Магнітне поле, сучасне уявлення

 

 

 

Міністерство аграрної політики і продовольства України

Харківський національний аграрний університет імені В.В. Докучаєва

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

Магнітне поле, сучасне уявлення

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                           Виконала:студентка 1курсу

                                               Факультету

                                                                           агрохімії та грунтознавства

                                                                                Лумпова Анна Володимирівна

 

 

 

 

 

 

Харків 2014

 

Зміст

Вступ

Магнітне поле і його характреристики.........................................................................

Закон Біо - Савара – Лапласа........................................................................................

Закон Ампера...............................................................................................................

Магнітне поле рухомого заряду.....................................................................................

Дія магнітного поля на рухомий заряд...........................................................................

Циркуляція вектора магнітного поля у вакуумі........................................................

Висновки..........................................................................................................................

Література.....................................................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вступ

Магнітне поле - силове поле, що діє на рухомі електричні заряди і на тіла , що володіють магнітним моментом , незалежно від стану їх руху, магнітна складова електромагнітного поля.

Магнітне поле може створюватися струмом заряджених частинок і або магнітними моментами електронів в атомах.

Крім цього , воно з'являється при наявності змінюється в часі електричного поля.

Основний силовий характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції

Магнітне поле можна назвати особливим видом матерії, за допомогою якого здійснюється взаємодія між рухомими зарядженими частинками або тілами, що володіють магнітним моментом .

Магнітні поля є необхідним наслідком існування електричних полів.

Разом , магнітне та електричне поля утворюють електромагнітне поле , проявами якого є, зокрема , світло і всі інші електромагнітні хвилі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Магнітне поле І ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

Досвід показує , що , подібно до того , як в просторі, що оточує електричні заряди , виникає електростатичне поле , так і в просторі, що оточує струми і постійні магніти , виникає силове поле , що називається магнітним . Наявність магнітного поля виявляється по силовому дії на внесені до нього провідники із струмом або постійні магніти.

Електричне поле діє як на нерухомі , так і на рухаються в ньому електричні заряди. Найважливіша особливість магнітного поля полягає в тому , що воно діє тільки на рухомі в цьому полі електричні заряди.

При дослідженні магнітного поля використовується замкнутий плоский контур із струмом ( рамка з струмом) , лінійні розміри якого малі в порівнянні з відстанню до струмів , що утворюють магнітне поле . Орієнтація контуру в просторі візначається напрямком нормалі до контуру. Напрямок нормалі визначається правилом правого гвинта: за позитивний напрямок нормалі приймається напрям поступального руху гвинта , голівка якого обертається в напрямку струму , поточного в рамці.

Магнітне поле робить на рамку з струмом ориентирующее дію , повертаючи її певним чином.

За направлення магнітного поля в даній точці приймається напрямок , уздовж якого розташовується позитивна нормаль до рамки (рис. 1 ) . За направлення магнітного поля може бути також прийнято напрямок, що збігається з напрямом сили , яка діє на північний полюс магнітної стрілки , вміщеній в дану точку . Так як обидва полюси магнітної стрілки лежать в близьких точках поля , то сили, що діють на обидва полюси , рівні один одному . Отже , на магнітну стрілку діє пара сил , що повертає її так , щоб вісь стрілки , що з'єднує південний полюс з північним , збігалася з напрямком поля.

малюнок 1

Так як рамка із струмом відчуває ориентирующее дію поля, то на неї в магнітному полі діє пара сил. Обертаючий момент сил залежить як від властивостей поля в даній точці, так і від властивостей рамки і визначається формулою

де - вектор магнітного моменту рамки із струмом, - вектор магнітної індукції, кількісна характеристика магнітного поля. Для плоского контуру зі струмом I:

,

де S - площа поверхні контуру (рамки), - одиничний вектор нормалі до поверхні рамки. Напрямок  збігається, таким чином, з направленням позитивної нормалі.

Якщо в дану точку магнітного поля поміщати рамки з різними магнітними моментами, то на них діють різні обертаючі моменти, однак ставлення Mmax/pm (Мmax - максимальний обертовий момент) для всіх контурів одне і те ж і тому може служити характеристикою магнітного поля, званої магнітної індукцією:

Магнітна індукція в даній точці однорідного магнітного поля визначається максимальним обертовим моментом , чинним на рамку з магнітним моментом , рівним одиниці , коли нормаль до рамки перпендикулярна напрямку поля.

Так як магнітне поле є силовим , то його , за аналогією з електричним, зображують за допомогою ліній магнітної індукції - ліній , дотичні до яких в кожній точці збігаються з напрямом вектора . Їх напрямок задається правилом правого гвинта: головка гвинта , угвинчується по напрямку струму , обертається в напрямку ліній магнітної індукції .

Лінії магнітної індукції завжди замкнуті й охоплюють провідники із струмом . Цим вони відрізняються від ліній напруженості електростатичного поля , які є розімкнутими .

Гіпотеза Ампера : в будь-якому тілі існують мікроскопічні струми , обумовлені рухом електронів в атомах і молекулах. Ці мікроскопічні молекулярні струми створюють своє магнітне поле і можуть повертатися в магнітних полях макротоков . Наприклад , якщо поблизу якогось тіла помістити провідник із струмом ( макроток ) , то під дією його магнітного поля мікротоки у всіх атомах певним чином орієнтуються , створюючи в тілі додаткове магнітне поле . Вектор магнітної індукції характеризує результуюче магнітне поле , створюване усіма макро- і мікрострумами , тобто при одному і тому ж струмі і інших рівних умовах вектор в різних середовищах буде мати різні значення .

Магнітне поле макротоков описується вектором напруженості . Для однорідної ізотропного середовища вектор магнітної індукції пов'язаний з вектором напруженості наступним співвідношенням:

 ,      

де m0 - магнітна постійна, m - безрозмірна величина - магнітна проникність середовища, що показує, у скільки разів магнітне поле макротоков Н посилюється за рахунок поля мікрострумів середовища.

Магнітна постійна: m0 = 4p×10-7 Н/А2 = 4p×10-7  Гн/м,

Одиниця магнітної індукції - тесла (Тл): 1 Тл - магнітна індукція такого однорідного магнітного поля, яке діє з силою 1 Н на кожен метр довжини прямолінійного провідника, розташованого перпендикулярно напрямку поля, якщо по цьому провіднику проходить струм 1 А:

1 Тл = 1 Н/(А-м).

Одиниця напруженості магнітного поля - ампер на метр (А / м): 1 А / м - напруженість такого поля, магнітна індукція якого у вакуумі дорівнює 4p×10-7 Тл.

 

 

 

 

 

 

 

 

Закон Біо - Савара - Лапласа 

 

Закон Біо - Савара - Лапласа для провідника із струмом I, елемент dl якого створює в деякій точці А індукцію поля :

,      

де dl - вектор , по модулю дорівнює довжині dl елемента провідника і збігається за напрямком з струмом , r - радіус -вектор , проведений з елемента dl провідника в точку А поля , r - модуль радіуса -вектора r . Напрямок   перпендикулярно dl і r , тобто перпендикулярно площині , в якій вони лежать , і збігається з дотичною до лінії магнітної індукції . Цей напрямок може бути знайдено за правилом знаходження ліній магнітної індукції ( правилом правого гвинта) : напрямок обертання головки гвинта дає напрямок , якщо поступальний рух гвинта відповідає напрямку струму в елементі.

Малюнок 2 - Провідник із струмом

Модуль вектора визначається виразом

 ,     

Де a - кут між векторами dl і r.

Для магнітного поля справедливий принцип суперпозиції: магнітна індукція результуючого поля, створюваного кількома струмами або рухомими зарядами, дорівнює векторній сумі магнітних індукцій складаються полів, створюваних кожним струмом або рухомим зарядом окремо:

      

 

Закон Ампера.

Cила dF, з якою магнітне поле діє на елемент провідника dl зі струмом, що знаходиться в магнітному полі, дорівнює

      

де - вектор, по модулю рівний dl і співпадає за напрямком з струмом, - вектор магнітної індукції.

Напрямок вектора dF може бути знайдено за правилом лівої руки: якщо долоню лівої руки розташувати так, щоб в неї входив вектор , а чотири витягнутих пальці розташувати по напрямку струму в провіднику, то відігнутий великий палець покаже напрям сили, що діє на струм.

Модуль сили Ампера:

 ,     

де a - кут між векторами dl і .

Закон Ампера застосовується для визначення сили взаємодії двох струмів . Розглянемо два нескінченних прямолінійних паралельних струму I1 і I2,  відстань між якими дорівнює R. Кожен з провідників створює магнітне поле , яке діє за законом Ампера на інший провідник зі струмом. Розглянемо , з якою силою діє магнітне поле струму I1 на елемент dl другого провідника зі струмом I2. Ток I1 створює навколо себе магнітне поле , лінії магнітної індукції якого являють собою концентричні кола . На правління вектора визначається правилом правого гвинта , його модуль за формулою дорівнює:

 

Рисунок 3 - Взаємодія струмів

Напрям сили dF1, з якою поле діє на ділянку dl другого струму, визначається за правилом лівої руки і вказано на малюнку. Модуль сили, згідно з урахуванням того, що кут а між елементами струму I2, і вектором прямої, дорівнює

;

підставляючи значення для B1 отримаємо

.

Міркуючи аналогічно, можна показати, що сила dF2, з якою магнітне поле струму I2 діє на елемент dl першого провідника зі струмом I1 спрямована в протилежний бік і по модулю дорівнює

.

Порівняння виразів показує, що

тобто два паралельних струму однаково напряму прітягуються один до одного з силою

.

Якщо струми мають протилежні напрямки, то, використовуючи правило лівої руки, можна показати, що між ними діє сила відштовхування.

 

 

 

 

 

 

Магнітне поле рухомого заряду

 

Кожен провідник із струмом створює в навколишньому просторі магнітне поле. Електричний струм являє собою впорядкований рух електричних зарядів. Отже, будь-який рухомий у вакуумі або середовищі заряд створює навколо себе магнітне поле. У результаті узагальнення дослідних даних було встановлено закон, що визначає поле точкового заряду Q, вільно рухається з нерелятивистской швидкістю V. Під вільним рухом заряду розуміється його рух з постійною швидкістю. Цей закон виражається формулою

,      

Де - радіус-вектор, проведений від заряду Q до точки спостереження М (мал. 4).

Малюнок 4 - Поле рухомого заряду

Згідно зі слів (12), вектор спрямований перпендикулярно площині, в якій розташовані вектори і , а саме: його напрямок збігається з напрямком поступального руху правого гвинта при його обертанні від к .  Модуль магнітної індукції:

,      (13)

 де a - кут між векторами і .

Наведені закономірності справедливі лише при малих швидкостях ( V « c ) рухомих зарядів , коли електричне поле вільно рухомого заряду можна вважати електростатичним , тобто створюваним нерухомим зарядом , що знаходяться в тій точці , де в даний момент часу розташований рухомий заряд .

Формула визначає магнітну індукцію позитивного заряду , що рухається зі швидкістю . Якщо рухається негативний заряд , то Q треба замінити на -Q . Швидкість - відносна швидкість , тобто швидкість щодо спостерігача . Вектор в розглянутій системі відліку залежить як від часу , так і від положення точки М спостереження . Тому слід підкреслити відносний характер магнітного поля рухомого заряду .