Электростатика. Предмет изучения. Работа в электронном поле, страница 9

Магнитное поле в вакууме. Магнитная сила. Взаимодействие точечных неподвижных зарядов полностью описывается законом Кулона. Однако, закон Кулона не достаточен для анализа взаимодействия движущихся зарядов. Полевая траектория взаимодействия для магнитной силы формулируется  аналогично полевой трактовке эл-кого взаимод-я: движущийся заряд создает в окружающем его пространстве магнитное поле; на движущийся заряд со стороны магнитного поля действует сила. Магнитное взаимодействие сравнимо с эл-ким лишь при досаточно больших скоростях заряженных частиц. Тем не менее, оно может проявляться и при очень малых скоростях, если кулоновское взаимодействие по каким-то причинам отсутствует. Силы взаимод-я параллельных проводников с током. Представим, что заряды движутся в тонкой цилиндрической проволоке, которая в целом электрически нейтральна и вне проволоки действует лишь магнитная сила. Значит, вокруг проводника с током проявляется действие магнитной силы на движущиеся заряды, которые образуют эл-кий ток. При этом возникает магнитное  взаимодействие токов: dF_m=-μ_oI₁I₂dl/2πd, где μ_o=1/ε_oc² магнитная постоянная. Из ф-лы видно, что на длину l₂ проводника приходится сила F_ml= -μ_oI₁I₂l₂/2πd    (16). Знак  “-“ показывает, что при одинаковых направлениях I₁, I₂ м/у проводниками действует сила притяжения. Если направления I₁ и I₂ различны, то возникает сила отталкивания. На основе формулы 16 определяется единица силы тока. Ампер есть сила постоянного тока, который будучи поддерживаемым в двух параллельных проводниках бесконечной длины и ничтожно малого круглого сечения, расположенных на расстоянии 1м в

вакууме, вызывает м/у этими проводниками возникновение силы, =  2*10^-7Н

на каждый метр длины. Если подставить в  формулу 16: I₁=I₂=1А, d=1м, l₂=1м,

F_ml = -2^.10^-7 Н, то μ_o=4π*10^.7.   Cила Лоренца. Сила Лоренца представляется в

oбщем виде: F_L=F_E+F_B=qE+qu*B(все векторы). Первое слагаемое в правой части характеризует составляющий вектор силы со стороны эл-кого поля, а второе - со стороны магнитного. Здесь u - вектор скорости частицы; B - вектор магнитной индукции. Поскольку сила, действующая со стороны магнитного поля на движущийся заряд, описывается вектором B, то естественно назвать этот вектор напряженностью магнитного поля. Но, исторически название напряженности магнитного поля закрепилось за другим вектором, обозн-мым  H. Этот вектор не явл-ся полевой характеристикой магнитного поля, он учитывает св-ва материальной среды, в котором само поле существует. В частности, при заданном H вектор B, а след-но и сила, действующая на движущийся заряд, могут иметь самые различные значения. За вектором B  установилось название индукции магнитного поля. Сила Ампера. Пусть имеется совокупность точечных зарядов, концентрация которых равна n. Тогда в элементе объема  dV имеется ndV зарядов. Если они все движутся со скоростью u и на каждый из них действует магнитная сила, определяемая вторым слагаемым в уравнении Лоренца, то на заряды в элементе объема  dV  действует сила: dF_m=nqdVu*B. Учитывая: nq=ρ, nqu=ρu=j, где ρ и j - плотность зарядов и вектор плотности тока. Запишем формулу dF_m в виде dF_m=ρu*BdV или dF_A=j*BdV. З-н Ампера определяет силу, действующую на элемент эл-кого тока с плотностью j, заключенного в объеме dV. Для линейных токов: jdV=jS_odl=Idl и ф-ла Ампера принимает вид  dF=Idl*B (17) Из формул (16) и  (17) заключаем, что ток, текущий по прямолинейному бесконечному проводнику, создает магнитное поле, силовые линии которого являются окружностями, концентрическими току и лежащими в плоскостях, перпендикулярных току. Из принципа суперпозиции для напряженности электрического поля следует справедливость принципа суперпозиции для индукции магнитного поля.