля, обладая магнитным полем, изменяет направление потока заряженных космических частиц, тем самым защищает нас от их вредного воздействия.

4 Сила Ампера.

На проводник с током в магнитном поле действует сила. Эту силу называют силой Ампера или электромагнитной силой.

На каждую заряженную частицу, образующую ток, действует сила Лоренца, как указанно на рисунке. Суммируясь, эти  силы дадут результирующую, действующую на весь проводник с током, т.е. силу Ампера.

Проведем вычисление этой силы:

где

– концентрация молекул,

– площадь поперечного сечения,

- длина проводника,

– объем проводника.

       

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку вдоль проводника так, чтобы четыре пальца указывали направление тока в нем, а линии магнитной индукции входили в ладонь, то отогнутый большой палец будет показывать направление силы Ампера.

Сила воздействия параллельных токов. Определение единицы

силы тока

Рассмотрим магнитные силы взаимодействия двух длинных параллельных проводников с током. Так как взаимодействие осуществляется через магнитные поля, то будем считать, что второй проводник создает магнитное поле, в котором находится первый проводник или наоборот.

Тогда  но значит

Индукция магнитного поля прямого проводника с током

         так как

сила взаимодействия всегда равна по величине, то и

т.е.

и – сила тока в проводниках,  – длина параллельных проводников,  – расстояние между ними.

Если  то сила взаимодействия этих проводников в вакууме  будет

Это позволяет дать определение единицы силы тока: Ампером называют силу тока, одинаковую в каждом из двух бесконечно длинных параллельных проводников, расположенных в вакууме на расстоянии 1м друг от друга, которая вызывает силу взаимодействия  действующую на каждый метр длины проводника.

5 Рамка с током в магнитном поле. Магнитный момент. Магнитный поток