Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим два прямолинейных проводника, расположенных в одной плоскости
параллельно друг другу (рис. 14.1). Опыты показывают, что при пропускании
по проводникам токов одного направления проводники будут притягиваться;
если же токи имеют противоположные направления - проводники будут
отталкиваться. Однако если ток течет лишь по одному проводнику, то силы
взаимодействия между проводниками отсутствуют.
Обратимся к другому опыту. Поместим вблизи длинного прямолинейного
проводника с током компас и будем его перемещать вокруг проводника. Мы
обнаружим, что в любой точке магнитная стрелка компаса установится по
касательной к окружности, очерченной вокруг проводника (рис. 14.2, а, где
N - северный полюс магнитной стрелки, S-южный). Теперь заменим магнитную
стрелку на маленькую проволочную рамку,
Рис. 14.1
V
N
Рис. 14.2
457
которая может свободно вращаться вокруг оси, параллельной проводнику с
током. При наличии тока в рамке она повернется и расположится так, что
проводник будет находиться в плоскости рамки (рис. 14.2, б). Таким
образом, проводник с током оказывает ориентирующее действие на рамку с
током так же, как и на магнитную стрелку. Если изменить направление тока
в проводнике, то и стрелка и рамка повернутся на 180°.
Как позже было установлено, природа взаимодействия магнитов друг с
другом, токов друг с другом, магнитов и токов, одна и та же - в ее основе
лежит тот факт, что магниты и токи наделяют окружающее пространство
особыми физическими свойствами.
Для объяснения взаимодействия неподвижных зарядов (см. §12) требовалось
наличие некоторой материальной среды, порождаемой зарядами в окружающем
пространстве, которую назвали электрическим полем. Появление сил
магнитного взаимодействия также объясняют возникновением вокруг магнитов
и токов некоторой материальной среды, порождаемой магнитами и токами,
которую называют магнитным полем. При этом магнитное поле существует,
даже если магнитное взаимодействие не наблюдается. О наличии в
пространстве магнитного поля можно судить только по его действию на
другие магниты, движущиеся заряды или токи.
Из рассмотренных опытов следует, что магнитное поле имеет направленный
характер и должно характеризоваться векторной величиной. Ее называют
магнитной индукцией В (или вектором индукции магнитного поля). Единицей
измерения величины магнитной индукции в системе СИ служит тесла [Тл].
правление перпендикуляра к плоскости рамки. Так как перпендикуляр можно
провести в ту или иную сторону, то условились за направление
перпендикуляра принимать то направление, в котором будет поступательно
двигаться буравчик (правый винт), если его рукоятку вращать по
направлению тока в рамке (рис. 14.3, а). Этот перпендикуляр называют
положительной нормалью. При этом в магнитном поле направление
положительной нормали 7?рамки с током совпадает с направлением от южного
полюса S к северному N магнитной стрелки (рис. 14.3, б).
С помощью магнитной стрелки или рамки с током можно на опыте определить
направление вектора магнитной индукции в каждой точке поля. При этом
можно убедиться, что изменение формы проводника с
Магнитное поле
Ориентирующее действие магнитного поля на рамку с током используют для
определения направления вектора магнитной ции. За направление вектор том
месте, где расположена рамка
б) с током (которая может свободно
Рис. 14.3
ориентироваться), принимают на-
458
током влияет на направление вектора В. Опыт дает, что для магнитного
поля, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции-,
индукция магнитного поля, порождаемого несколькими токами, равна
векторной сумме индукций полей, создаваемых каждым из токов в отдельнос-
ти: V
(14.1)
/* 1
Поскольку любой проводник может быть представлен в виде отдельных
прямолинейных участков (в общем случае бесконечно малых) длиной dl, то
магнитная индукция В проводника с токомкаждой точке будет равна векторной
сумме элементарных индукций dB, создаваемых отдельными участками.
Изменение расположения этих участков приведет к изменению направлений
векторов dB и векто- dB , ^ с(Й
pa Z? в целом. Понятно, что если буравчик расположить вдоль участка тока
и рукоятку вращать так, чтобы поступательное движение буравчика совпало с
направлением тока в проводнике, то направление вращения рукоятки укажет
направление вектора dB магнитной индукции (рис. 14.4). Это правило
называют правилом буравчика.
Магнитное поле так же, как и электрическое, можно изображать графически
при помощи линий индукции (силовых линий магнитного поля). Линиями
индукции называют линии, касательные к которым в каждой точке направлены
так же, как и вектор Ёв данной точке поля. Очевидно, что через каждую
точку магнитного поля мождо провести лишь одну линию индукции (в
противном случае вектор В одновременно должен иметь два или более
направления). Следовательно, линии индукции нигде не могут пересекаться.
Для наглядности на рисунках линии индукции изображают гуще в тех точках
