Магнитное поле и его свойства. Магнитная индукция. Сила Ампера. Работа при перемещении проводника в магнитном поле. Намагничивание веществ, страница 14

Величину  характеризующую магнитные свойства контура с током, которые определяют его поведения во внешнем магнитном поле, называют магнитным моментом этого контура. Магнитный момент контура измеряется произведением силы тока в нем на площадь, обтекаемую током:

Магнитный момент есть вектор, направление которого определяется правилом правого винта: Если винт поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение винта покажет направления вектора (рис 22а). Зависимость вращающего момента  от ориентации контура выражается формулой  где α– угол между векторами и  Из рис. 22б видно, что равновесие контура в магнитном поле возможно тогда, когда векторы  и направлены по одной прямой. (Подумайте, в каком случае это равновесие будет устойчивым).

2 Работа при перемещении проводника с током в магнитном поле. Магнитный

поток

Так как на проводник с током в магнитном поле действуют силы, то, очевидно, при перемещении этого проводника будет совершаться работа. Выясним, чем определяется эта работа.

 

Присоединим два медных стержня к источнику электрической энергии (рис. 23) и замкнем их подвижным проводником Тогда в цепи пойдет ток

Создадим в окружающем пространстве перпендикулярное к плоскости контура однородное магнитное поле с индукцией  (на рис. 23 линии индукции направлены на читателя и изображены точками). На проводник  будет действовать сила Ампера и он начнет перемещаться в право (покажите, что вправо). Подсчитаем работу при перемещении проводника  на расстояние .

Поскольку в рассматриваемом случае направления силы и перемещения совпадают и так как то имеем

Если площадь, охваченную замкнутой цепью (рис. 23), при начальном положении проводника  обозначить через  а при его конечном положении через то

Есть изменение площади, охваченной током, при перемещении проводника  Из рис. 23 видно, что  поэтому

Обозначим произведение через (греч «фи»), получим:

Итак, работа при перемещении проводника с током в магнитном поле выражается формулой:

       (10)

Выясним физический смысл величины  Поскольку значение  численно равно количеству линий индукции, проходящих через единицу площади  перпендикулярной к ним, то  есть общее число линий индукции магнитного поля, пронизывающих площадь  если индукция  во всех точках поверхности  одинакова. Величину  принято называть магнитным потоком или потоком вектора  через поверхность

Итак, при однородном поле магнитный поток измеряется произведением на

       (11)

Заметим, что магнитный поток является скалярной величиной. Выведем единицу магнитного потока в

В  за единицу  принят Вебер . Вебер – это магнитный поток, который пронизывает перпендикулярную линиям индукции поверхность в при индукции магнитного поля на ней в .

3аметим, что в формуле (10) можно посчитать работу, совершаемую при повороте контура с током в магнитном поле ( означает изменение магнитного потока, пронизывающего контур).

3 Индукция магнитного поля, создаваемая в веществе проводниками с током различной формы.

Французские ученые Ж. Био и Ф. Савар в 1820 г. показали, что индукция магнитного поля прямолинейного тока в какой либо точке прямо пропорциональна силе тока  и обратно пропорциональна расстоянию  от проводника до этой точки (рисунок 24).

	Рисунок. 24 – индукция магнитного поля

 

Действительно, мы знаем, что в магнитном поле с индукцией  на проводник длиной  с током  перпендикулярный магнитному полю, действует сила отсюда

Примем за силу, с которой поле тока действует на отрезок длиной  второго параллельного провода с током  (см. рис. 12). Тогда  должно означать индукцию поля  первого тока  в том месте, где находится второй ток

Используя соотношения для  получим

Заменив,  на  и отбросив индексы, получим формулу для вычисления магнитной индукции прямолинейного тока:

     (12)