Електрична і магнітна взаємодії. 2. Взаємодія провідників зі струмом. Магнітне поле. Зображення магнітних полів.

Між нерухомими електричними зарядами діють сили, що визначаються законом Кулона. Але між електричними зарядами можуть діяти сили й іншої природи. В існуванні їх можна переконатися за допомогою досліду. Два гнучкі провідники приєднаємо до джерела струму так, щоб у провідниках виникли струми протилежного напряму (рис.4.4.2). Провідники почнуть відштовхуватися один від одного. Якщо струми одного напряму, провідники притягуються (рис. 4.4.3).

Таку взаємодію між провідниками зі струмом, тобто взаємодію між рухомими електричними зарядами, називають магнітною. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називають магнітними силами.

Дослід показує, що такі провідники притягуються один до одного, якщо струми в них мають однаковий напрям (паралельні), і відштовхуються, коли струми напрямлені протилежно (антипаралельні).

F= µ ₀

де d — відстань між провідниками.

Отже, сили F₁ і F₂ однакові за значенням і напрямлені протилежно, що видно з рис.

Таким чином, сила взаємодії двох прямолінійних нескінченно довгих паралельних провідників у розрахунку на відрізок l провідникa прямо пропорційна добутку сил струмів і обернено пропорційна відстані між ними. Це твердження називається законом взаємодії струмів.

Так само, як і в просторі, що оточує нерухомі електричні заряди, виникає електричне поле, у просторі, що оточує струми, виникає магнітне. Електричний струм в одному з провідників створює навколо себе магнітне поле, яке діє на струм у другому провіднику. А поле, створене другим струмом, діє на перше.

Магнітне поле - особлива форма матерії, через яку здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Основні властивості магнітного поля:

1) магнітне поле породжується електричним струмом (рухомими зарядами);

2) магнітне поле виявляється за дією на електричний струм (рухомі заряди);

3) як і електричне, магнітне поле існує реально незалежно від знань про нього. Це підтверджується існуванням електромагнітних хвиль.

Індукція магнітного поля.

Силовою характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції . За напрям вектора магнітної індукції беруть напрям від південного полюса S до північного полюса N стрілки компаса, яка вільно встановлюється в магнітному полі.

Для дослідження магнітного поля використовують рамку зі струмом. При цьому напрям вектора магнітної індукції визначають за правилом свердлика: якщо напрям поступального руху свердлика збігається з напрямом струму в провіднику, то напрям обертання ручки свердлика збігається з напрямом вектора магнітної індукції.

Наочну картину магнітного поля можна отримати, якщо побудувати силові лінії поля. Це лінії, дотична до яких в кожній точці збігається за напрямом з вектором магнітної індукції .

Силові лінії довгої котушки із струмом (соленоїда) зображено на рис.4.4.4. Поле всередині соленоїда через однакову густину ліній можна вважати однорідним. У наявності силових ліній магнітного поля можна переконатися з дослідів з металевими ошурками, які можна розглядати як маленькі магнітні стрілки.

Важливою особливістю ліній магнітної індукції є те, що вони не мають ні початку, ні кінця. Вони завжди замкнені. Поля із замкненими силовими лініями називають вихровими. Магнітне поле є вихровим, воно не має джерел. Магнітних зарядів, подібних до електричних, у природі не існує.

Дослідимо магнітне поле за допомогою рамки площею S, в якій проходить струм I. Магнітне поле створить максимальний обертальний момент M_max, який зростає зі збільшенням індукції магнітного поля, сили струму I і площі рамки S. Тому модулем вектора магнітної індукції буде відношення максимальної сили, що діє з боку магнітного поля на ділянку провідника зі струмом, до добутку сили струму I на довжину цієї ділянки Dl:

.

У кожній точці магнітного поля можна визначити напрям вектора магнітної індукції і його модуль вимірюванням сили, що діє на ділянку провідника зі струмом. За одиницю магнітної індукції беруть магнітну індукцію такого поля, у якому на контур площею 1 м² із струмом силою 1 А діє з боку поля максимальний момент сил M = 1 Н·м.

Одиниця магнітної індукції - тесла (Тл); її названо на честь югославського вченого електротехніка Н. Тесла.

Потік магнітної індукції.

Магнітним потоком Ф через поверхню з площею S називають скалярну фізичну величину, що дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції на площу поверхні S та косинус кута між вектором і вектором нормалі до поверхні (рис.4.4.13).

Ф = BScosa.

 

Добуток Bcosa = B_n - проекція вектора магнітної індукції на нормаль до площини контуру, тому

Ф = B_nS.

Магнітний потік наочно можна витлумачити як величину, пропорційну кількості ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню площею S.

Одиниця магнітного потоку - вебер. Магнітний потік в один вебер (1 Вб) створюється однорідним магнітним полем з індукцією 1 Тл через площу 1 м², перпендикулярну до ліній магнітної індукції: 1 Вб = 1 Тл · м².