Основные характеристики магнитного поля
 |
Аналогично электрическому полю, необходимо для магнитного поля ввести количественную характеристику. Для этого выбирают некоторый объект — «пробное тело», реагирующее на магнитное поле. В качестве такого тела достаточно взять малую рамку (контур) с током, чтобы можно было считать, что рамка помещается в некоторую точку поля. Опыт показывает, что на пробную рамку с током в магнитном поле действует момент силы М, зависящий от ряда факторов, в том числе и от ориентации рамки. Максимальное значение Мmax зависит от магнитного поля, в котором находится контур, и от самого контура: силы тока I, протекающего по нему, и площади S, охватываемой контуром, т. е.
 |
Величину
называют магнитным моментом контура с током. Таким образом,
 |
Магнитный момент — векторная величина. Для плоского контура с током вектор рт направлен перпендикулярно плоскости контура и связан с направлением тока I правилом правого винта (рис. 13.1).
Магнитный момент является характеристикой не только контура с током, но и многих элементарных частиц (протоны, нейтроны, электроны и т. д.), определяя поведение их в магнитном поле.
Единицей магнитного момента служит ампер-квадратный мета (А * м2). Магнитный момент элементарных частиц, ядер, атомов и молекул выражают в особых единицах, называемых атомным ((μБ) или ядерным (μя) магнетоном Бора:
Зависимость (13.3) используют для введения силовой характеристики магнитного поля — вектора магнитной индукции В.
Магнитная индукция в некоторой точке поля равна отношению максимального вращающего момента, действующего на рамку с током в однородном магнитном поле, к магнитному моменту этой рамки:
 |
Вектор В совпадает по направлению с вектором рт в положении устойчивого равновесия контура. На рис. 13.2 показано положение рамки с током в магнитном поле индукции В, соответствующее максимальному моменту силы (а) и нулевому (б). Последний случай соответствует устойчивому равновесию (векторы В и рт коллинеарны).
Единицей магнитной индукции является тесла (Тл):
Таким образом, в поле с магнитной индукцией 1 Тл на контур, магнитный момент которого 1 А • м2, действует максимальный момент силы 1 Н • м.
 |
Магнитное поле графически изображают с помощью линий магнитной индукции, касательные к которым показывают направление вектора В. Густота линий, т. е. число линий, проходящих через единичную, перпендикулярно им расположенную площадку, пропорциональна модулю вектора В. Линии магнитной индукции не имеют начала или конца и являются замкнутыми. Подобные поля называют вихревыми. Циркуляция вектора магнитной индукции по любой линии магнитной индукции не равна нулю:
 |
Рассмотрим некоторую площадку S, находящуюся в области однородного магнитного поля индукции В (рис. 13.3). Проведем линии магнитной индукции через эту площадку. Ее проекция на плоскость, перпендикулярную линиям, равна So. Число линий, пронизывающих S и So, одинаково. Так как густота линий соответствует значению В, то общее число линий, пронизывающих площадки, пропорционально
На рис. 13.3 видно, что So = S cos α, откуда
 |
где Вп = В cos α — проекция вектора В на направление нормали п к площадке, Ф — магнитный поток.
В более общем случае, например, неоднородного магнитного поля поверхности, а не плоской площадки (рис. 13.4), магнитный поток Ф также пропорционален числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность.
Единицей магнитного потока, согласно (13.6), является вебер (Вб):
Из формулы (13.7) видно, что поток может быть как положительным (cos α > 0), так и отрицательным (cos α < 0).
В соответствии с этим линии магнитной индукции, выходящие из замкнутой поверхности, считают положительными, а входящие - отрицательными. Так как линии магнитной индукции замкнуты, то магнитный поток сквозь замкнутую поверхность равен нулю.
 |
Как и всякая материальная субстанция, магнитное поле обладает энергией. Проиллюстрируем наличие такой энергии на примере магнитного поля, созданного контуром с постоянным током. Если разомкнуть цепь контура, то исчезнет ток и, следовательно, магнитное поле. При размыкании цепи возникнет искра или дуговой разряд. Это означает, что энергия магнитного поля превратилась в другие формы энергии — световую, звуковую и тепловую.
Выражение для объемной плотности энергии магнитного поля имеет следующий вид:
где μ — магнитная проницаемость среды, а μ0 — магнитная постоянная.
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 759;