Магнитное поле токов в вакууме. Понятие магнитного поля, закон Био - Савара – Лапласа.

Магнитное поле – это силовое поле, действующее на движущиеся заряды, токи и на тела, обладающие магнитным моментом (магнитные диполи). Магнитное поле создаётся движущимися зарядами, электрическими токами, магнитными моментами (диполями). Постоянные токи, неподвижные магнитные диполи создают постоянные магнитные поля. 

Магнитная индукция поля прямого тока  

Магнитная индукция поля в центре кругового проводника с током

5 - 6. Магнитный диполь, поле диполя, магнитный диполь во внешнем магнитном поле. Магнитный момент кругового тока.

Магнитным диполем является небольшая петля с током. Под словом «небольшая» понимают то, что размеры витка с током много меньше, чем геометрические величины, характеризующие размеры петли. Любая петля с током создает магнитное поле, которое можно уподобить электрическому полю от электрического диполя. Магнитный диполь характеризуется магнитным моментом , как электрический диполь имеет электрический момент диполя .

В качестве модели магнитного диполя можно рассматривать небольшую плоскую замкнутую проводящую рамку площади S, {\displaystyle S\,,} по которой течёт ток . При этом магнитным моментом диполя (в системеСГСМ) называют величину , μ → = I S n →, {\displaystyle {\vec {\mu }}=IS{\vec {n}},} где n → {\displaystyle {\vec {n}}} — единичный вектор, направленный перпендикулярно плоскости рамки в том направлении, при наблюдении в котором ток в рамке представляется текущим по часовой стрелке.

На боковые стороны рамки, согласно закону Ампера действует пара сил , создающая вращательный момент силы . В однородном магнитном поле силы, действующие на боковые стороны рамки, одинаковы по величине, но противоположны по направлению. Аналогично компенсируют друг друга силы, действующие на верхнюю и нижнюю стороны рамки. Поэтому полная сила, действующая на рамку с током, как и на магнитный диполь, в однородном магнитном поле равна нулю. Сила, действующая на магнитный диполь в неоднородном магнитном поле, стремится втянуть диполь в область более сильного поля. Пусть в области, где находится магнитный диполь, нет внешних токов, создающих магнитное поле . Тогда поле в этой области – потенциальное. Работа , совершаемая магнитным полем над диполем, равна убыли его потенциальной энергии в магнитном поле. Потенциальная энергия магнитного диполя . Сила, действующая на магнитный диполь со стороны неоднородного магнитного поля, равна

ротор.

Поведение магнитного диполя во внешнем магнитном поле подобно поведению электрического диполя во внешнем электрическом поле. Магнитный момент витка с током — это физическая величина, как и любой другой магнитный момент, характеризует магнитные свойства данной системы. В нашем случае систему представляет круговой виток с током. Этот ток создает магнитное поле, которое взаимодействует с внешним магнитным полем.

Круговой виток с током можно представить в виде короткого магнита. Причем этот магнит будет направлен перпендикулярно плоскости витка. Расположение полюсов такого магнита определяется с помощью правила буравчика. Согласно которому северный плюс будет находиться за плоскостью витка, если ток в нем будет двигаться по часовой стрелке.

На этот магнит, то есть на наш круговой виток с током, как и на любой другой магнит, будет воздействовать внешнее магнитное поле. В однородном магнитном поле на виток с током действует момент сил, стремящийся ориентировать виток так, чтобы его магнитный момент был направлен по полю; в неоднородном магнитном поле такие замкнутые токи втягиваются в область с большей напряженностью поля. Величину магнитного момента кругового витка с током можно определить по формуле.

.