Тема 3.1.Магнитное поле постоянного тока

Магнитное поле – это состояние материальной среды, обусловленное движением зарядов или изменением электрического поля. Магнитное поле характеризуется силовым воздействием на движущиеся заряды, проводник или катушку с током, постоянный магнит. Графически магнитное поле изображается с помощью магнитных линий (линий магнитной индукции). Эти линии замкнуты, а их направление определяется по правилу буравчика.

Для прямолинейного проводника с током: если поступательное движение острия буравчика совпадает с направлением тока, то вращательное движение ручки буравчика укажет направление магнитных линий.

Для катушки с током: если вращательное движение ручки буравчика совпадает с направлением тока в витках, то поступательное движение острия буравчика укажет направление магнитных линий.

Магнитодвижущая сила (сила намагничивания) характеризует свойство электрического тока создавать магнитное поле и вводится по аналогии с электродвижущей силой. Для проводника с током магнитодвижущая сила определяется по формуле:

где I – сила тока.

Для катушки с током магнитодвижущая сила выражается формулой:

где I – сила тока, w – количество витков.

       Силовой характеристикой магнитного поля является напряженность. Это векторная величина, направленная по касательной к линии магнитной индукции в данной точке. Величину напряженности магнитного поля определяют по формуле:

где F_м – магнитодвижущая сила, l – длина магнитной линии. Единицей измерения напряженности магнитного поля является Ампер/метр (А/м).

       Вектор магнитной индукции В является силовой характеристикой магнитного поля с учетом среды. Его направление совпадает с направлением вектора напряженности магнитного поля. Магнитная индукция связана с напряженностью следующим соотношением:

где Н – напряженность магнитного поля, а µ_a– абсолютная магнитная проницаемость вещества. Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл).

Здесь – абсолютная магнитная проницаемость вакуума или магнитная постоянная. Единица измерения – Генри /метр (Гн/м).

Величина µ называется относительной магнитной проницаемостью среды. Она показывает, во сколько раз магнитная индукция поля, созданного током в данной среде, больше нее или меньше, чем в вакууме, и является безразмерной величиной.

       Если однородное магнитное поле пересекает площадку S, то магнитный поток через эту площадку выражается формулой:

где B – магнитная индукция, S – площадь, β – угол между вектором магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к площадке. Единицей измерения магнитного потока является Вебер (Вб).

Закон полного тока

       Закон полного тока позволяет установить зависимость между напряженностью маг6нитного поля и создающими его токами. Рассмотрим произвольный замкнутый контур длиной l, ограничивающий поверхность S, через которую протекают токи I₁и I₂, создающие магнитное поле.

       Алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром, называется полным током и обозначается ΣI.

       Закон полного тока формулируется следующим образом: намагничивающая сила вдоль контура равна полному току, проходящему сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.