1.Магнитное поле и его характеристики

Лекция №13
Тема: «МАГНЕТИЗМ»
1.Магнитное поле и его характеристики.
2.Напряжённость магнитного поля. Формула Ампера.
Закон Био-Савара- Лапласа.
3.Магнитная индукция.
4.Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для
вектора магнитной индукции.
5.Силы Ампера и Лоренца.
6.Диамагнитные, парамагнитные, ферромагнитные вещества.
Магнитная проницаемость.
7.Взаимная индукция, Трансформатор, физический принцип его
действия.
8.Энергия магнитного поля. Электромагнитная теория
Максвелла.
9.Взаимосвязь электрических и магнитных величин.
1.Магнитное поле и его характеристики
В XVIII веке было обращено внимание на
намагничивание железных предметов и перемагничивание
компаса вблизи грозового разряда. Это наводило на мысль
о связи магнитных явлений с электрическими. Это
подтвердил датский физик Х.К. Эрстред. Он установил,
что электрический ток воздействует на расположенную
поблизости магнитную стрелку, ориентируя её
перпендикулярно проводу. Тогда же французский физик
Ампер экспериментально обнаружил магнитное
взаимодействие двух проводников с током.
Следовательно вокруг движущихся электрических
зарядов (токов) возникает ещё один вид поля- магнитное
поле , посредстом которого эти заряды взаимодействуют с
магнитными или другими движущимися электрическими
зарядами.

Так как магнитное поле
является силовым полем,
то его можно изобразить
силовыми линиями,
например: магнитное
поле стержневого
магнита
Магнитное поле
созданное током I в
прямолинейном
проводнике (опыт
Эрстеда)
Силовые линии представляют собой
концентрические окружности, перпендикулярные
проводу, центры которых находятся на этом проводе.
Направление силовых линий магнитного поля
определяется правилом буравчика: рукоятка буравчика,
ввинчиваемого по направлению тока, вращается в
направлении магнитных силовых линий.
В отличии от силовых
линий электрического
поля магнитные силовые
линии всегда замкнуты.
Они не имеют ни начала
ни конца.
2.Напряжённость магнитного поля. Формула
Ампера. Закон Био-Савара-Лапласа.
Для количественной характеристики магнитного поля служит
величина, получившая название напряженность магнитного

I1dl1
поля Н.
dH  k
α
dl
r2


dH Эта величина зависит только от элемента тока I1d l и
1
положения той точки, где находится элемент тока.
Направление вектора dH перпендикулярно плоскости,
содержащей векторы dl и r и определяется с помощью
r
правила правого винта: если направление
поступательного перемещения правого винта
совпадает с направлением тока в проводнике, то
направление вращения головки винта дает
направление напряженности магнитного поля в данной
точке.
Закон Био-Савара-Лапласа для элемента тока
dH
I
R
A
α
dα
r
dl

Вектор напряженности магнитного
поля перпендикулярен плоскости в
которой лежат вектора элемента тока
и радиус- вектор данной точки.
Модуль вектора напряженности
магнитного создаваемого элементом
тока определяется по формуле
I  dl  sin 
dH 
2
4  r
(2)
Этот закон позволяет рассчитать полную напряжённость
магнитного поля для проводника любой формы.
Закон Ампера с учётом напряжённости
dF  0  I 0  dl0  dH  sin 
где β- угол между направлениями тока I0 и магнитного поля dH.
Направление силы dF определяется по правилу левой руки:

Если ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор
напряжённости магнитного поля входил в ладонь, а четыре
вытянутых пальца направлялись вдоль тока, от отставленный
большой палец покажет направление силы, действующей на
этот ток
1
dF
dH 

 0 I 0  dl 0
 0 - магнитная постоянная,
0  4 10
7
Гн
м
Физический смысл:
Напряжённость магнитного поля направлена по
касательной к силовой линии поля, а по модулю равна
отношению силы, с которой поле действует на единичный
элемент тока (расположенный перпендикулярно полю в
вакууме), к магнитной постоянной.
Полная напряженность равна:
H   dH 
l
1
4 
I  sin 
l r 2  dl
3.Магнитная индукция


Магнитным полем называется одна из частей электромагнитного поля.
Магнитное поле, не изменяющееся с течением времени,
называется стационарным. Возникновение магнитного поля
видно из опыта Эрстеда. Силовой характеристикой

магнитного поля является вектор магнитной индукции В
Вектор магнитной индукции связан с напряженностью
магнитного поля соотношением:
B  0 H
Тл
Направление вектора магнитной индукции совпадает с
вектором напряженности магнитного поля в однородной
изотропной среде.
4. Поток вектора магнитной индукции. Теорема
Гаусса для вектора магнитной индукции.
Пусть площадку dS пронизывает магнитное поле
 с
индукцией В, так, что направление вектора В образует
угол  с направлением нормали к площадке.
Потоком вектора магнитной индукции (магнитным
потоком) через площадку
dS называется величина
d  B  dS  cos 
Поток вектора магнитной индукции – величина скалярная,
знак потока определяется направлением положительной
нормали к контуру. Поток вектора связывают с контуром по
которому течет ток. В этом случае направление положительной нормали к контуру связывают с током правилом
правого винта. Т.О. магнитный поток, создаваемый контуром
с током через поверхность, ограниченную им самим, всегда
положителен. Поток вектора магнитной индукции через
произвольную поверхность определяется по формуле:
   B  dS  cos 
S
Теорема Гаусса: поток вектора магнитной индукции
через любую замкнутую поверхность всегда равен нулю,
т.е.

 B  dS  0
S
5. Формула Лоренца, для силы действующей на
заряд со стороны электрического и магнитного поля
Силы Ампера и Лоренца
F  I  B   sin 
I  q  n  v S
F  q  v  B  n Ssin 
N  n  S
F  F1  N
F1  q  v  B  sin 
Сила Лоренца
Сила Лоренца в природе и технике
Магнитное действие тока
F
H
I2  
I1  
H  k
r2
1
1
k
4
2
B  0 H