În secolul al XIX-lea, legile de interacțiune dintre magneți permanenți și conductori, prin care a trecut un curent electric, au fost investigați prin experiment. Experimentele au arătat că, la fel ca în spațiul care înconjoară încărcăturile electrice, apare un câmp electrostatic, iar într-un spațiu care înconjoară curenții și magneții permanenți, apare un câmp de forță numit magnetic.
Au fost stabilite două fapte experimentale:
1) câmpul magnetic acționează asupra sarcinilor mobile;
2) încărcările mobile creează un câmp magnetic.
Acest câmp magnetic este esențial diferit de cel electrostatic, care acționează atât asupra încărcăturilor mobile cât și asupra celor de odihnă. Câmpul magnetic nu acționează asupra sarcinilor de repaus. Experiența arată că natura efectului câmpului magnetic asupra curentului depinde de forma conductorului, prin care curge curentul; de la locul conductorului și de la direcția curentului.
Forța de interacțiune pe unitatea de lungime a fiecărui conductor paralel este proporțională cu magnitudinea curenților din ele și invers proporțională cu distanța dintre ele:
unde - coeficientul de proporționalitate, μ0 = 4π · 10 -7 GN / m - constanta magnetică, b - distanța dintre conductori.
Caracteristica principală a câmpului magnetic este forța acțiunii pe partea câmpului pe unitatea conductorului cu curent și se numește inducția magnetică B.
inducție magnetică în acest punct un câmp magnetic omogen este definit de un cuplu maxim care acționează pe cadru cu un moment magnetic egal cu unitatea când normală la direcția câmpului este perpendiculară pe rama:
Câmpul magnetic, spre deosebire de câmpul electric, nu are efect asupra încărcăturii în repaus, adică câmpul magnetic este generat de încărcăturile în mișcare. O altă caracteristică a câmpului magnetic este intensitatea lui H.
Inducția magnetică B este legată de intensitatea câmpului magnetic H prin relație
unde # 956; - permeabilitatea magnetică relativă a mediului.
Experiența arată că pentru câmpul magnetic, ca și pentru cel electric, principiul suprapunerii este valabil. inducția magnetică a câmpului rezultat, generată de mai multe încărcări mobile (curenți), este egală cu suma vectorială a inducțiilor magnetice. create de fiecare taxă (curent) separat:
Dacă magnitudinea și direcția vectorului inducției magnetice sunt identice în toate punctele unei anumite regiuni de spațiu, atunci câmpul este numit omogen.
Pentru reprezentarea grafică a unui câmp magnetic se introduce conceptul liniilor de forță ale vectorului magnetic de inducție (figura 12.1), care se realizează astfel încât tangenta la fiecare punct al spațiului coincide cu vectorul inducției magnetice la un anumit punct. Densitatea liniilor este determinată de modulul de inducție magnetică.
Să considerăm un câmp magnetic produs la un punct P printr-o încărcătură de punct q care se deplasează cu o viteză constantă v (figura 12.2).
Sa demonstrat experimental că la viteze mult mai puțin decât viteza luminii v < sau în forma scalară Rezultă din (12.1.3) că vectorul de inducție magnetică la fiecare punct P este direcționat către un plan care trece prin direcția vectorilor v și P. Unitatea de măsură a inducției magnetice în sistemul SI este numită Tesla (T). Luați în considerare un element mic al unui fir de lungime dl (Fig.12.3). Introducem vectorul. direcționate de-a lungul axei elementului curent, către partea în care curge curentul. unde - raza - vectorul tras de la elementul curent la punctul considerat al câmpului, K - coeficientul de proporționalitate unde este constanta magnetica. Din legea Bio-Savart-Laplace rezultă că vectorul magnetic de inducție B în orice punct C al câmpului magnetic este perpendicular pe planul în care vectorii dl și. și direcția lui este astfel încât, de la capătul vectorului dB, rotația vectorului dl să coincidă cu vectorul r de-a lungul celei mai scurte căi este văzută ca în sens invers acelor de ceasornic (Fig. Folosind legea Biot-Savart-Laplace, aplicând principiul suprapunerii, este posibil să se calculeze câmpul magnetic al oricărui sistem curent. Calcularea câmpului magnetic pentru un curent în față. Definiți direcția vectorului de inducție magnetică a elementului curent dB la punctul M. În conformitate cu regula burghiului, vectorul dB este orientat perpendicular pe planul care trece prin elementul curent și punctul în care este calculat câmpul. Conform legii Biot-Savart-Laplace, modulul vectorului magnetic de inducție al elementului curent unde # 945; Este unghiul dintre vectorii dl și r. Apoi, legea Biot-Savart-Laplace ia forma Inducția magnetică a întregului conductor va fi egală cu suma algebrică a modulelor vectorilor de inducție magnetică sau unghi # 945; pentru fiecare element al unui curent continuu infinit variază de la 0 la π. Prin urmare, - inducția magnetică a câmpului curent curent. Liniile de inducție magnetică a câmpului de curent continuu sunt un sistem de cercuri concentrice care înconjoară firul. Câmpul magnetic acționează nu numai pe conductorii cu curent, dar și pe sarcini electrice individuale care se deplasează în câmp. O forță care se deplasează într-un câmp magnetic acționează printr-o forță magnetică. Această forță este determinată de sarcina q, viteza mișcării sale # 965; și inducția magnetică B. în punctul în care încărcarea se află la momentul considerat de timp și se numește forța Lorentz. S-a stabilit experimental că forța F care acționează asupra unei încărcări care se deplasează într-un câmp magnetic este dată de modulul de forță Lorentz unde este viteza taxelor, # 945; Este unghiul dintre vectori și. Forța Lorentz este întotdeauna direcționată perpendicular pe viteza particulei încărcate, informându-l despre accelerația normală. În consecință, forța lui Lorentz nu își desfășoară activitatea. Schimbă doar direcția vitezei particulei într-un câmp magnetic. Modulul de viteză de încărcare și energia sa cinetică nu se schimbă atunci când se deplasează într-un câmp magnetic.
În 1820, trei cercetători francezi Biot, Savard și Laplace au obținut o formulă empirică care determină vectorul inducției magnetice de la un conductor cu un curent:
Un câmp de curent înainte este un câmp creat de un curent care trece printr-un conductor subțire, drept și de lungime infinită. Calculam intensitatea câmpului în punctul M, situat la o distanță R de acest conductor. În acest scop, selectăm un element curent infinitesimal dl. (Figura 12.4)
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: