Так. Я знаю. Пе, ен, переходи, діоди і транзистори з'їли весь мозок, а потім відригнув його в напівпереварене вигляді. Але чисто електрична частина відступила! Тепер знову можна трохи розслабитися і згадати про такі штуки, як магніти і магнетизм. Чомусь електрику і магнетизм весь час йдуть пліч-о-пліч один з одним. Навіть в самому-самому початку цього великого розділу, коли ще говорив про точкові зарядікі, я згадав слово "електромагнітні". Ось тепер настала пора вийти з тіні другого "сіамському близнюка" - магнітного поля. Це теж вид матерії, теж діє на заряди, але! При цьому воно породжується тільки рухомими зарядами і діє теж тільки на заряди рухаються. Причому якщо електричним полем частинку можна прискорити, то магнітним - ніколи! Воно може тільки повернути її в ту чи іншу сторону. Коротше, якщо електричне поле - це ходова частина машини, то магнітне - це її кермо. Якщо далі порівнювати магнітне поле з електричним, то у нього використовують тільки силову характеристику, яку називають індукцією магнітного поля. Описується майже так само, як і напруженість електричного поля - але з поправкою на те, що заряд рухається. Тому B = F / (q * v), причому через швидкість виходить додаткова складність - вважати саме таким чином можна, тільки якщо наш зарядік рухається перпендикулярно полю, тобто ровнехонько під 90 градусів! Більш крута математика може дати відповідь, як вважати, якщо кут не 90, але для школи ця математика настільки страшна, що цим голову не забивають. Разом з тим, магнітне поле може діяти і на цілі провідники зі струмом (тому що в них теж є рухомі заряди), тому індукцію можна порахувати ще й так: B = F / (I * l). B - індукція магнітного поля, F - сила, з якою поле діє, q - заряд, v - модуль (значення) швидкості, I - струм через провідник, l - довжина провідника. Одиниця індукції названа знову в честь вченого, на цей раз на прізвище Тесла - позначається Тл, вимовляється "тесла". Розмірність Тл зазвичай розкривають як Н / (А * м). (Можна і як Н * с / (Кл * м), але це вже якось зовсім сумно.)
Так, і у магнітного поля теж є свої нудні силові лінії. Вони визначаються так само, як і електричні - дотична до лінії в кожній її точці збігається за напрямком з вектором індукції магнітного поля. Відмінність від електричних тут тільки одне: магнітні лінії ЗАВЖДИ замкнуті. Запам'ятати це просто - електричні починаються і закінчуються на електричних зарядах, а магнітних зарядів не існує - значить, починатися і закінчуватися їм нема на чому, залишається бути пов'язаними самими з собою.
Ну і як же може діяти це саме магнітне поле? З двома варіантами сил, які схожі один на одного. Одна - на провідник зі струмом (сила Ампера), інша на окремий рухомий зарядік (сила Лоренца). Сила Ампера буде дорівнює: F = I * B * l * sinальфа, де F - сила, I - сила струму в провіднику, B - індукція магнітного поля, яке діє, l - довжина провідника, альфа - кут між напрямком струму і напрямом вектора індукції магнітного поля. Звідси відразу ж можна побачити: якщо провідник поставити перпендикулярно магнітному полю, то синус сміливо викидаємо - він стає одиницею, а якщо провідник повернути точь-в-точь у напрямку магнітного поля - ніякої магнітної сили на нього діяти не буде, так як синус стає нулем , вбиваючи тим самим всіх зусиль поля наповал. Сила Лоренца для частинки вважається схожим чином: F = B * v * q * sinальфа. F, B і альфа означають те ж саме, v - модуль (значення) швидкості руху частинки, q - її заряд. (Кут "альфа", природно, буде між напрямком швидкості і індукції поля.)
В общем-то, для розрахунків нічого архіскладно - множ та поділи. Складніше зазвичай намалювати, а як ця сила буде направлена. Найпростіше це запам'ятати за допомогою правила лівої руки. Про нього напевно говорили в школі, але я про всяк випадок напишу його і тут. Витягуємо 4 пальця у напрямку струму або у напрямку руху частинки, якщо вона має негативний заряд. Долоню повертаємо так, щоб лінії магнітної індукції входили в неї. Тоді відігнутий на 90 градусів (по відношенню до 4-м іншим) великий палець покаже напрямок, в якому буде діяти сила Ампера або Лоренца.
У магнетизм є ще правило правої руки, але воно застосовується трохи по-іншому. По-перше, у ній також можна визначити напрямок сили Лоренца, але тільки якщо частка ПОЗИТИВНО заряджена. (Силу Ампера по ній не визначиш, так як в провіднику бігають електрончікі, які завжди з мінусами.) Порядок визначення такої ж, тільки рука права, а не ліва. І друге, де воно застосовується - коли потрібно визначити, в який бік буде направлено поле, якщо дивитися на провідник зі струмом "прямо" - тобто при такому ж вигляді, як якщо поставити ручку вертикально, а після подивитися на неї зверху. Напрямок струму і напрямок магнітного поля будуть такими ж, як напрямок, в якому переміщається гвинт зі звичайною правою різьбою, і той напрямок, в якому його крутять. Тобто якщо направити руку вниз і покриття її так само, як якщо б вона закручувала гвинт, то вона буде крутитися за годинниковою стрілкою. І навпаки: вгору - значить, проти годинникової стрілки.
Коротенько і розумніші: магнітне поле - частина матерії, складова частина електромагнітного поля. Виникає при русі заряджених частинок і діє на рухомі електричні заряди. Силова характеристика магнітного поля - індукція. B = F / (q * v) = F / (I * l), де B - індукція, F - сила, з якою поле діє на частинку, яка рухається з зарядом q і швидкістю v перпендикулярно полю або на провідник зі струмом I довжиною l (теж перпендикулярно полю). Одиниця виміру - Тл, Тл = Н / (А * м). Силова лінія магнітного поля - лінія, в кожній точці якої дотична до неї збігається за напрямком з вектором індукції магнітного поля. Силові лінії магнітного поля завжди замкнені, не перетинаються; чим більше індукція, тим ближче лінії розташовані один до одного. Магнітне поле може діяти на провідник зі струмом (сила Ампера) або на окремо рухомий заряд (сила Лоренца). Сила Ампера: F = I * B * l * sinальфа, де F - сила, I - сила струму в провіднику, B - індукція магнітного поля, l - довжина провідника, альфа - кут між вектором індукції магнітного поля і напрямком струму. Сила Лоренца: F = B * v * q * sinальфа, де F - сила, B - індукція магнітного поля, v - швидкість руху частинки, q - заряд частинки, альфа - кут між вектором швидкості і вектором індукції магнітного поля. Визначити напрямок сили Лоренца можна за правилом лівої руки, якщо частка заряджена негативно, або за правилом правої руки - якщо позитивно.
А тепер електрику і магнетизм починають перемішуватися між собою, як мука з молоком в тесті. Все той же товариш Фарадей виявив, що якщо взяти саму звичайну котушку з металевими витками, яку ніхто не чіпає і нікуди не підключає, і засунути в неї звичайний магніт, то на час засування через котушку потече струм, і він припиниться, коли магніт опуститься повністю . І навпаки - поки витягаєш магніт, струм йде. З чого б це? З іншого боку, якщо поруч з провідником, по якому може текти струм, поставити магнітну стрілку (хоч той же компас) і включити струм, то стрілочка почне сама собою відхилятися, тобто відбувається зворотне - у провідника зі струмом утворюється магнітне поле. Фарадей узагальнив все це господарство і обізвав її електромагнітної індукції. У загальному випадку він формулюється так: при зміні магнітного поля виникає вихровий електричне поле. "Вихрове" означає, що силові лінії цього поля замкнуті - тому що, як правило, немає зарядів, з яких їм починатися і на яких їм закінчуватися. Математика при цьому змушує описати все це цифрами, але для цього довелося ввести ще таку величину, як магнітний потік. Позначається російської (!) Буквою Ф. І вважається так: Ф = B * S * cosальфа. B - це індукція магнітного поля, зрозуміло. А що за площу S і кут альфа? Спробую пояснити простіше. Магнітний потік повинен бути через щось - приблизно так само, як можна "порахувати" потік води, тільки стоячи на одному місці і прикидаючи, скільки води протекло повз тебе. Кут визначається ще складніше: це кут між нормаллю (вектором, перпендикулярним) до майданчика, площа якої - S (яку ми вважаємо). Навіщо так накручено? Відповідь така: взагалі кажучи, нам потрібен кут між вектором індукції і цим майданчиком. Але з геометрії такий кут визначається як кут між вектором і прямий, перпендикулярної цьому майданчику. "Нормаль", по суті, і є ця пряма, тільки зі стрілочкою (інакше кут між вектором і прямий можна визначити двояко: і як гострий, і як тупий). Коротше, вся ця складність пояснюється суцільними математичними заморочками, фізичних проблем тут немає. Магнітний потік теж вимірюється в одиницях, обізвав прізвищем - Вб (вебер). Вб = Тл * м ^ 2.