Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
У 1820 р датський фізик Ерстед виявив, що провідник зі струмом викликає поява сил, що діють на магнітну стрілку. Якщо замінити металевий дріт скляною трубкою, наповненою будь-яким проводять розчином, наприклад розчином сірчаної кислоти у воді, і приєднати проводить стовп розчину за допомогою металевих дротів, опущених в нього, до полюсів джерела струму, то магнітна стрілка також відхиляється. Відхилення стрілки спостерігається і в тому випадку, якщо замість дроту використовувати газорозрядну трубку, що живиться постійним струмом. Магнітна дія струму спостерігається у всіх випадках незалежно від природи провідника і є найбільш загальним ознакою струму. Існує і зворотне явище: магніти діють на струми. А в 1820 р Ампером було відкрито взаємодія струмів.
Досліди показують, що взаємодія контурів зі струмом подібна до дії струмів на магніти і дії магнітів на струми, тому взаємодія провідників зі струмом назвали магнітною взаємодією струмів. Причина виникнення сил магнітної взаємодії полягає в появі навколо провідників зі струмом магнітного поля. Основна властивість магнітного поля полягає в тому, що на провідники зі струмом в магнітному полі діють сили.
Так як електричний струм являє собою впорядкований рух електричних зарядів, то це означає, що магнітне поле створюється рухомими зарядами.
Під час експерименту Ерстеда дріт, по якій протікав струм, була натягнута над магнітною стрілкою, що обертається на голці. При включенні струму стрілка встановлювалася перпендикулярно до дроту. Зміна напряму струму змушувало стрілку повернутися в протилежну сторону. З цих прикладів слід, що магнітне поле має спрямований характер і може бути охарактеризоване деякої векторної величиною, яку позначають і називають магнітною індукцією.
Електричне поле діє як на нерухомі, так і на рухомі в ньому електричні заряди. Найважливіша особливість магнітного поля полягає в тому, що воно діє тільки на рухомі в цьому полі електричні заряди.
Досвід показує, що для магнітного поля, як і для електричного, справедливий принцип суперпозиції, тобто індукція результуючого магнітного поля декількох струмів дорівнює векторній сумі магнітних індукцій полів окремих струмів:
Подібно до того, як при дослідженні електростатичного поля використовувалися точкові заряди, при дослідженні магнітного поля використовується замкнутий плоский контур зі струмом (рамка зі струмом), розміри якого малі в порівнянні з відстанню до струмів, що утворюють магнітне поле. Орієнтація контуру в просторі характеризується напрямком нормалі до контуру. В якості позитивного спрямування нормалі приймається напрямок, пов'язаний зі струмом правилом правого гвинта, т. Е. За позитивний напрямок нормалі приймається напрямок поступального руху гвинта, головка якого обертається в напрямку струму, поточного в рамці (рисунок 27).
Досліди показують, що магнітне поле надає на рамку зі струмом ориентирующее дію, повертаючи її певним чином. Цей результат пов'язується з певним напрямком магнітного поля. За направлення магнітного поля в даній точці приймається напрямок, уздовж якого розташовується позитивна нормаль до рамки (рисунок 28). За направлення індукції магнітного поля також беруть напрямок, що збігається з напрямком сили, яка діє на північний полюс магнітної стрілки, вміщеній в дану точку (рисунок 28). Якщо контур повернути так, щоб напрямки нормалі і поля не збігалися, виникає крутний момент, який прагне повернути контур в рівноважний стан. Модуль моменту залежить від кута a між нормаллю і напрямом поля, досягаючи максимального значення Мmax при a = p / 2 (в цьому випадку ^); при a = 0 маємо -. і момент дорівнює нулю, як у випадку на малюнку 28.
Поведінка плоских контурів зі струмом в магнітному полі зручно характеризувати за допомогою вектора магнітного моменту рамки із струмом:
де I - сила струму в контурі, S - його площа, - позитивна нормаль до контуру.
Одиницею магнітного моменту є ампер помножений на квадратний метр (А × м 2).
Якщо в дану точку магнітного поля поміщати рамки з різними магнітними моментами, то на них діють різні обертаючі моменти, проте ставлення Мmax / рm при фіксованому a для всіх контурів виявляється одним і тим же. Тому ставлення Мmax / рm може служити характеристикою магнітного поля, званої магнітної індукції:
Отже, магнітна індукція є векторна величина, модуль якої визначається виразом (21.3), а напрямок задається рівноважним положенням позитивної нормалі до контуру зі струмом. Одиниця виміру величини магнітної індукції - тесла (Тл) дорівнює магнітної індукції однорідного поля, в якому на плоский контур зі струмом, що має магнітний момент 1 А × м 2. діє максимальний крутний момент 1 Н × м.
Рамкою з струмом можна скористатися також і для кількісного опису магнітного поля. Так як рамка зі струмом відчуває ориентирующее дію поля, то на неї в магнітному полі діє пара сил. Момент, що обертає сил залежить як від властивостей поля в даній точці, так і від властивостей рамки:
де - вектор магнітної індукції, що є кількісною характеристикою магнітного поля, - вектор магнітного моменту рамки із струмом.
Для графічного зображення магнітного поля часто використовують поняття силових ліній. Лінії, дотичні до яких в кожній точці збігаються з напрямом вектора. називають силовими лініями магнітної індукції (лініями магнітної індукції). Величина магнітної індукції, пропорційна числу силових ліній, які перетинають одиницю площі.
Лінії магнітної індукції завжди замкнуті й охоплюють провідники зі струмом, тому магнітне поле називають вихровим полем. Цим вони відрізняються від ліній напруженості електростатичного поля, які є роз'єднаними (починаються на позитивних зарядах і закінчуються на негативних зарядах або йдуть в нескінченність).