О чем говорит замкнутость линий магнитной индукции
Для изучения магнитного поля можно взять замкнутый контур малых размеров. Например, можно взять маленькую плоскую проволочную рамку произвольной формы. Подводящие ток проводники нужно расположить близко друг к другу или сплести вместе. Тогда результирующая сила, действующая со стороны магнитного поля на эти проводники, будет равна нулю.
Выяснить характер действия магнитного поля на контур с током можно с помощью следующего опыта.
Подвесим на тонких гибких проводниках, сплетенных вместе, маленькую плоскую рамку, состоящую из нескольких витков проволоки. На расстоянии, значительно большем размеров рамки, вертикально расположим провод. При пропускании электрического тока через провод и рамку рамка поворачивается и располагается так, что провод оказывается в плоскости рамки. При изменении направления тока в проводе рамка повернется на 180°.
Магнитное поле создается не только электрическим токе но и постоянными магнитами. Если мы подвесим на гибких проводах рамку с током между полюсами магнита, то рамка будет поворачиваться до тех пор, пока плоскость ее не установится перпендикулярно к линии, соединяющей полюсы магнита. Таким образом, магнитное поле оказывает на рамку с ток ориентирующее действие.
Вектор магнитной индукции
Величина, характеризующая магнитное поле количественно называется вектором магнитной индукции и обозначают
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 от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током. рис. 4
Положительная нормаль направлена в ту сторону, куда перемещается буравчик, если вращать его по направлению тока в рамке.
Располагая рамкой с током или магнитной стрелкой, 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 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 вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
Линии магнитной индукции
Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить линии магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор в данной точке поля.
Для прямолинейного проводника с током линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности, лежащие 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.
Для катушки с током картина линий магнитной индукции, построенная с помощью магнитных стрелок или малых контуров с током, показана на рис. 6. Если длина соленоида много больше его диаметра, то магнитное поле внутри! соленоида можно считать однородным. Линии магнитной индукции такого поля параллельны.
Картину линий магнитной индукции можно сделать видимой, воспользовавшись мелкими железными опилками.
В магнитном поле каждый кусочек железа, насыпанный на лист картона, намагничивается и ведет себя как маленькая магнитная стрелка. Наличие большого количестве таких стрелок позволяет в большее числе точек определить направление магнитного поля и, следовательно более точно выяснить расположение линий магнитной индукции.
Важная особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты.
Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Магнитное поле — вихревое поле.
Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобных электрическим в природе нет.
A. Линии индукции
Магнитное поле можно изображать графически с помощью линий магнитной индукции, подобно тому, как электрическое поле изображают с помощью линий напряженности.
Линией магнитной индукции называется линия, касательная к которой в каждой точке поля совпадает с вектором магнитной индукции (рис. 3). Так как в каждой точке магнитное поле характеризуется определенным значением \(
\vec B\), то через каждую точку поля можно провести линию магнитной индукции и только одну, линии магнитной индукции не пересекаются.
При изображении магнитного поля линии магнитной индукции проводятся так. чтобы их густота была пропорциональна модулю магнитной индукции.
Наглядное представление о линиях магнитной индукции можно получить, если на лист стекла, сквозь который проходит проводник с током, насыпать железные опилки и встряхнуть их. Опилки намагничиваются, становятся маленькими магнитными стрелками и располагаются вдоль \(
Исследование различных магнитных полей показало, что линии магнитной индукции в отличие от линий напряженности электростатического поля являются замкнутыми линиями. Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно свидетельствует о том, что магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет. Источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля.
Магнитное поле — вихревое поле.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 317-318.
Магнитное поле. Электромагнитная индукция
Магнитное поле — форма материи, посредством которой осуществляется связь и взаимодействие между движущимися электрическими зарядами в вакууме и веществе.
Любой движущийся электрический заряд создает вокруг себя магнитное поле. Механизм магнитных явлений объясняется взаимодействием движущихся электрических зарядов.
Основные свойства магнитного поля:
- а) магнитное поле создается электрическими зарядами (движущимся зарядами), намагниченными телами (магнитами) и переменным во времени электрическим полем;
- б) магнитное поле непрерывно в пространстве и действует только на движущиеся электрические заряды (в отличие от электрического поля). Оно также действует на покоящиеся и движущиеся намагниченные тела;
- в) разноименные полюсы магнитов притягиваются, одноименные — отталкиваются. Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция В.
Магнитная индукция — векторная величина, модуль которой определяется отношением максимального значения силы Fmax, действующей со стороны магнитного поля на прямой проводник с током, к силе этого тока I в проводнике и его длине I:
Единица магнитной индукции: тесла; 1 Тл = 1 Н/(А-м).
Для определения направления вектора магнитной индукции используется ориентирующее действие магнитного поля на малую рамку (контур) с током. За направление действия магнитной индукции В в данной точке принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль п к свободно подвешенной рамке с током (замкнутый плоский контур с током), или направление, совпадающее с направлением, указываемым северным полюсом магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля (рис. 4.26). Положительное направление нормали п к контуру с током определяется правилом буравчика (или правого винта): положительная нормаль направлена в сторону, куда перемещался бы буравчик с правой резьбой, если рукоятку вращать по направлению тока в контуре (рамке).
Принцип суперпозиции магнитных полей: магнитная индукция В результирующего поля равна векторной сумме магнитных индукций Въ В2. В„ складываемых полей, образованных в этой точке каждым полем в отдельности:
где п — число токов, создающих поля.
В частном случае наложения двух магнитных полей, создаваемых двумя проводниками с токами Д и 12, которые текут в одном направлении и направлены перпендикулярно от нас, результирующий вектор В в точке А равен В = Вг + В2, а модуль
магнитной индукции B = + В| -г 2В, В2 cos а, где а — угол
между векторами В] и В2 (рис. 4.27).
Для графического изображения магнитных полей используется представление о линиях магнитной индукции.
Линии магнитной индукции (силовые линии магнитного поля) — воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции В в этих точках.
Линии магнитной индукции всегда замкнуты, либо идут из бесконечности. Замкнутость линий означает, что в природе отсутствуют свободные магнитные заряды.
Линии магнитной индукции прочерчивают с такой густотой, чтобы число линий, пересекающих единицу поверхности, перпендикулярной к ним, было равно (или пропорционально) величине модуля вектора индукции магнитного поля в данном месте. Поля с замкнутыми силовыми линиями называются вихревыми полями. Заметим, что линии напряженности электростатического поля являются разомкнутыми.
Направление вектора магнитной индукции поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током, определяется правилом буравчика (правилом правого винта): если поступательного движение буравчика с правой резьбой совпадает с направлением тока в проводнике, то направление движения конца рукоятки буравчика укажет направление вектора магнитной индукции (рис. 4.28).
Еще одно правило (правило правой руки) для определения направления вектора магнитной индукции бесконечно длинного прямого проводника с током: мысленно пальцами правой руки обхватить проводник с током так, чтобы большой палец указывал направление тока. Тогда полусогнутые пальцы укажут направление вектора магнитной индукции В.
Магнитная индукция поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током:
где |д0 — магнитная постоянная; р — магнитная проницаемость среды; г — расстояние от оси проводника.
Направление вектора магнитной индукции, создаваемого проводником в форме кругового витка с током (рис. 4.29), определяют по правилу правой руки или по правилу буравчика: если направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением тока в витке, то направление его поступательного движения укажет направление индукции магнитного поля.
Магнитная индукция поля в центре кругового витка с радиусом г, по которому протекает ток I:
На рис. 4.30 и 4.31 приведены, соответственно, линии магнитной индукции поля соленоида и поля полосового (постоянного) магнита.
Индукция магнитного поля в центре соленоида (вдали от краев соленоида) равна:
где N — число витков; I — длина соленоида; п = N/1 — число витков на единицу длины соленоида; I — сила тока в одном витке.
Закон Ампера.
Взаимодействие параллельных проводников
Сила Ампера — сила, действующая на прямолинейный проводник с током, помещенный в магнитное поле.
Закон Ампера: модуль силы Ампера равен произведению силы тока I, протекающего в проводнике, на модуль вектора магнитной индукции В, на длину проводника I и на синус угла а между вектором В и проводником с током:
или в векторной форме
Вектор силы Ампера перпендикулярен плоскости, в которой лежит вектор магнитной индукции В и проводник с током.
Модуль силы Ампера FA зависит от составляющей вектора В, перпендикулярной проводнику: В L = Bsina (рис. 4.32, а). Тогда выражение для силы Ампера примет вид:
Направление силы Ампера подчиняется правилу правого буравчика: при вращении рукоятки буравчика от направления
тока к вектору В по наименьшему углу поступательное движение буравчика происходит в направлении силы РА.
Направление силы Ампера можно определить и по правилу левой руки (рис. 4.32, б): если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входила перпендикулярная к проводнику составляющая В | вектора индукции В, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление силы Ампера.
Между двумя параллельными прямолинейными проводниками возникает сила взаимодействия: проводники притягиваются друг к другу, если по ним протекают токи и 12 одного направления (рис. 4.33, а), с токами разного направления — отталкиваются (рис. 4.33, б).
Сила взаимодействия двух параллельных проводников
с токами 1Х и /2, расположенных на расстоянии d друг от друга, рассчитанная на отрезок проводника длиною I, выражается формулой (рис. 4.33)
О чем говорит замкнутость линий магнитной индукции
Билет №2 Линии индукции магнитного поля (магнитные силовые линии)
Ответ:
Линии магнитной индукции — линии, касательные к которым направлены также как и вектор магнитной индукции в данной точке поля. Магнитные поля, так же как и электрические, можно изображать графически при помощи линий магнитной индукции. Через каждую точку магнитного поля можно провести линию индукции. Так как индукция поля в любой точке имеет определённое направление, то и направление линии индукции в каждой точке данного поля может быть только единственным, а значит, линии магнитного поля, так же как и электрического поля, линии индукции магнитного поля прочерчивают с такой густотой, чтобы число линий, пересекающих единицу поверхности, перпендикулярной к ним, было равно (или пропорционально) индукции магнитного поля в данном месте. Поэтому, изображая линии индукции, можно наглядно представить, как меняется в пространстве индукция, а следовательно, и напряжённость магнитного поля по модулю и направлению.
Силовые линии электрических и магнитных полей — линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением напряженности электрического или соответствующего магнитного поля; качественно характеризуют распределение электромагнитного поля в пространстве. Силовые линии — только наглядный способ изображения силовых полей.
Линии магнитной индукции — линии, касательные к которым в данной точке совпадают по направлению с вектором B (направление магнитной индукции) в этой точке. Направление линии магнитной индукции связано с направлением тока в проводнике.
Направление линии магнитной индукции определяется по правилу правой руки (правило буравчика).
Линии магнитной индукции прямого проводника с током представляют концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной току.
Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с токами. Это отличает их от линий напряженности (силовых линий) электрического поля. Замкнутость линий магнитной индукции означает то, что в природе не существует магнитных зарядов.