«Физика - 11 класс»
Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля.
Напряженность электрического поля - это величина векторная.
Магнитное поле характеризуется магнитной индукцией.
Магнитная индукция - это векторная величина, она обозначается буквой .
Направление вектора магнитной индукции
За направление вектора магнитной индукци принимается направление, которое показывает северный полюс N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.
Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током.
Используя рамку с током или магнитную стрелку, можно определить направление вектора магнитной индукции в любой точке поля.
В магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке устанавливается по касательной к окружности, плоскость которой перпендикулярна проводу, а центр ее лежит на оси провода.
Правило буравчика
Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила буравчика.
Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика указывает направление вектора магнитной индукции
Линии магнитной индукции
Магнитное поле можно показать с помощью линий магнитной индукции.
Линиями магнитной индукции
называют линии, касательные к которым в любой их точке совпадают с вектором в данной точке поля. Линии вектора магнитной индукции аналогичны линиям вектора напряженности электростатического поля.
Линии магнитной индукции можно сделать видимыми, воспользовавшись железными опилками.
Магнитное поле прямолинейного проводника с током
Для пряого проводника с током линии магнитной индукции являются концентрическими окружностями, лежащими в плоскости, перпендикулярной этому проводнику с током. Центр окружностей находится на оси проводника. Стрелки на линиях указывают, в какую сторону направлен вектор магнитной индукции, касательный к данной линии.
Магнитное поле катушки с током (соленоида)
Если длина соленоида много больше его диаметра, то магнитное поле внутри соленоида можно считать однородным
.
Линии магнитной индукции такого поля параллельны
и находятся на равных расстояниях друг от друга.
Магнитное поле Земли
Линии магнитной индукции поля Земли подобны линиям магнитной индукции поля соленоида.
Магнитная ось Земли составляет с осью вращения Земли угол 11,5°.
Периодически магнитные полюсы меняют свою полярность.
Вихревое поле
Силовые линии электростатического поля всегда имеют источники: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.
А линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца, они всегда замкнуты.
Поля с замкнутыми векторными линиями называют вихревыми
.
Магнитное поле - вихревое поле.
Магнитное поле не имеет источников.
Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе не существует.
Итак , магнитное поле - это вихревое поле, в каждой его точке вектор магнитной индукции указывает магнитная стрелка, направление вектора магнитной индукции можно определить по правилу буравчика
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ - существует вокруг электрического заряда, материально. Основное свойство электрического поля: действие с силой на эл.заряд, внесенный в него. Электростатическое поле - поле неподвижного эл.заряда, не меняется со временем. Напряженность электрического поля. - количественная характеристика эл. поля. - это отношение силы, с которой поле действует на внесенный точечный заряд к величине этого заряда. - не зависит от величины внесенного заряда, а характеризует электрическое поле!
Направление вектора напряженности совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд.
Напряженность поля точечного заряда:
где
q0 - заряд, создающий электрическое
поле.
В любой точке поля напряженность
направлена всегда вдоль прямой,
соединяющей эту точку и q0.
ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ (НАЛОЖЕНИЯ) ПОЛЕЙ
Если в данной точке пространства различные электрически заряженные частицы 1, 2, 3... и т.д. создают электрические поля с напряженностью Е1, Е2, Е3 ... и т.д., то результирующая напряженность в данной точке поля равна геометрической сумме напряженностей.
Силовые линии эл. поля - непрерывные линии, касательными к которым являются векторы напряженности эл.поля в этих точках. Однородное эл.поле - напряженность поля одинакова во всех точках этого поля. Свойства силовых линий: не замкнуты (идут от + заряда к _), непрерывны, не пересекаются, их густота говорит о напряженности поля (чем гуще линии, тем больше напряженность).
Графически надоуметь показать эл.поля: точечного заряда, двух точечных зарядов, обкладок конденсатора (в учебнике есть).
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ заряженного шара.
Есть заряженный проводящий шар радиусом R.
Заряд равномерно рапределен лишь по поверхности шара! Напряженность эл. поля снаружи:
Напряженность внутри шара: Е = 0
ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ - характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд. - не зависит от q и U. - зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения, электрических свойств среды между проводниками.
Единицы
измерения в СИ: (Ф - фарад)
КОНДЕНСАТОРЫ
Электротехническое устройство, накапливающее заряд (два проводника, разделенных слоем диэлектрика).
где
d много меньше размеров проводника.
Обозначение
на электрических схемах:
Все
электрическое поле сосредоточено внутри
конденсатора.
Заряд конденсатора -
это абсолютное значение заряда одной
из обкладок конденсатора.
Виды конденсаторов: 1. по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические 2. по форме обкладок: плоские, сферические. 3. по величине емкости: постоянные, переменные (подстроечные).
Электроемкость плоского конденсатора
где
S - площадь пластины (обкладки) конденсатора
d
- расстояние между пластинами
eо -
электрическая постоянная
e -
диэлектрическая проницаемость диэлектрика
Включение конденсаторов в электрическую цепь
параллельное
последовательное
Тогда общая электроемкость (С):
при параллельном включении
.
при
последовательном включении
ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА
Конденсатор - это система заряженных тел и обладает энергией. Энергия любого конденсатора:
где
С - емкость конденсатора
q - заряд
конденсатора
U - напряжение на обкладках
конденсатора
Энергия конденсатора
равна работе, которую совершит
электрическое поле при сближении пластин
конденсатора вплотную,
или равна
работе по разделению положительных и
отрицательных зарядов, необходимой
при зарядке конденсатора.
ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА
Энергия конденсатора приблизительно равна квадрату напряженности эл. поля внутри конденсатора. Плотность энергии эл. поля конденсатора:
Электри́ческий ток - направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц . Такими частицами могут являться: в металлах -электроны, в электролитах - ионы (катионы и анионы), в газах - ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях - электроны, вполупроводниках - электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля ] .
Сила тока - физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего через некоторую поверхность за время , к величине этого промежутка времени :
В качестве рассматриваемой поверхности часто используется поперечное сечение проводника.
Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (русское обозначение: А; международное: A), ампер является одной из семиосновных единиц СИ. 1 А = 1 Кл/с.
По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональнасопротивлению проводника этого участка цепи:
Носителями заряда, движение которых, приводит к возникновению тока, являются заряженные частицы, в роли которых обычно выступаютэлектроны, ионы или дырки. Сила тока зависит от заряда этих частиц, их концентрации , средней скорости упорядоченного движения частиц , а также площади и формы поверхности, через которую течёт ток.
Если и постоянны по объёму проводника, а интересующая поверхность плоская, то выражение для силы тока можно представить в виде
где - угол между скоростью частиц и вектором нормали к поверхности.
В более общем случае, когда сформулированные выше ограничения не выполняются, аналогичное выражение можно записать только для силы тока , протекающего через малый элемент поверхности площадью :
Тогда выражение для силы тока, протекающего через всю поверхность, записывается в виде интеграла по поверхности
В металлах заряд переносят электроны, соответственно в этом случае выражение для силы тока имеет вид
где e - элементарный электрический заряд.
Вектор называют плотностью электрического тока. Как следует из сказанного выше, его величина равна силе тока, протекающей через малый элемент поверхности единичной площади, расположенный перпендикулярно скорости , а направление совпадает с направлением упорядоченного движения заряженных частиц .
Для измерения силы тока используют специальный прибор - амперметр (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр, гальванометр). Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Основные методы измерения силы тока: магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении).
В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность).
Пло́тность то́ка - векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади . Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности её плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока:
где I - сила тока через поперечное сечение проводника площадью S (также см.рисунок).
Иногда речь может идти о скалярной плотности тока, в таких случаях под ней подразумевается именно та величина j , которая приведена в формуле.
В общем случае:
,
где - нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к элементу поверхности площадью ; вектор - специально вводимый вектор элемента поверхности, ортогональный элементарной площадке и имеющий абсолютную величину, равную её площади, позволяющий записать подынтегральное выражение как обычное скалярное произведение.
Как видим из этого определения, сила тока есть поток вектора плотности тока через некую заданную фиксированную поверхность.
В простейшем предположении, что все носители тока (заряженные частицы) двигаются с одинаковым вектором скорости и имеют одинаковые заряды (такое предположение может иногда быть приближенно верным; оно позволяет лучше всего понять физический смысл плотности тока), а концентрация их ,
где - плотность заряда этих носителей.
Направление вектора соответствует направлению вектора скорости , с которой движутся заряды, создающие ток, если q положительно.
В реальности даже носители одного типа движутся вообще говоря и как правило с различными скоростями. Тогда под следует понимать среднюю скорость.
В сложных системах (с различными типами носителей заряда, например, в плазме или электролитах)
то есть вектор плотности тока есть сумма плотностей тока по всем типам подвижных носителей; где - концентрация частиц каждого типа, - заряд частицы данного типа, - вектор средней скорости частиц этого типа.
Выражение для общего случая может быть записано также через сумму по всем индивидуальным частицам:
Зако́н О́ма - эмпирический физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника или электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника. Экспериментально установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.
В
своей оригинальной форме он был записан
его автором в виде: 
,
Здесь X - показания гальванометра, т.е в современных обозначениях сила тока I , a - величина, характеризующая свойства источника тока, постоянная в широких пределах и не зависящая от величины тока, то есть в современной терминологии электродвижущая сила (ЭДС) , l - величина, определяемая длиной соединяющих проводов, чему в современных представлениях соответствует сопротивление внешней цепи R и, наконец, b параметр, характеризующий свойства всей установки, в котором сейчас можно усмотреть учёт внутреннего сопротивления источника тока r .
В таком случае в современных терминах и в соответствии с предложенной автором записи формулировка Ома (1) выражает
Закон Ома для полной цепи :
Из закона Ома для полной цепи вытекают следствия:
При r<
При r>>R сила тока от свойств внешней цепи (от величины нагрузки) не зависит. И источник может быть назван источником тока.
Часто выражение:
(где есть напряжение или падение напряжения, или, что то же, разность потенциалов между началом и концом участка проводника) тоже называют «Законом Ома».
Таким образом, электродвижущая сила в замкнутой цепи, по которой течёт ток в соответствии с (2) и (3) равняется:
То есть сумма падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока и на внешней цепи равна ЭДС источника. Последний член в этом равенстве специалисты называют «напряжением на зажимах», поскольку именно его показывает вольтметр, измеряющий напряжение источника между началом и концом присоединённой к нему замкнутой цепи. В таком случае оно всегда меньше ЭДС.
К другой записи формулы (3), а именно:
применима другая формулировка:
Выражение (5) можно переписать в виде:
где коэффициент пропорциональности G назван проводимость или электропроводность. Изначально единицей измерения проводимости был «обратный Ом» - Mо , в Международной системе единиц (СИ) единицей измерения проводимости является си́менс (русское обозначение: См ; международное: S ), величина которого равна обратному ому.
ЗАКОН ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦА
При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.
Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.
По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.
В системе СИ:
[Q] = 1 Дж
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.
СВОЙСТВА (стационарного) МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Постоянное (или стационарное) магнитное поле - это магнитное поле, неизменяющееся во времени.
1. Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами и телами, проводниками с током, постоянными магнитами.
2. Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы и тела, на проводники с током, на постоянные магниты, на рамку с током.
3. Магнитное поле вихревое , т.е. не имеет источника.
Магнитная индукция
Это силовая характеристика магнитного поля.
Вектор магнитной индукции направлен всегда так, как сориентирована свободно вращающаяся магнитная стрелка в магнитном поле.
Единица измерения магнитной индукции в системе СИ:
Направление линий магнитной индукции
Определяется по правилу буравчика или по правилу правой руки.
Правило буравчика (в основном для прямого проводника с током):
Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.
Правило правой руки (в основном для определения направления магнитных линий внутри соленоида):
Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.
Существуют другие возможные варианты применения правил буравчика и правой руки.
Сила ампера
Это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.
Модуль силы Ампера равен произведению силы тока в проводнике на модуль вектора магнитной индуции, длину проводника и синус угла между вектором магнитной индукции и направлением тока в проводнике.
Сила Ампера максимальна, если вектор магнитной индукции перпендикулярен проводнику.
Если вектор магнитной индукции параллелен проводнику, то магнитное поле не оказывает никакого действия на проводник с током, т.е. сила Ампера равна нулю.
Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки :
Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а 4 вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующий на проводник с током.
или 
Действие магнитного поля на рамку с током
Однородное магнитное поле ориентирует рамку (т.е. создается вращающий момент и рамка поворачивается в положение, когда вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости рамки).
Неоднородное магнитное поле ориентирует + притягивает или отталкивает рамку с током. Так, в магнитном поле прямого проводника с током (оно неоднородно) рамка с током ориентируется вдоль радиуса магнитной линии и притягивается или отталкивается от прямого проводника с током в зависимости от направления токов.
Магнитный момент витка с током это физическая величина, как и любой другой магнитный момент, характеризует магнитные свойства данной системы. В нашем случае систему представляет круговой виток с током. Этот ток создает магнитное поле, которое взаимодействует с внешним магнитным полем. Это может быть как поле земли, так и поле постоянного или электромагнита.
Рисунок - 1 круговой виток с током
Круговой виток с током можно представить в виде короткого магнита. Причем этот магнит будет направлен перпендикулярно плоскости витка. Расположение полюсов такого магнита определяется с помощью правила буравчика. Согласно которому северный плюс будет находиться за плоскостью витка, если ток в нем будет двигаться по часовой стрелке.
Рисунок- 2 Воображаемый полосовой магнит на оси витка
На этот магнит, то есть на наш круговой виток с током, как и на любой другой магнит, будет воздействовать внешнее магнитное поле. Если это поле будет однородным, то возникнет вращающий момент, который будет стремиться развернуть виток. Поле буде поворачивать виток так чтобы его ось расположилась вдоль поля. При этом силовые линии самого витка, как маленького магнита, должны совпасть по направлению с внешним полем.
Если же внешнее поле будет не однородным, то к вращающему моменту добавится и поступательное движение. Это движение возникнет вследствие того что участки поля с большей индукцией будут притягивать наш магнит в виде витка больше чем участки с меньшей индукцией. И виток начнет двигаться в сторону поля с большей индукцией.
Величину магнитного момента кругового витка с током можно определить по формуле.
Что такое магнитное поле, какими основными свойствами оно обладает? Каково применение его в научных исследованиях, в быту и на производстве? Об этом будет рассказано в этой статье с применением скорее интуитивного подхода, основанного на общих примерах реального мира.
Графическое изображение силовых линий
Электрическое поле графически изображается при помощи силовых линий (линий напряженности), которые дают наглядное представление о распределении напряженности в пространстве. Они берут начало с положительного заряда, то есть с источника энергии. Отрицательный заряд является приемником силовых линий (поглотителем энергии). Чем больше мощность заряда, тем больше количество силовых линий исходит из него.
Для информации. Все что касается электрического поля на самом деле довольно трудно себе представить. Принято эти поля изображать мнимыми кривыми, которые обладают следующими свойствами: соответствующее поле имеет направление, касательное к кривой в каждой точке. Плотность этих кривых говорит о том, насколько сильным является поле в данной точке.
Магнитное поле обозначают соответствующими линиями. Их направление обращено в сторону направления стрелки компаса (с южного полюса к северному), если бы такую же стрелку разместили в эту область пространства. Плотность этих линий указывает на силу поля.
Важно! Индуцированная электродвижущая сила не является однородной, имеет тенденцию настраивать токи между точками, где наибольший и наименьший потенциал. Так как индукция магнитного поля является векторной величиной, то требуется найти его ориентированность.
Магнитное поле ведет себя иначе, чем электрическое: у него никогда не может быть источников и поглотителей. Линии магнитной индукции имеют направление, как всякая векторная величина, но они никогда не начинаются и не заканчиваются. Линии магнитного поля представляют собой замкнутые петли.
Для информации. Во Вселенной магнитных зарядов нет. Говоря о монополях в теоретической физике, подразумевают заряды, которые никто никогда не наблюдал. Магнитные поля – это области, где объект проявляет свое влияние, привлекая или отталкивая соседний объект. Линии магнитной индукции – это средство, с помощью которого поля воздействуют на соседние объекты. Магнитные силы основаны на материалах, из которых сделаны объекты. Они не имеют отношения к гравитации, поскольку величина силы тяжести основана на массе объекта.
Источники магнитного поля
Итак, магнитное поле не создается зарядами. Что же тогда является его источником? Оно создается электрическими токами. Если ток можно представить вектором с некоторым направлением, то линии магнитной индукции представляют собой петли, вращающиеся вокруг этого тока.
При изменении электрического поля во времени создаются линии магнитной индукции вокруг направления изменения. Благодаря этому эффекту электромагнитное поле может распространяться даже в пустом пространстве без токов и зарядов.
Электромагнитное поле проводника
Любое вещество состоит из атомов, включающих в себя движущиеся заряды. Это значит, что каждому атому присуще своё магнитное поле. Но, как правило, эти поля разнонаправленны, и общего магнитного поля не создаётся. В то время как у материала (железо, никель, кобальт) магнитные поля атомов могут выстраиваться таким образом, что почти все они будут одинаково направлены. Создается одно единое мощное магнитное поле, и материал намагничивается.
Важно! Намагничивание – это упорядочивание магнитных полей атомов. Нарушить это можно постукиванием или нагреванием материала. Атомы начинают двигаться хаотично, и материал теряет магнитные свойства.
Электромагнитная индукция
При всяком изменении магнитного потока в цепи индуцируется ЭДС. Если цепь замкнута, в ней также возникает ток. ЭДС и ток, создаваемый таким образом, сохраняются до тех пор, пока продолжается изменение потока, связанного с контуром. Это явление называют электромагнитной индукцией.
Экспериментальные наблюдения в исследуемой области позволили ученым вывести два знаменитых закона физики:
- Закон Фарадея. Величина индуцированной э.д.с. пропорциональна скорости изменения магнитного потока, связанного с контуром;
- Закон Ленца. Направление индуцированной э.д.с. таково, что оно выступает против изменения магнитного потока, который его производит.
Закон Фарадея является основным компонентом электротехники. Генераторы, трансформаторы, станции по выработке и производству электроэнергии – все это основано на этом законе: переменное магнитное поле индуцирует электрическое поле.
Простой способ показать соотношение электрических и магнитных сил называется правилом правой руки. Простое правило правой руки говорит о том, что:
- линии индукции, полученные посредством токопроводящего провода, будут ориентированы в том же направлении, что и свернутые пальцы левой руки человека;
- по противопоставленному положению большого пальца определяется направление тока.
Общая сумма магнитного потока Ф равна плотности потока B, умноженной на площадь A, через которую он протекает.
Важно! Магнитное поле должно увеличивать или уменьшать интенсивность, перпендикулярную к проводу (так, чтобы линии потока «пересекали» проводник), иначе напряжение не будет индуцировано. Способом создания магнитного поля, изменяемого с интенсивностью, является перемещение магнита рядом с проволокой или катушкой провода.
В векторном пространстве каждая точка может быть отождествлена с двумя векторами: электрическим полем E или магнитной индукцией B. Они имеют определённые значения в каждой точке пространства, которые могут быть любыми, даже нулевыми. С помощью векторных линий отображается электромагнитное поле, так его легче и удобнее представить.
Видео
>> Вектор магнитной индукции. Линии магнитной индукции
§2 ВЕКТОР МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ЛИНИИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Электрическое поле характеризуется векторной величиной - напряженностью электрического поля . Надо бы ввести также и величину, характеризующую магнитное поле количественно. Дело это непростое, так как магнитные взаимодействия сложнее электрических. Векторную характеристику магнитного поля называют вектором магнитной индукции и обозначают буквой . Сначала мы рассмотрим вопрос только о направлении вектора .
Магнитная стрелка.
Мы видели, что в магнитном поле рамка с током на гибком подвесе, со стороны которого не действуют силы упругости, препятствующие ориентации рамки, поворачивается до тех пор, пока она не установится определенным образом. Вам известно, что так же ведет себя и магнитная стрелка - маленький продолговатый магнит с двумя полюсами на концах - южным S и северным N.
Направление вектора магнитной индукции . Ориентирующее действие магнитного поля на магнитную стрелку или рамку с током можно использовать для определения направления вектора магнитной индукции.
За направление вектора магнитной индукции принимается направление , которое показывает северный полюс N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле (рис. 1.7, а). Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током (рис. 1.7, б). Положительная нормаль направлена в ту сторону, куда перемещается буравчик (с правой нарезкой), если вращать его по направлению тока в рамке (рис. 1.7, в).
Используя рамку с током или магнитную стрелку, можно определить направление вектора магнитной индукции в любой точке поля.
На рисунках 1.8, 1.9 показаны опыты с магнитной стрелкой, повторяющие опыты с рамкой (см. рис. 1.5, 1.6).
В магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке устанавливается по касательной к окружности (см. рис. 1.9). Плоскость такой окружности перпендикулярна проводу, а центр ее лежит на оси провода.
Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление враш,ения ручки буравчика указывает направление вектора магнитной индукции.
Опыт по определению направления вектора индукции магнитного поля Земли проводит каждый, кто ориентируется на местности по компасу.
Линии магнитной индукции. Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые линии магнитной индукции . Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым в любой их точке совподают с вектором в данной точке поля (рис. 1.10). Линии вектора магнитной индукции аналогичны линиям вектора напряженности электростатического поля.
Для магнитного поля прямолинейного проводника с током из приведенных ранее опытов следует, что линии магнитной индукции - концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной этому проводнику с током (см. рис. 1.9). Центр окружностей находится на оси проводника. Стрелки на линиях указывают, в какую сторону направлен вектор магнитной индукции, касательный к данной линии.
На рисунке 1.11 показана картина магнитного поля катушки с током (соленоида). Если длина соленоида много больше его диаметра, то магнитное поле внутри соленоида можно считать однородным. Линии магнитной индукции такого поля параллельны и находятся на равных расстояниях друг от друга.
На рисунке 1.12 показано магнитное поле Земли. Линии магнитной индукции поля Земли подобны линиям магнитной индукции поля соленоида.
Магнитный северный полюс N близок к Южному географическому полюсу, а магнитный южный полюс S - к Северному географическому полюсу. Ось такого большого магнита составляет с осью вращения Земли угол 11,5°. Периодически магнитные полюсы меняют свою полярность. Последняя такая замена произошла около 30 000 лет назад.
Картину линий магнитной индукции можно сделать видимой, воспользовавшись мелкими железными опилками. С этим методом вы уже знакомы.
В магнитном поле каждый кусочек железа , насыпанный на лист картона, намагничивается и ведет себя как маленькая магнитная стрелка. Большое количество таких стрелок позволяет в большем числе точек определить направление магнитного поля и, следовательно, точнее выяснить расположение линий магнитной индукции. Примеры картин магнитного поля приведены на рисунках 1.13-1.16.
Вихревое поле. Важная особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты. Вспомним, что с электростатическим полем дело обстоит иначе. Его силовые линии во всех случаях имеют источники: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.
Поля с замкнутыми векторными линиями называют вихревыми. Магнитное поле - вихревое поле .
Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное ноле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе не существует.
Магнитное поле - вихревое поле, в каждой точке поля вектор магнитной индукции имеет определенное направление. Это направление указывает магнитная стрелка или его можно определить по правилу буравчика. Магнитное поле не имеет источников; магнитных зарядов в природе не существует.
1. Как ориентируются в однородном магнитном поле замкнутый контур с током и магнитная стрелка!
2. Что называют линиями магнитной индукции !
3. Какие поля называют вихревыми!
4. Чем вихревое поле отличается от потенциального!