Магнитные явления, как и электрические, известны с древних времен. Известно свойство магнитного железняка притягивать железные предметы, в древнем Китае было известно свойство магнитной стрелки устанавливаться вдоль меридиана. Конец магнитной стрелки, указывающий на север, назовем северным, противоположный конец – южным. Стрелка должна вращаться без трения (свободно), поскольку магнитное поле земли весьма слабое. Вырезанный из магнитного материала стержень приобретает аналогичные свойства. Как бы его ни вырезали, один конец его становится северным полюсом, другой – южным. Два таких стержня будут взаимодействовать. Одноименные полюса отталкиваются друг от друга, разноименные – притягиваются. Причем сила их взаимодействия уменьшается при увеличении расстояния между ними.Это общее свойство сил в физике.
Изучение магнитных явлений шло … отдельно от изучения электрических до 1820 года, когда ученый Эрстед обнаружил влияние проводника с током на магнитную стрелку.
Суть открытия состояла в том, что магнитные стрелки ориентировались вдоль окружностей, охватывающих прямой провод с током. Чем больше была сила тока в проводе, тем сильнее он влиял на стрелки. Чем дальше были стрелки от провода, тем слабее было влияние. Возникла идея. Если ток оказывает действие, аналогичное магниту, то токи должны взаимодействовать между собой. Причем эта сила – не электрическая.
Ведь в проводнике не накапливаются заряды одного знака – он электрически нейтрален. Чтобы изучать магнитные свойства тока стали использовать виток. Протекающие по подводящим к нему проводам токи противоположны, что эквивалентно нулевому суммарному току. Поэтому действие будет оказывать только замкнутый ток витка.Было выяснено, что два витка с сонаправленными токами взаимодействуют так же, как магниты с противоположными полюсами. Чтобы было понятно, в каком направлении на рисунке изображен ток витка, его ближняя к нам часть изображена жирной линией. Самое интересное то, что, изменив направление тока в одном витке, мы наблюдаем отталкивание витков.Таким образом, выяснено, что
То есть, это взаимодействие не электрическое. Электрическое не зависит от направления движения зарядов, а лишь от их величины. Это взаимодействие назвали магнитным. При увеличении силы тока в проводнике, его магнитное действие возрастает.
Когда мы рассматривали электрическое поле, мы изображали его геометрически с помощью линий напряженности. Они проводились так, чтобы сила, действующая со стороны поля на помещенный в эту точку заряд, была направлена вдоль этой линии (по касательной). Магнитное взаимодействие тоже характеризуется полем. Свойства магнитного поля отличаются от электрического. Магнитное поле создается постоянными магнитами или проводниками с током.Математической характеристикой электрического поля была напряженность, то есть сила, действующая в данной точке поля на единичный заряд, помещенный в эту точку. Описание магнитного поля сложнее. Линиями магнитного поля назовем линии, вдоль которых выстраиваются маленькие магнитные стрелочки.
На рисунке показаны линии магнитной индукции витка с током и постоянного полосового магнита. Величина поля характеризуется вектором магнитной индукции. С помощью него можно вычислить силу, действующую со стороны магнитного поля на магнитную стрелку или проводник с током, помещенный в эту точку. Но это правило сложнее, чем для электрического поля. Линии напряженности электрического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Линии магнитной индукции всегда замкнуты (в магните они замыкаются внутри него). Вектор магнитной индукции направлен по касательной к линиям.
Мы пришли к определению нового физического взаимодействия – магнитного, и описанию его с помощью вектора магнитной индукции. Магнитное поле создается движущимися зарядами. Пространство, в котором оно создано, отличается тем, что в каждой точке пространства на магнитную стрелку действует сила, устанавливающая ее в определенном направлении – магнитная сила.
Чтобы связать направление вектора индукции магнитного поля в центре витка с направлением тока в витке, используют правило буравчика (с правой нарезкой). Вращая его в направлении тока в витке, мы будем вкручивать его в направлении вектора индукции B. В этом направлении установится северный конец стрелочки. Для определения направления B прямого тока нужно использовать буравчик несколько иначе.
Величину вектора B вычислить сложно. Пока мы будем пользоваться формулой для величины B в центре витка с током. Эта величина пропорциональна силе тока и обратно пропорциональна радиусу витка (чем дальше источник поля, тем меньше поле), и вычисляется по формуле 
. Коэффициент μ0 определяется выбором единицы силы тока, в системе СИ он равен μ0=4π•10-7=1.257•10-6 единиц СИ.
Прямой ток создает поле, убывающее по мере удаления от него. Если точка находится на расстоянии x от очень длинного прямого провода, то индукция вычисляется по формуле 
.
Как увеличить магнитное поле витка? Для этого можно намотать несколько близко расположенных витков. Их поля сонаправлены, поэтому будут усиливать друг друга. Во сколько раз поле двух близких витков с одинаковым током больше поля одного? Каждый ответит, что в два раза, хотя доказать это невозможно. Просто векторный характер нашего мира укоренился в подсознании. Ведь это – проявление принципа суперпозиции. Каждый виток создает поле независимо от другого, а потом два поля просто складываются.
Намотав большое количество витков, мы получим катушку – соленоид. Поля витков сложатся, и максимально усилят друг друга внутри катушки.
Внутри катушки поле будет однородным – одинаковым по величине и направлению во всех точках. Оно вычисляется по формуле 
. 
. Здесь I – сила тока в катушке, N – число ее витков, L – ее длина. То есть, n – число витков на единицу длины, их «густота».
Таким образом, постоянный магнит или проводник с током изменяют свойства пространства вокруг себя. В этом измененном пространстве на другой магнит или ток начинает действовать сила. Математически это действие описывается с помощью вектора магнитной индукции и линий магнитного поля. Магнитное поле движущихся зарядов намного слабее электрического поля этих зарядов, заметить его не так просто. К концу XIX века электрические и магнитные явления были объяснены единой теорией. Поэтому с современной точки зрения, электрическое и магнитное поле есть проявления единого поля, создаваемого зарядами. В тех или иных условиях проявляется то или иное поле. Например, в проводнике с током, заряд электронов в точности равен заряду ионов решетки (проводник электрически нейтрален), поэтому его магнитное действие становится заметным.
refac.ru
Магнитное поле это материя, которая возникает вокруг источников электрического тока, а также вокруг постоянных магнитов. В пространстве магнитное поле отображается как совокупление сил, которые способны оказать воздействие на намагниченные тела. Это действие объясняется наличием движущих разрядов на молекулярном уровне.
Магнитное поле формируется только вокруг электрических зарядов, которые находятся в движении. Именно поэтому магнитное и электрическое поле являются, неотъемлемыми и вместе формируют электромагнитное поле. Компоненты магнитного поля взаимосвязаны и воздействуют друг на друга, изменяя свои свойства.
Свойства магнитного поля: 1. Магнитное поле возникает под воздействие движущих зарядов электрического тока.2. В любой своей точке магнитное поле характеризуется вектором физической величины под названием магнитная индукция, которая является силовой характеристикой магнитного поля.3. Магнитное поле может воздействовать только на магниты, на токопроводящие проводники и движущиеся заряды.4. Магнитное поле может быть постоянного и переменного типа5. Магнитное поле измеряется только специальными приборами и не может быть воспринятым органами чувств человека.6. Магнитное поля является электродинамическим, так как порождается только при движении заряженных частиц и оказывает влияние только на заряды, которые находятся в движении.
7. Заряженные частицы двигаются по перпендикулярной траектории.Размер магнитного поля зависит от скорости изменения магнитного поля. Соответственно этому признаку существуют два вида магнитного поля: динамичное магнитное поле и гравитационное магнитное поле. Гравитационное магнитное поле возникает только вблизи элементарных частиц и формируется в зависимости от особенностей строения этих частиц.Магнитный момент возникает в том случае, когда магнитное поле воздействует на токопроводящую раму. Другими словами, магнитный момент это вектор, который расположен на ту линию, которая идет перпендикулярно раме.
Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных силовых линий. Эти линии проводятся в таком направлении, так чтобы направление сил поля совпало с направлением самой силовой линии. Магнитные силовые линии являются непрерывными и замкнутыми одновременно.
Направление магнитного поля определяется с помощью магнитной стрелки. Силовые линии определяют также полярность магнита, конец с выходом силовых линий это северный полюс, а конец, с входом этих линий, это южный полюс.
Очень удобно наглядно оценить магнитное поле с помощью обычных железных опилок и листка бумаги.Если мы на постоянный магнит положим лист бумаги, а сверху насыпим опилок, то частички железа выстроятся соответственно силовым линиям магнитного поля.
Направление силовых линий для проводника удобно определять по знаменитому правилу буравчика или правилу правой руки. Если мы обхватим проводник рукой так, чтобы большой палец смотрел по направлению тока(от минуса к плюсу), то 4 оставшиеся пальцы покажут нам направление силовых линий магнитного поля.
А направление силы Лоренца - силы, с которой действует магнитное поле на заряженную частицу или проводник с током, по правилу левой руки.Если мы расположим левую руку в магнитном поле так, что 4 пальца смотрели по направлению тока в проводнике , а силовые линии входили в ладонь, то большой палец укажет направление силы Лоренца, силы действующей на проводник помещенный в магнитное поле.
На этом собственно всё. Появившиеся вопросы обязательно задавайте в комментариях.
Заметка: учите инглиш? - рейтинг школ английского языка (http://www.schoolrate.ru/) будет вам полезен при выборе.
Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:reshit.ru
Магнитное поле - форма существования материи, окружающей движущиеся электрические заряды (проводники с током, постоянные магниты).
Это название обусловлено тем, что, как обнаружил в 1820 году датский физик Ханс Эрстед, оно оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку. Опыт Эрстеда: под проволокой с током помещалась магнитная стрелка, вращающаяся на игле. При включении тока она устанавливалась перпендикулярно проволоке; при изменении направления тока поворачивалась в противоположную сторону.
Основные свойства магнитного поля:
1) порождается движущимися электрическими зарядами, проводниками с током, постоянными магнитами и переменным электрическим полем;
2) действует с силой на движущиеся электрические заряды, проводники с током, намагниченные тела;
3) переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле.
Из опыта Эрстеда следует, что магнитное поле имеет направленный характер и должно иметь векторную силовую характеристику. Ее обозначают 
и называют магнитной индукцией.
Магнитное поле изображается графически с помощью магнитных силовых линий или линий магнитной индукции. Магнитными силовыми линиями называются линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются железные опилки или оси маленьких магнитных стрелок. В каждой точке такой линии вектор направлен по касательной.
Линии магнитной индукции всегда замкнуты, что говорит об отсутствии в природе магнитных зарядов и вихревом характере магнитного поля.
Условно они выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Густота линий выбирается так, чтобы число линий через единицу площади, перпендикулярную магнитному полю, было пропорционально величине магнитной индукции.
|
 |
Направление линий определяется правилом правого винта. Соленоид - катушка с током, витки которой расположены вплотную друг к другу, а диаметр витка много меньше длины катушки.
Магнитное поле внутри соленоида является однородным. Магнитное поле называется однородным, если вектор в любой точке постоянен.
Магнитное поле соленоида аналогично магнитному полю полосового магнита.
Соленоид с током представляет собой электромагнит.
Опыт показывает, что для магнитного поля, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции: индукция магнитного поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме индукций магнитных полей, создаваемых каждым током или зарядом:
Вектор вводится одним из 3-х способов:
а) из закона Ампера;
б) по действию магнитного поля на рамку с током;
в) из выражения для силы Лоренца.
Ампер экспериментально установил, что сила 
с которой магнитное поле действует на элемент проводника 
с током I, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе
тока I и векторному произведению элемента длины на магнитную индукцию :
- закон Ампера
Направление вектора 
может быть найдено согласно общим правилам векторного произведения, откуда следует правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в нее, а 4 вытянутых пальца направить по току, то отогнутый большой палец покажет направление силы.
Сила, действующая на провод конечной длины, найдется интегрированием по всей длине.
При I = const, B=const, F = B×I×l×sina
Если a =900, F = B×I×l
Индукция магнитного поля - векторная физическая величина, численно равная силе, действующей в однородном магнитном поле на проводник единичной длины с единичной силой тока, расположенный перпендикулярно магнитным силовым линиям.
1Тл - индукция однородного магнитного поля, в котором на проводник длиной 1м с током в 1А, расположенный перпендикулярно магнитным силовым линиям, действует сила 1Н.
До сих пор мы рассматривали макротоки, текущие в проводниках. Однако, согласно предположению Ампера, в любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах. Эти микроскопические молекулярные токи создают свое магнитное поле и могут поворачиваться в полях макротоков, создавая в теле дополнительное магнитное поле. Вектор характеризует результирующее магнитное поле, создаваемое всеми макро- и микротоками, т.е. при одном и том же макротоке вектор в различных средах имеет разные значения.
Магнитное поле макротоков описывается вектором магнитной напряженности 
.
Для однородной изотропной среды
,
m0= 4p×10-7Гн/м - магнитная постоянная, m0= 4p×10-7Н/А2,
m - магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков 
изменяется за счет поля микротоков среды.
poznayka.org
