Магнітне поле у вакуумі (стр. 1 из 2)
РЕФЕРАТ
на тему:”МАГНІТНЕ ПОЛЕ У ВАКУУМІ”
План
1. Магнітне поле. Магнітна індукція. Закон Ампера.
2. Закон Біо-Савара-Лапласа та його використання в найпростіших випадках:
а) Магнітне поле прямолінійного провідника із струмом;
б) Магнітне поле кругового провідника із струмом;
в) Магнітне поле соленоїда.
3. Магнітний момент контуру із струмом.
1. Магнітне поле. Магнітна індукція. Закон Ампера
Дослідним шляхом установлено, що подібно до електричних зарядів, навколо яких виникає електричне поле, в просторі навколо провідників із струмом або постійних магнітів виникає магнітне поле. Магнітне поле – це одна із форм існування матерії, завдяки якій здійснюється взаємодія струмів і постійних магнітів.
Встановлено також, що:
- магнітне поле діє лише на рухомі електричні заряди;
- рухомі електричні заряди створюють у просторі магнітне поле;
- магнітне поле не діє на статичні заряди.
Характер дії магнітного поля на струм залежить:
- від форми провідника, по якому тече струм;
- від розміщення провідника в просторі.
У якості пробного тіла для дослідження магнітного поля використовують замкнутий пробний контур з струмом, лінійні розміри якого досить малі. Магнітне поле такого пробного контуру не повинно створювати зовнішнього магнітного поля. При розміщенні такої рамки у досліджуване зовнішнє магнітне поле, із сторони останнього, на рамку діятиме обертальний момент сил М. Елементарна рамка із струмом займе певний напрям у просторі так, щоб магнітне поле рамки і досліджуваного магнітного поля збігалися (рис 11.1).
Рис11.1
Орієнтація контуру в просторі характеризується напрямком нормалі
до контуру.Додатний напрям нормалі визначається правилом правого гвинта. За позитивний напрям нормалі приймається напрям поступального руху правого гвинта, обертання якого збігаються з напрямком струму в пробній рамці.
За напрям магнітного поля у даній точці простору приймається напрям, вздовж якого направляється позитивно орієнтована нормаль до контуру.
Момент сил, який створюється зовнішнім магнітним полем у рамці із струмом, визначається векторним добутком вектора магнітного моменту рамки із струмом і магнітної індукції зовнішнього магнітного поля
, (11.1.1)де
- магнітний момент пробної рамки із струмом I і площею S; 
- вектор магнітної індукції – силова характеристика зовнішнього магнітного поля.Скалярна величина вектора моменту сили
визначається формулою 
. (11.1.2)Якщо в дану точку зовнішнього магнітного поля розміщувати елементарні рамки із різними магнітними моментами
, то на них з сторони магнітного поля будуть діяти різні обертальні механічні моменти сил 
. Однак відношення 
для кожного випадку буде сталою величиною, яка є силовою характеристикою цього поля. Позначають цю величину буквою 
і називають індукцією магнітного поля. 
. (11.1.3)Індукція магнітного поля вимірюється у теслах (Тл), розмірність якого визначається з (11.1.3)
.Подібно до електричного поля магнітне поле зображають з допомогою силових ліній магнітного поля, напрям яких у кожній точці поля збігається із напрямком вектора
.Лінії індукції магнітного поля завжди замкнуті й охоплюють провідники із струмом. Замкнутість силових ліній магнітного поля характеризує вихровий характер цього поля.
Природа магнітного поля зводиться або до руху електричних зарядів, або до змінного в часі електричного поля. Про це свідчать рівняння Максвела:
а)
, (11.1.4)де
- циркуляція вектора електростатичного поля вздовж довільного замкнутого контуру; 
- потік змінного в часі вихрового магнітного поля крізь довільну замкнуту поверхню;б)
, (11.1.5)де
- струм провідності, який створюється в провіднику вільними електричними зарядами; 
- потік змінного в часі електричного поля, що інколи називають струмом зміщення. Струм зміщення не пов’язаний з рухом будь-яких електричних зарядів.Рівняння Максвелла (11.1.4) і (11.1.5) характеризують взаємозв’язок електричних і магнітних явищ. З рівняння (11.1.4) чітко видно, що змінне в часі магнітне поле є причиною виникнення вихрового електричного поля. Останнє, створює електричний струм у замкнутому провіднику.
З рівняння (11.1.5) випливає, що причиною виникнення магнітного поля може бути або струм провідності, або змінне в часі електричне поле, яке не обов’язково призводить до руху зарядів у провіднику.
Оскільки будь-який струм є причиною виникнення магнітного поля, то це пояснює дослідний факт силової дії магнітного поля на провідник із струмом.
Величину цієї сили знайшов Ампер, тому вона називається силою Ампера
, (11.1.6)де
- вектор елементу струму, що збігається з напрямком струму у провіднику; - індукція зовнішнього магнітного поля.
Рис.11.2
На рис.11.2 струм створюється позитивними зарядами, напрям руху яких збігається з напрямком струму.
Напрям сили Ампера визначається правилом лівої руки. Якщо силові лінії магнітного поля входять в долоню лівої руки, а чотири пальці направлені по напрямку струму у провіднику, то великий палець, відхилений на 900, покаже напрямок сили Ампера.
2. Закон Біо-Савара-Лапласа та його використання у найпростіших випадках
Ще на початку 19-го сторіччя французькі фізики Біо і Савар, обробляючи величезний експериментальний матеріал вивчення характеристик магнітного поля провідників зі струмом за участю математика Лапласа, одержали формулу, яка дістала назву у фізиці закону Біо-Савара-Лапласа.
У векторній формі цей закон має вигляд
, (11.2.1)де - відносна магнітна проникність середовища, безрозмірна величина; о – магнітна постійна (
); I – струм у провіднику; 
- елемент провідника; 
- відстань від елемента струму до точки, в якій знаходиться індукція магнітного поля 
(рис.11.3). 
Рис.11.3
З видно, що вектор індукції магнітного поля
є дотичною до силової лінії магнітного поля, яка охоплює провідник, і проходить через точку, в якій визначається індукція магнітного поля.Напрям силової лінії визначається за допомогою правила правого гвинта, як це показано на рисунку.
Поряд із індукцією магнітного поля
магнітне поле характеризується напруженістю 
. Ця величина не залежить від властивостей середовища і дорівнює 
. (11.2.2)Величина напруженості магнітного поля входить в одне із рівнянь Максвелла. Розмірність напруженості
буде встановлена трохи пізніше.Закон Біо – Савара - Лапласа для напруженості магнітного поля Н має вигляд
, (11.2.3)або в скалярній формі
. (11.2.4)Магнітному полю властивий принцип суперпозиції. Це означає, що поля від кількох джерел магнітного поля накладаються як вектори, тобто
. (11.2.5)Знайдемо індукцію магнітного поля біля безмежного прямого провідника із струмом (рис.11.4).