Магнитное поле (средняя школа)
Магнитное поле

Проводники с током действуют друг на друга посредством магнитных сил. Магнитная сила проявляется также в опытах с магнитной стрелкой. Опыт показывает, что движущиеся электрические заряды (токи) создают магнитное поле.

Рис. 1. Магнитное взаимодействие проводников с током

Магнитное поле действует на находящийся в нем проводник с током. Характеристика магнитного поля, определяющая силу действия магнитного поля, называется магнитной индукцией  Единицей магнитной индукции в СИ является тесла (Тл).

Магнитная индукция – это векторная величина. Направление магнитной индукции поля, создаваемого током, можно определить по правилу буравчика: направление вращения рукоятки буравчика при его движении вдоль тока указывает направление вектора Графически направление магнитной индукции часто указывается магнитными линиями: направление магнитной линии в каждой точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции в этой точке. В отличие от силовых линий электрического поля линии магнитной индукции замкнуты или уходят в бесконечность; это связано с тем, что магнитных зарядов не существует, а само магнитное поле – вихревое по природе. Магнитное поле не обладает свойством консервативности.

Рис. 2. Силовые линии полосового магнита

Сила, действующая со стороны магнитного поля на элемент проводника длиной l с током I, определяется законом Ампера:
F = IBl sin α,
где α – угол между направлениями тока и магнитной индукции.

Рис. 3. Правило левой руки

Ее направление можно определить по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление действия силы.

Магнитное поле действует не только на проводники с током, но и на отдельные движущиеся электрические заряды. Силу, действующую на движущиеся заряды в магнитном поле, называют силой Лоренца:
F = qυB sin α.
Здесь υ – скорость заряда q, α – угол между направлением движения заряда и магнитной индукцией. Направление силы Лоренца, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки. При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает, так как она всегда направлена перпендикулярно скорости заряженной частицы.

Рис. 4. Сила Лоренца

В однородном магнитном поле частица будет двигаться по спирали, ось которой совпадает с направлением магнитной индукции. Радиус спирали будет равен:
где m и q – масса частицы и ее заряд, – составляющая скорости, перпендикулярная магнитной индукции Период обращения равен Шаг спирали равен где – составляющая, параллельная магнитной индукции.

Рис. 5. Движение частицы в однородном магнитном поле

 

Магнитная индукция в веществе отличается по модулю от магнитной индукции в вакууме
Коэффициент пропорциональности называется магнитной проницаемостью. Магнитные свойства вещества определяются, в основном, электронами, входящими в состав атомов. По величине μ все веществе делятся на диамагнетики (μ < 1), парамагнетики (μ > 1) и ферромагнетики (μ >> 1). Последние при температуре выше TК (точка Кюри) переходят в парамагнетики.