Какое поле создается движущимися электрическими зарядами

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — одна из форм электромагнитного поля (см.). М. п. — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом (см.), независимо от состояния их движения. М. п. существует в межпланетном пространстве, не окружены Земля, Солнце, звёзды и др. космические тела, не обладают магниты (см.), оно проявляется вокруг постоянного электрического тока. Направление напряжённости М. п. в первом случае определяется с помощью магнитной стрелки (см.), во втором случае — по правилу буравчика (см.). Переменное М. п. неразрывно связано с переменным электрическим полем, которое проявляется, напр. при протекании переменного электрического тока. Величины, характеризующие М. п., — магнитная индукция (см. (5)) и напряжённость (см.).

Большая политехническая энциклопедия. — М.: Мир и образование . Рязанцев В. Д. . 2011 .

• МАГНИТНОЕ ОБОГАЩЕНИЕ
• МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

Смотреть что такое «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ» в других словарях:

• Магнитное поле звёзд — Магнитное поле Солнца производит корональные выбросы массы. Фото NOAA Звёздное магнитное поле магнитное поле, создаваемое движением проводящей плазмы внутри звёзд главно … Википедия
• МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — силовое поле, действующее на движущиеся электрич. заряды и на тела, обладающие магнитным моментом (независимо от состояния их движения). М. п. характеризуется вектором магнитной индукции В. Значение В определяет силу, действующую в данной точке… … Физическая энциклопедия
• МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, область около магнита или проводника, по которому протекает ток, в которой могут наблюдаться магнитные эффекты, такие как отклонение стрелки компаса. Магнитное поле можно представить в виде ряда линий действия сил (линий потока),… … Научно-технический энциклопедический словарь
• магнитное поле — Одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на движущуюся электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и ее скорости. [ГОСТ Р 52002 2003] магнитное поле Одна из форм проявления… … Справочник технического переводчика
• МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — одна из форм электромагнитного поля. Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами и спиновыми магнитными моментами атомных носителей магнетизма (электронов, протонов и др.). Полное описание электрических и магнитных полей и их… … Большой Энциклопедический словарь
• МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — пространство, в котором может быть обнаружено действие магнитной силы. Полный словарь иностранных слов, вошедших в употребление в русском языке. Попов М., 1907. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ та часть пространства, где проявляется притягивающее или отталкивающее … Словарь иностранных слов русского языка
• МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, одна из форм электромагнитного поля. Создается движущимися электрическими зарядами и спиновыми магнитными моментами, а также переменным электрическим полем. Действует на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным … Современная энциклопедия
• МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — (Magnetic field) пространство, в котором действуют магнитные силы данного магнита, в частности земного шара. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь
• МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — окружающее магнит пространство, в к ром проявляется его действие. Технический железнодорожный словарь. М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович … Технический железнодорожный словарь
• Магнитное поле — одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на движущуюся электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и ее скорости. Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА . ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ… … Официальная терминология

Магнитное поле движущегося заряда

Магнитное поле движущегося заряда может возникать вокруг проводника с током, так как в нем движутся электроны, обладающие элементарным электрическим зарядом. Также его можно наблюдать и при движении других носителей зарядов. Например, ионов в газах или жидкостях. Это упорядоченное движение носителей зарядов, как известно, вызывает в окружающем пространстве возникновение магнитного поля. Таким образом, можно предположить, что магнитное поле, независимо от природы тока его вызывающего, возникает и вокруг одного заряда, находящегося в движении.

Общее же поле в окружающей среде формируется из суммы полей, создаваемых отдельными зарядами. Этот вывод можно сделать исходя из принципа суперпозиции. На основании различных опытов был получен закон, который определяет магнитную индукцию для точечного заряда. Этот заряд свободно перемещается в среде с постоянной скоростью:

Формула 1 – закон электромагнитной индукции для движущегося точечного заряда

где r – радиус-вектор, идущий от заряда к точке наблюдения;

Q – заряд;

V – вектор скорости движения заряда.

Формула 2 – модуль вектора индукции

где альфа – это угол между вектором скорости и радиус-вектором.

Эти формулы определяют магнитную индукцию для положительного заряда. Если ее необходимо рассчитать для отрицательного заряда, то нужно подставить заряд со знаком минус. Скорость движения заряда определяется относительно точки наблюдения.

Чтобы обнаружить магнитное поле при перемещении заряда, можно провести опыт. При этом заряд не обязательно должен двигаться под действием электрических сил. Первая часть опыта состоит в том, что по проводнику круговой формы проходит электрический ток. Следовательно, вокруг него образуется магнитное поле, действие которого можно наблюдать при отклонении магнитной стрелки находящейся рядом с витком.

Рисунок 1 – круговой виток с током воздействует на магнитную стрелку

На рисунке изображен виток с током, слева показана плоскость витка, справа – плоскость перпендикулярная ей.

Во второй части опыта мы возьмем сплошной металлический диск, закрепленный на оси, от которой он изолирован. При этом диску сообщен электрический заряд, и он способен быстро вращаться вокруг своей оси. Над диском закреплена магнитная стрелка. Если раскрутить диск с зарядом, то можно обнаружить, что стрелка вращается. Причем это движение стрелки будет таким же, как при движении тока по кольцу. Если при этом изменить заряд диска или направление вращения, то и стрелка будет отклоняться в другую сторону.

Рисунок 2 – вращающийся проводящий заряженный диск

Из этих опытов можно сделать вывод, что независимо от природы возникновения электрического тока, а также от носителей зарядов, которые его обеспечивают, магнитное поле возникает вокруг всех движущихся зарядов.

Пройти тест по разделу

1. Заряженная частица движется перпендикулярно силовым линиям однородного магнитного поля со скоростью \(υ\) . Если скорость частицы увеличить в \(2\) раза, то период обращения
2. В магнитном поле с индукцией \(2\) Тл движется электрический заряд \(10^\) Кл со скоростью \(4\) м/с. Если вектор скорости \(\vartheta\) движения заряда перпендикулярен вектору \(\vec\) индукции магнитного поля, то сила, действующая на заряд со стороны магнитного поля, равна
3. Силу Лоренца можно определить по формуле
4. Проводник длиной \(20\) см и массой \(4\) г расположен горизонтально, перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. По нему течет ток \(10\) А. Сила тяжести, действующая на проводник, уравновесилась силой Ампера. Индукция магнитного поля равна
5. Заряженная частица, влетевшая в однородное магнитное поле вдоль линий магнитной индукции \(\vec\) , движется
6. Протон, прошедший ускоряющую разность потенциалов \(500\) В, влетает в однородное магнитное поле с магнитной индукцией \(0,4\) Тл и движется по окружности. Определите радиус окружности, если заряд протона равен \(1,6\cdot10^\) Кл и масса – \(1,67\cdot10^\) кг.
7. Найдите скорость протона, который движется по окружности радиусом \(1\) м в однородном магнитном поле перпендикулярно вектору магнитной индукции. В \(=2·10^\) Тл (Заряд протона – \(1,\!6·10^\) Кл, масса протона – \(1,\!67·10^\) кг).
8. Как изменится радиус траектории заряженной частицы, влетающей в магнитное поле со скоростью \(υ\) перпендикулярно линиям магнитной индукции, если ее масса увеличивается при этом в \(2\) раза?

Сообщить об ошибке

• Контакты
• FAQ
• Наши эксперты
• Условия использования
• Политика конфиденциальности
• Об iTest

Электромагнитное поле — история открытия и физические свойства

Электрические и магнитные явления известны человечеству с античных времен, ведь все же видели молнию, и многие древние знали о магнитах, притягивающих некоторые металлы. Багдадская батарейка, изобретенная 4000 лет назад — одно из свидетельств того, что задолго до наших дней человечество электричеством пользовалось, и судя по всему знало как оно работает. Тем не менее, считается, что до начала 19 века электричество и магнетизм рассматривались всегда отдельно друг от друга, принимались как несвязанные между собой явления, и относились к различным разделам физики.

Изучение магнитного поля началось в 1269 году, когда французский учёный Пётр Перегрин (рыцарь Пьер из Мерикура) отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» по аналогии с полюсами Земли.

Эрстед в своих экспериментах только в 1819 году обнаружил отклонение стрелки компаса, расположенного вблизи проводника с током, и тогда ученым был сделан вывод о том, что существует некая взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями.

Спустя 5 лет, в 1824 году, Ампер сумел математически описать взаимодействие токонесущего проводника с магнитом, а также взаимодействие проводников между собой, так появился Закон Ампера: «сила, действующая на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, пропорциональна длине проводника, вектору магнитной индукции, силе тока и синусу угла между вектором магнитной индукции и проводником».

Относительно действия магнита на ток, Ампер предположил, что внутри постоянного магнита присутствуют микроскопические замкнутые токи, которые и создают магнитное поле магнита, взаимодействующее с магнитным полем токонесущего проводника.

Еще через 7 лет, в 1831 году, Фарадей опытным путем обнаружил явление электромагнитной индукции, то есть ему удалось установить факт появления в проводнике электродвижущей силы в момент, когда на этот проводник действует изменяющееся магнитное поле. Смотрите — практическое применение явления электромагнитной индукции.

Например двигая постоянный магнит возле проводника, можно получить в нем пульсирующий ток, а подавая пульсирующий ток в одну из катушек, на общем железном сердечнике с которой находится вторая катушка, во второй катушке также появится пульсирующий ток.

Через 33 года, в 1864 году, Максвелл сумел обобщить математически уже известные электрические и магнитные явления, — он создал теорию электромагнитного поля , согласно которой электромагнитное поле включает в себя взаимосвязанные электрическое и магнитное поля. Так, благодаря Максвеллу, стало возможным научное математическое объединение результатов предшествующих экспериментов в электродинамике.

Следствием этих важных выводов Максвелла явилось его предсказание о том, что в принципе любое изменение в электромагнитном поле должно порождать электромагнитные волны, которые распространяются в пространстве и в диэлектрических средах с некоторой конечной скоростью, которая зависит от магнитной и диэлектрической проницаемостей среды распространения волн.

Для вакуума эта скорость оказалась равна скорости света, в связи с чем Максвелл предположил, что свет — это тоже электромагнитная волна, и данное предположение позже подтвердилось (хотя еще за долго до экспериментов Эрстеда на волновую природу света указывал Юнг).

Максвелл же создал математическую основу электромагнетизма, и в 1884 году появились знаменитые уравнения Максвелла в современной форме. В 1887 году Герц подтвердит теорию Максвелла относительно электромагнитных волн: приемник зафиксирует посланные передатчиком электромагнитные волны.

Изучением электромагнитных полей занимается классическая электродинамика. В рамках же квантовой электродинамики электромагнитное излучение рассматривается как поток фотонов, в котором электромагнитное взаимодействие переносится частицами-переносчиками — фотонами — безмассовыми векторными бозонами, которые можно представить как элементарные квантовые возбуждения электромагнитного поля. Таким образом, фотон — это квант электромагнитного поля с точки зрения квантовой электродинамики.

Электромагнитное взаимодействие представляется сегодня одним из фундаментальных взаимодействий в физике, а электромагнитное поле — одно из фундаментальных физических полей наряду с гравитационным и фермионным.

Физические свойства электромагнитного поля

О наличии электрического, или магнитного, или и того и другого поля в пространстве можно судить по силовому действию со стороны электромагнитного поля на заряженную частицу или на ток.

Электрическое поле действует на электрические заряды, как на подвижные, так и на неподвижные, с определенной силой, зависящей от напряженности электрического поля в данной точке пространства в данный момент времени, и от величины пробного заряда q.

Зная силу (величину и направление), с которой электрическое поле действует на пробный заряд, и зная величину заряда, можно найти напряженность E электрического поля в данной точке пространства.

Электрическое поле создается электрическими зарядами, его силовые линии начинаются на положительных зарядах (условно проистекают от них), и заканчиваются на отрицательных зарядах (условно втекают в них). Таким образом, электрические заряды — это источники электрического поля. Еще одним источником электрического поля является изменяющееся магнитное поле, о чем математически свидетельствуют уравнения Максвелла .

Сила, действующая на электрический заряд со стороны электрического поля — это часть силы, действующей на данный заряд со стороны электромагнитного поля.

Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами (токами), либо изменяющимися во времени электрическими полями (об этом свидетельствуют уравнения Максвелла), и действует только на движущиеся электрические заряды.

Сила действия магнитного поля на движущийся заряд пропорциональна индукции магнитного поля, величине движущегося заряда, скорости его движения и синусу угла между вектором индукции магнитного поля B и направлением скорости движения заряда. Данная сила часто называется силой Лоренца , однако является лишь «магнитной» ее частью.

На самом деле сила Лоренца включает в себя электрическую и магнитную составляющие. Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами (токами), его силовые линии всегда замкнуты и охватывают ток.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Урок физики: Магнитное поле (9 класс)

Делимся планом урока на тему «Магнитное поле» для учеников 9 класса.

Цель урока:

1. Дать определение магнитного поля, выяснить его свойства и характеристики.
2. Изучить правила для определения взаимного расположения электрического тока и вектора. индукции магнитного поля.
3. Провести опыт, позволяющий визуализировать силовые линии магнитного поля.
4. Сформулировать свойства силовых линий магнитного поля.
5. Дать определение силы Ампера и силы Лоренца.
6. Сформулировать правило левой руки для определения силы, действующей на движущиеся заряженные частицы или на проводник с током в магнитном поле.
7. Объяснить движение заряженных электрических частиц в магнитном поле.
8. Объяснить действие магнитного поля на рамку с током.
9. Сформулировать магнитные свойства вещества.
10. Дать представление о магнитном поле Земли.
11. Объяснить напряжение в проводнике, движущемся в магнитном поле.
12. Дать определение магнитного потока.
13. Объяснить явление электромагнитной индукции (2 классических опыта).
14. Изучить закон электромагнитной индукции Фарадея.

Основные понятия: магнетизм, электромагнитное поле, явление электромагнитной индукции, сила Ампера (действие магнитного поля на проводник с током).

Учите школьников и получайте
от 40 до 100 000 рублей в месяц!

Приглашаем учителей физики
с высшим образованием (или студентов последнего курса) и опытом подготовки
к выпускным экзаменам

Содержание:

• Магнитное поле
• Эксперимент
• Сила Ампера
• Ампер и параллельные проводники
• Сила Лоренца
• Движение частиц в магнитном поле
• Действие магнитного поля на рамку с током
• Магнитные свойства вещества
• Магнитное поле Земли
• Напряжение в проводнике, движущемся в магнитном поле
• Магнитный поток
• Явление электромагнитной индукции
• Закон электромагнитной индукции Фарадея
• Итоги

Магнитное поле

Магнитное поле — это одна из составляющих электромагнитного поля, которая создается движущимися зарядами (электрическими токами). Мало того, что магнитное поле создается только движущимися зарядами, оно и способно действовать только на движущиеся заряды или на токи, а на неподвижные заряды оно действовать не будет.

Основная характеристика магнитного поля — это вектор индукции магнитного поля. За направление вектора магнитной индукции принято брать направление от южного полюса к северному по стрелке компаса, располагающейся в магнитном поле. Внимание: снаружи стрелки поле направлено от северного полюса к южному.

Значение магнитной индукции определяется как отношение максимальной силы, с которой магнитное поле действует на проводник единичной длины (l=1 м) к силе тока I в проводнике:

В системе СИ единицей магнитной индукции является 1 Тесла (1 Тл):

Для определения направления вектора индукции магнитного поля применяют правило буравчика или правило правой руки. Они описывают взаимное расположение вектора магнитной индукции и направление силы тока, создающего это поле.

Главное свойство этих правил — их обратимость. То есть направления вектора магнитной индукции и направление силы тока можно менять между собой, а правило останется.

Внимательно рассмотрите рисунки и сформулируйте упомянутые правила для каждого случая.

Как и в случае с электрическим полем, магнитное поле изображают с помощью силовых линий, а мы проведем эксперимент.

Сколько платят в Skyeng преподавателю физики?

Из чего складывается доход учителей, рассказываем в специальной статье.

Эксперимент

Оборудование:

• листок плотной бумаги (картон) формата А4;
• железная мелкодисперсная стружка;
• постоянные магниты различной формы;
• провод;
• батарейка (или источник постоянного тока).

Ход эксперимента:

1. Расположите на столе провод и замкните его на батарейку или источник постоянного напряжения. Внимание: обязательно добавьте в цепь нагрузочное сопротивление, чтобы не допустить короткое замыкание.
2. Накройте проводник листом плотной бумаги.
3. Насыпайте на лист бумаги мелкодисперсную железную стружку.
4. Мелкие частички металлической стружки располагаются вдоль линий магнитного поля, образовавшегося вокруг проводника, по которому проходит электрический ток. Так можно увидеть картину магнитного поля.
5. Попробуйте изменить форму провода, сворачивая из него разнообразные плоские фигуры.
6. Обязательно сделайте фотографии на память и поделитесь ими с друзьями.
7. Повторите тот же эксперимент, но вместо провода с батарейкой или источником постоянного тока используйте постоянный магнит.

Ответьте на вопросы:

1. Может ли электрический заряд создать магнитное поле? Ответ: нет, магнитное поле создается только движущимися электрическими зарядами.
2. Действует ли магнитное поле на покоящийся электрический заряд? Ответ: магнитное поле действует только на движущиеся заряды.
3 Чем создается магнитное поле постоянных магнитов? Ответ: в постоянных магнитах магнитное поле создается токами Фуко.

Сформулируем свойства силовых линий магнитного поля:

• силовые линии магнитного поля не пересекаются и не прерываются;
• густота силовых линий магнитного поля пропорциональна величине индукции магнитного поля;
• силовые линии магнитного поля всегда замкнуты, то есть магнитное поле — вихревое поле.

Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции полей (так же, как и для электрического поля):

В каждой точке пространства вектор магнитной индукции созданных в этой точке всеми источниками магнитных полей равен векторной сумме векторов магнитных индукций, созданных в этой точке всеми источниками магнитных полей: = ₁+ ₂+…+ _n

Итоги: доказали наличие магнитного поля вокруг движущихся электрических зарядов, получили картины различных магнитных полей, сформулировали свойства силовых линий магнитного поля.

Вам могут быть интересны и другие наши статьи о физических опытах:

Сила Ампера

Вопрос: если вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, имеется магнитное поле, которое действует на другие проводники с током, то не означает ли это то, что на проводник с током, оказавшимся в каком-то магнитном поле, должна действовать какая-то сила?
Ответ: да. Эта сила носит название «Сила Ампера».

Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током.

Модуль силы Ампера FА равен произведению модуля индукции магнитного поля B, в котором находится проводник с током, длины этого проводника l, силы тока в нем I и синуса угла между направлениями тока и вектора индукции магнитного поля sinα: F_А=B∙I∙l∙sinα

Этой формулой можно пользоваться:

• если длина проводника такая, что индукция во всех точках проводника может считаться одинаковой;
• если магнитное поле однородное (тогда длина проводника может быть любой, но при этом проводник целиком должен находиться в поле).

Для определения направления силы Ампера применяют правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление тока, тогда отогнутый на большой палец укажет направление силы Ампера.

Вопрос: чему равна сила Ампера, если проводник расположен вдоль линий магнитной индукции?
Ответ: сила Ампера равна нулю, если проводник с током расположен вдоль линий магнитной индукции, и максимальна, если проводник перпендикулярен этим линиям.

Ампер и параллельные проводники

Одним из важных примеров магнитного взаимодействия является взаимодействие параллельных токов. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Андре Мари Ампером.

Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в одну и ту же сторону, то наблюдается взаимное притяжение проводников. В случае когда токи текут в противоположных направлениях, проводники отталкиваются.

Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток, и наоборот.

Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используется в международной системе единиц (СИ) для определения единицы силы тока — ампера.

Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2∙10 -7 Н на каждый метр длины.

Сила Лоренца

Понимание магнитного поля строится на двух положениях: движущиеся заряды создают магнитное поле, и магнитное поле действует на движущиеся заряды. Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся заряд, называется силой Лоренца.

Сила Лоренца — это сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу.

Модуль силы Лоренца F_Л равен произведению модуля индукции магнитного поля B, в котором находится заряженная частица, модуля |q|заряда этой частицы, величины ее скорости v и синуса угла a между направлениями скорости и вектора индукции магнитного поля : F_Л=B∙|q|∙v∙sinα

Для определения направления силы Лоренца применяют правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направления скорости движения положительно заряженной частицы, тогда отогнутый на большой палец в плоскости ладони укажет направление силы Лоренца. Для отрицательной частицы четыре вытянутых пальца направляют против скорости движения частицы.

Если вы устали от подготовки к урокам, отчетов и проверки домашних заданий, узнайте, как начать преподавать физику онлайн:

Движение частиц в магнитном поле

1) Если скорость заряженной частицы массой направлена вдоль вектора индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по прямой с постоянной скоростью (сила Лоренца равна нулю).

2) Если скорость заряженной частицы массой перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по радиусу окружности, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции.

3) Если скорость заряженной частицы массой m направлена под углом к вектору индукции магнитного поля , то частица будет двигаться по винтовой линии радиуса R и шагом h.

Действие силы Лоренца широко используют в различных электротехнических устройствах:

• электронно-лучевых трубках старых телевизоров и мониторов;
• ускорителях заряженных частиц;
• экспериментальных установках для осуществления управляемой термоядерной реакции;
• МГД-генераторах.

Действие магнитного поля на рамку с током

Рассмотрим проволочную проводящую рамку, находящуюся во внешнем магнитном поле . Если в этой рамке создать электрический ток I, то на рамку со стороны магнитного поля начнут действовать силы Ампера _А:

Если внешнее магнитное поле является однородным, то равнодействующая всех сил Ампера будет равна нулю, однако момент всех сил Ампера в нуль обращаться не будет, что означает то, что рамка начнет вращаться (создается вращающий момент, и рамка поворачивается в положение, в котором вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости рамки).

На данном факте основано действие электродвигателя постоянного тока (электромотора).

Если внешнее магнитное поле является неоднородным, то равнодействующая всех сил Ампера и момент всех сил не будут равны нулю, то есть свободная рамка начнет поступательно двигаться плюс вращаться (неоднородное магнитное поле ориентирует, а также притягивает или отталкивает рамку с током).

Магнитные свойства вещества

Постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из немногих веществ, но все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами становятся источниками магнитного поля. В результате этого вектор магнитной индукции при наличии вещества отличается от вектора магнитной индукции ₀ в вакууме.

Магнитная проницаемость вещества μ показывает, во сколько раз вектор магнитной индукции в веществе больше, чем вектор магнитной индукции ₀ в вакууме, то есть: =μ∙ ₀

Магнитные свойства вещества определяют по тому, как эти вещества реагируют на внешнее магнитное поле и каким образом упорядочена их внутренняя структура. Существует три основных класса веществ с резко различающимися магнитными свойствами:

• ферромагнетики;
• парамагнетики;
• диамагнетики.

Магнитное поле Земли

Обойти вниманием самый большой магнит на планете, на которой мы живем было бы непростительно.

Земля в целом представляет собой огромный шаровой магнит. Магнитное поле Земли имеет внутриземное происхождение. Ядро Земли является жидким и состоящим из железа; в нем циркулируют круговые токи, которые и порождают земное магнитное поле: вокруг токов всегда есть магнитное поле. Оно не является симметричным.

Магнитные и географические полюса Земли не совпадают друг с другом. Южный магнитный полюс находится вблизи северного географического полюса, около северного берега озера Виктория (Канада). Северный магнитный полюс находится вблизи южного географического полюса, около берегов Антарктиды. Магнитные полюса Земли перемещаются (дрейфуют).

Магнитное поле Земли не остается постоянным, оно испытывает медленные изменения во времени (так называемые вековые вариации). Кроме того, через достаточно большие интервалы времени могут происходить изменения расположения магнитных полюсов на противоположные (инверсии).

За последние 30 млн лет среднее время между инверсиями составляло 150 000 лет. Но особенно большие изменения могут происходить в магнитосфере Земли. Эта область околоземного пространства, в котором сосредоточено магнитное поле Земли, простирается на расстояние 70–80 тыс. км в направлении на Солнце и на многие миллионы километров в противоположную сторону. В магнитосферу Земли вторгается множество заряженных частиц, входящих в состав солнечного ветра (потока плазмы солнечного происхождения). Частицы солнечного ветра, главным образом протоны и электроны, захватываются магнитным полем Земли и увлекаются по винтовым траекториям вдоль силовых линий.

Во время увеличения солнечной активности интенсивность солнечного ветра возрастает. При этом частицы солнечного ветра ионизируют верхние слои атмосферы в северных широтах (где магнитные силовые линии сгущены) и вызывают там свечения — северные сияния. В магнитном поле Земли в условиях разреженного воздуха так светятся обычно атомы кислорода и молекулы азота. Магнитное поле Земли защищает ее жителей от солнечного ветра.

Магнитные бури — это значительные изменения магнитного поля Земли под действием усиленного солнечного ветра в результате вспышек на Солнце и сопровождающих их выбросов потоков заряженных частиц.

Магнитные бури продолжаются обычно от 6 до 12 часов, а затем характеристики земного поля снова возвращаются к норме. Но за столь короткое время магнитная буря сильно влияет на радиосвязь, линии электросвязи, людей.

Кстати, человечество начало использовать магнитное поле Земли уже в начале XVII–XVIII вв. Тогда получает широкое распространение в мореходстве компас (магнитная стрелка).

Вопрос: в каком месте Земли совершенно нельзя верить магнитной стрелке вследствие того, что она северным концом показывает на юг, а южным на север?
Ответ: поместив компас между северным магнитным и северным географическим полюсами (ближе к магнитному), мы увидим, что северный конец стрелки направлен к первому, т. е. на юг, а южный — в противоположную сторону, т. е. на север.

Магнитное поле Земли служит многим живым организмам для ориентации в пространстве.

• Некоторые морские бактерии располагаются в придонном иле под определенным углом к силовым линиям магнитного поля Земли, что объясняется наличием в них мелких ферромагнитных частиц.
• Мухи и другие насекомые садятся предпочтительно в направлении поперек или вдоль магнитных линий магнитного поля Земли.
• Термиты располагаются на отдых так, что оказываются головами в одном направлении: в одних группах параллельно, в других перпендикулярно линиям магнитного поля.
• Ориентиром для перелетных птиц также служит магнитное поле Земли. Недавно ученые узнали, что у птиц в области глаз располагается маленький магнитный «компас» — крохотное тканевое поле, в котором расположены кристаллы магнетита, обладающие способностью намагничиваться в магнитном поле.
• Ботаники установили восприимчивость растений к магнитным полям. Оказывается, сильное магнитное поле влияет на рост растений.

Напряжение в проводнике, движущемся в магнитном поле

С помощью силы Лоренца можно объяснить явление поляризации и возникновения ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике.

Если поместить проводник на рельсы, с которыми у него будет электрический контакт, а магнитное поле направить вертикально к плоскости, в которой находится проводник на рельсах, то, если замкнуть рельсы со стороны, противоположной от проводника и перемещать проводник с постоянной скоростью, — в проводнике появится электрический ток. Причина этого тока — сила Лоренца, действующая на свободные электроны в проводнике, которые движутся вместе с проводником в магнитном поле.

Магнитный поток

Магнитный поток (поток вектора магнитной индукции) — это скалярная величина, которая количественно описывает прохождение магнитного поля через некоторую поверхность. Обозначается буквой Ф.

В однородном магнитном поле через плоскую поверхность площади S магнитный поток определяется как Ф=B*S*cosα, где B=| | — модуль вектора магнитной индукции, α — угол между вектором и и нормалью к поверхности.

Магнитный поток Ф, пронизывающий площадь контура, зависит от:

1. величины вектора магнитной индукции;
2. площади контура;
3. его ориентации относительно линий индукции магнитного поля.

Если вектор магнитной индукции перпендикулярен площади контура α=0 о , то магнитный поток максимален и равен Ф_max=B∙S

Если вектор магнитной индукции параллелен площади контура α=90 о , то магнитный поток равен нулю Ф=0.

Явление электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция — это явление возникновения тока в замкнутом проводнике при прохождении через него магнитного потока, изменяющегося со временем.

В настоящее время в основе многих устройств лежит явление электромагнитной индукции. Например, в двигателе или генераторе электрического тока, в трансформаторах, радиоприемниках и многих других устройствах.

Благодаря этому явлению мы можем преобразовывать механическую энергию в электрическую, а до открытия этого явления люди не знали о методах получения электрического тока кроме как от источников тока.

Явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. Он опытным путем установил, что при изменении магнитного поля внутри замкнутого проводящего контура в нем возникает электрический ток, который назвали индукционным током.

Опыт № 1

Если в соленоид (катушка индуктивности), который замкнут на гальванометр, вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его вдвигания или выдвигания мы видим отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток). При этом отклонения стрелки при вдвигании и выдвигании магнита имеют противоположные направления.

Отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки. При смене в опыте полюсов магнита направление отклонения стрелки также изменится. Для получения индукционного тока можно оставлять магнит неподвижным, тогда нужно относительно магнита перемещать соленоид.

Опыт № 2

Если рядом расположить две катушки (например, на общем сердечнике или одну катушку внутри другой) и одну катушку через ключ соединить с источником тока, то при замыкании или размыкании ключа в цепи первой катушки во второй катушке появится индукционный ток. В моменты включения или выключения тока наблюдается отклонение стрелки гальванометра, а также в моменты его уменьшения или увеличения, а также при перемещении катушек друг относительно друга. Направления отклонений стрелки гальванометра также имеют противоположные направления при включении или выключении тока, его увеличении или уменьшении, приближении или удалении катушек.

Исследуя результаты своих многочисленных опытов, Фарадей пришел к заключению, что индукционный ток возникает всегда, когда в опыте осуществляется изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции (магнитного потока).

Например, при повороте в однородном магнитном поле замкнутого проводящего контура в нем также появляется индукционный ток. В этом случае индукция магнитного поля вблизи контура остается постоянной, а меняется только поток магнитной индукции сквозь контур.

В результате опыта было также установлено, что значение индукционного тока абсолютно не зависит от способа изменения потока магнитной индукции, а определяется лишь скоростью его изменения. Также в экспериментах Фарадея доказывается, что отклонение стрелки гальванометра (сила тока) тем больше, чем больше скорость движения магнита, или скорость изменения силы тока, или скорость движения катушек.

Открытие явления электромагнитной индукции дало возможность получать электрический ток с помощью магнитного поля и подтолкнуло разработку теории электромагнитного поля.