Магнитное поле образуется вокруг любого движущегося заряда, в частности вокруг проводника с током.
Свойства магнитного поля, образованного движущимся зарядами тождественны свойствам магнитного поля вокруг постоянных магнитов.
Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции , направление которого совпадает с касательными к магнитным силовым линиям.
Магнитные силовые линии поля, образованного проводником с током,
представляют собой концентрические окружности, которые лежат в плоскостях, перпендикулярных проводнику с током, с центром на проводнике. (см. рис.1). Направление силовых линий определяется правилом буравчика.
Физический смысл вектора , определяется из закона Ампера: на проводник с током , помещенный в магнитное поле, действует сила, равная:
(1)
– векторная запись закона Ампера, или
(2)
– скалярная запись. При (т.е. если магнитное поле однородно) закон Ампера можно записать так:
, откуда, при условии ,
|
|
, (3)
т.е. вектор магнитной индукции определяется силой, действующей на проводник единичной длины, по которому течет ток силой в 1А.
Единицей измерения служит Тл (тесла), размерность которой определяется из формулы (3): .
Численное значение вектора магнитной индукции определяется из закона Био–Савара–Лапласа (для элемента тока dl). В векторной форме , в скалярной записи – (4)
где r – расстояние от элемента тока dl до т.А, где определяется элементарное значение dB магнитного поля, – угол между dl и r (рис. 1а);
– магнитная проницаемость среды; – магнитная постоянная.
Часто магнитное поле изучается в воздухе или вакууме и тогда рациональнее использовать для описания поля не , а вектор напряженности , который равен: , т.е. не зависящий от магнитных свойств среды.
Тогда закон Био–Савара–Лапласа для dH запишется в виде:
; (5)
Используя формулу (5) можно найти напряженность магнитного поля, образованного проводником с током любой конфигурации. Например, магнитное поле, образованное круговым током, описывается вектором , который в центре кругового тока направлен перпендикулярно плоскости круга. Численное значение получим, если учесть, что , .
; (рис 2).
Если поле образовано n– витками с током, то:
;
В случае, если поле образовано очень большим количеством витков N с током, намотанным на очень длинный каркас (т.е. образует соленоид), то для нахождения напряженности внутри соленоида используют закон полного тока: ; с другой стороны: , тогда и , где N– полное число витков соленоида, – его длина; n– число витков соленоида на единице длины.
В любой точке над поверхностью Земли обнаруживается действие магнитных сил, земной магнетизм. В настоящее время существуют две гипотезы земного магнетизма:
|
|
1. Гипотеза, объясняющая наличие магнитного поля электрическими токами, циркулирующими на больших глубинах в жидком ядре Земли.
2.Гипотеза, основанная на предложении, что земная кора содержит в разных участках различное количество магнитных пород. Происхождение магнитного поля окончательно еще не выяснено.
Цель работы – определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли.