Как определяется направление магнитных силовых линий

Силовые линии магнитного поля: определение направления

Каждому человеку, который изучал в школе физику, знакомо понятие – направление линий магнитной индукции. Как направлены магнитные линии рассчитывается разными способами, однако самым популярным является «правило буравчика». Подробнее, как определить направление индукции можно указанным способом и не только будет рассказано в этой статье.

Определение магнитных силовых линий

Если обратиться к физике, силовые линии магнитного поля (МП) представляют собой прямые, к которым проводят касательные, имеющие одинаковое значение с курсом ориентации магнитной индукции. Проводятся линий так, чтобы их частота была соразмерной показателям магнитной индукции.

Чем выше они в определенной точке, тем выше частота силовых прямых.

Это приводит к тому, что свойства силовых линий схожи с прямыми электростатики. Однако отличие может заключаться в некоторых особенностях.

Для начала нужно изучить поле магнитов, которое создается проводом прямого сообщения с током. Пусть волокно с проводящими способностями идет под прямым углом по отношению к основной плоскости. В различных точках, которые находятся на равной дистанции от проводника, показатели индукции будут идентичными. Прямая, касательная к которой по всей длине соответствует пути направляющего индукции магнитов, будет создавать собой круг или овал.

Согласно вышесказанному, рассматриваемые прямые прямоточного проводника – это круги или овалы, которые окутывают сам проводник. Именно в нем скапливаются все центры силовых прямых. Они полностью отличаются от электростатических силовых линий. Ведь вторые не замыкаются, а берут свое начало и заканчиваются в зарядах.

Рассматриваемые силовые линии не имеют конечных и начальных точек. Сегодня еще не установлены отдельно имеющиеся полюса магнитов с севера и юга, которые можно принять за источник поля определенной полярности. Также они не могут быть началом или концом силовых прямых. Однако все истоки поля магнитов характеризуются наличием северного и южного полюсов.

Как определить линейно-магнитную направленность

Чтобы определить куда направлены рассматриваемые линии, можно воспользоваться разными доступными способами. Подробнее, как определить направление магнитных линий будет рассказано далее.

Правило буравчика

Самый распространенный метод определения пути рассматриваемых прямых – правило буравчика. Впервые о нем заговорили еще в XIX столетии, когда ученые обнаружили магнитное поле вокруг проводника, подключенного к напряжению.

Силовые линии, которые образовались, имеют схожий характер поведения с естественным магнитом. Помимо этого, связь проводникового электрического поля с током МП стала первоисточником динамики электромагнитов.

Также при определении расположения можно найти такие осево-векторные показатели:

  • магнитной индукции;
  • размера и пути индукционного тока;
  • угловой скорости.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Подобно тому, как покоящийся электрический заряд действует на другой заряд посредством электрического поля, электрический ток действует на другой ток посредством магнитного поля. Действие магнитного поля на постоянные магниты сводится к действию его на заряды, движущиеся в атомах вещества и создающие микроскопические круговые токи.

Учение об электромагнетизме основано на двух положениях:

  • магнитное поле действует на движущиеся заряды и токи;
  • магнитное поле возникает вокруг токов и движущихся зарядов.

Взаимодействие магнитов

Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентируется вдоль магнитного меридиана Земли. Тот его конец, который указывает на север, называется северным полюсом (N), а противоположный конец — южным полюсом (S). Приближая два магнита друг к другу, заметим, что одноименные их полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются ( рис. 1 ).

Если разделить полюса, разрезав постоянный магнит на две части, то мы обнаружим, что каждая из них тоже будет иметь два полюса, т. е. будет постоянным магнитом ( рис. 2 ). Оба полюса — северный и южный, — неотделимые друг от друга, равноправны.

Магнитное поле, создаваемое Землей или постоянными магнитами, изображается, подобно электрическому полю, магнитными силовыми линиями. Картину силовых линий магнитного поля какого-либо магнита можно получить, помещая над ним лист бумаги, на котором насыпаны равномерным слоем железные опилки. Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются — у каждой из них появляется северный и южный полюсы. Противоположные полюсы стремятся сблизиться друг с другом, но этому мешает трение опилок о бумагу. Если постучать по бумаге пальцем, трение уменьшится и опилки притянутся друг к другу, образуя цепочки, изображающие линии магнитного поля.

На рис. 3 показано расположение в поле прямого магнита опилок и маленьких магнитных стрелок, указывающих направление линий магнитного поля. За это направление принято направление северного полюса магнитной стрелки.

Опыт Эрстэда. Магнитное поле тока

В начале XIX в. датский ученый Эрстэд сделал важное открытие, обнаружив действие электрического тока на постоянные магниты. Он поместил длинный провод вблизи магнитной стрелки. При пропускании по проводу тока стрелка поворачивалась, стремясь расположиться перпендикулярно ему ( рис. 4 ). Это можно было объяснить возникновением вокруг проводника магнитного поля.

Магнитные силовые линии поля, созданного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расположенные в перпендикулярной к нему плоскости, с центрами в точке, через которую проходит ток ( рис. 5 ). Направление линий определяется правилом правого винта:

Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B. В каждой точке он направлен по касательной к линии поля. Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, а сила, действующая в этом поле на заряд, направлена по касательной к линии в каждой ее точке. В отличие от электрического, линии магнитного поля замкнуты, что связано с отсутствием в природе «магнитных зарядов».

Магнитное поле тока принципиально ничем не отличается от поля, созданного постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинный соленоид — катушка из провода, длина которой значительно больше ее диаметра. Схема линий созданного им магнитного поля, изображенная на рис. 6 , аналогична таковой для плоского магнита ( рис. 3 ). Кружочками обозначены сечения провода, образующего обмотку соленоида. Токи, текущие по проводу от наблюдателя, обозначены крестиками, а токи противоположного направления — к наблюдателю — обозначены точками. Такие же обозначения приняты и для линий магнитного поля, когда они перпендикулярны плоскости чертежа ( рис. 7 а, б).

Направление тока в обмотке соленоида и направление линий магнитного поля внутри него также связаны правилом правого винта, которое в этом случае формулируется так:

Исходя из этого правила, легко сообразить, что у соленоида, изображенного на рис. 6 , северным полюсом служит правый его конец, а южным — левый.

Магнитное поле внутри соленоида является однородным — вектор магнитной индукции имеет там постоянное значение (B = const). В этом отношении соленоид подобен плоскому конденсатору, внутри которого создается однородное электрическое поле.

Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током

Опытным путем было установлено, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. В однородном поле прямолинейный проводник длиной l, по которому течет ток I, расположенный перпендикулярно вектору поля B, испытывает действие силы: F = I l B.

Направление силы определяется правилом левой руки:

Следует отметить, что сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, направлена не по касательной к его силовым линиям, подобно электрической силе, а перпендикулярна им. На проводник, расположенный вдоль силовых линий, магнитная сила не действует.

Уравнение F = IlB позволяет дать количественную характеристику индукции магнитного поля.

Отношение не зависит от свойств проводника и характеризует само магнитное поле.

Модуль вектора магнитной индукции B численно равен силе, действующей на расположенный перпендикулярно к нему проводник единичной длины, по которому течет ток силой один ампер.

В системе СИ единицей индукции магнитного поля служит тесла (Тл):

Магнитное поле. Таблицы, схемы, формулы

(Взаимодействие магнитов, опыт Эрстеда, вектор магнитной индукции, направление вектора, принцип суперпозиции. Графическое изображение магнитных полей, линии магнитной индукции. Магнитный поток, энергетическая характеристика поля. Магнитные силы, сила Ампера, сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Магнитные свойства вещества, гипотеза Ампера)

Дополнительные материалы по теме: Электромагнитные явления

Конспект по теме «Магнитное поле. Теория, формулы, схемы».

Как определяется направление магнитных силовых линий

Основная задача электродинамики:

найти характеристики электромагнитного поля E и B как функции координат и времени при заданных распределении зарядов, токов и заданных значениях характеристик среды (магнитной проницаемости μ, диэлектрической проницаемости ε, удельном сопротивлении ρ или проводимости γ).

В пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным.

Магнитное поле – особый вид материи, осуществляющий взаимодействие между электрическими токами, движущимися зарядами и постоянными магнитами.

Наличие магнитного поля можно обнаружить по его воздействию на:

  • Постоянный магнит
  • Электрический ток
  • Движущийся заряд

Гипотеза Ампера:

Магнитные свойства вещества создают элементарные токи, возникающие из-за движения заряженных микрочастиц – электронов, протонов, ионов.

Основные свойства магнитного поля

1. Магнитные свойства можно исследовать с помощью магнитной стрелки. Полюсы называются N (северный) и S (южный). В магнитном поле стрелка устанавливается вдоль определенного направления, которое характеризуется вектором B.

За направление вектора В (индукции магнитного поля) принимается направление от южного S к северному N полюсу ВНУТРИ магнита.

Опыт Эрстеда по взаимодействию прямого тока и магнитной стрелки

2. Вектор магнитной индукции – это силовая характеристика магнитного поля. Направление вектора В определяется по правилу правого винта :
если направление вращения правого винта совпадает с направлением тока в контуре, то его поступательное движение укажет направление индукции магнитного поля, создаваемого током в контуре.

Величина магнитной индукции определяется по формуле:

Единица измерения – Тесла

где F – сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник длиной l и силой тока I.

3. Для визуализации магнитного поля используются силовые линии – линии, вдоль которых в магнитном поле устанавливаются маленькие магнитные стрелки.

Силовые линии магнитного поля

магнитное поле прямого тока

магнитное поле постоянного магнита

магнитное поле соленоида

Свойства силовых линий магнитного поля:

  • замкнуты;
  • не пересекаются;
  • чем линии гуще, тем поле сильнее.

Однородное магнитное поле – линии параллельны и находятся на одинаковом расстоянии друг от друга.

Поле, обладающее замкнутыми силовыми линиями, называется вихревым .

Магнитное поле токов различной конфигурации

Индукция магнитного поля, создаваемого током различной конфигурации, определяется по закону Био-Савара-Лапласа:

Вектор индукции магнитного поля, создаваемого малым прямолинейным участком проводника с током, пропорционален длине участка проводника, силе тока в нем, синусу угла между элементом тока и направлением на точку наблюдения, обратно пропорционален квадрату расстояния до элемента тока и направлен перпендикулярно плоскости, в которой лежит элемент тока и точка наблюдения в сторону определяемую правилом правого винта (если направление смещения винта совпадает с направлением тока, то направление его вращения совпадает с направлением вектора индукции).

Частные случаи:

1. Индукция магнитного поля, создаваемого прямым бесконечным проводником с током на расстоянии d от проводника

2. Индукция магнитного поля, создаваемого прямым конечным проводником с током на расстоянии d от проводника

3. Индукция магнитного поля в центре кругового витка с током

4. Индукция магнитного поля в центре соленоида с числом витков N и радиусом катушки r

Магнитная постоянная μ0 = 4π·10 -7 Гн/м

Направление магнитного поля зависит от. Магнитное поле. Физика

Направление магнитных силовых линий вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, определяется по правилу буравчика. Если условно ввинчивать буравчик по направлению электрического тока, то рукоятка будет вращаться по направлению магнитных силовых линий.

Направление магнитных силовых линий определяется по известному правилу буравчика. Нетрудно видеть, что при любом направлении тока магнитопровод и якорь представляют два магнита, обращенные друг к другу разноименными полюсами. Так, на рисунке магнитные силовые линии направлены в магнитопроводе от правого полюса к левому, а в якоре – от левого к правому. Поэтому между якорем и магнитопроводом возникает сила притяжения. Размыкание контакта и возврат реле в исходное положение происходит при снижении тока до тока возврата. При этом токе сила притяжения становится меньше силы пружины.

Направление магнитных силовых линий в каждой точке совпадает с направлением вектора индукции.

Направление магнитных силовых линий и движения порошкообразных материалов взаимно перпендикулярны.

Направление магнитных силовых линий характеризует направление магнитного потока. Если провести плоскость, перпендикулярную направлению магнитных силовых линий, то количество линий на единицу поверхности определяет величину индукции. Магнитные силовые линии являются замкнутыми. Следовательно, магнитное поле не имеет источников. Весь поток можно разделить на ряд единичных трубок; вдоль каждой из них поток остается постоянным. Тогда индукция в такой трубке определяется ее сечением.

Направление магнитных силовых линий, пересекающих поток воды, показано пунктирными линиями.

Направление магнитных силовых линий вокруг проводника с током можно определить по правилу буравчика: если буравчик с правой резьбой будет двигаться поступательно по направлению тока, то направление вращения ручки будет совпадать с направлением магнитных силовых линий вокруг проводника.

Направление магнитных силовых линий выбрано условно в соответствии с так называемым правилом буравчика (или штопора, или винта): если ввинчивать буравчик по направлению тока, то магнитные силовые линии будут направлены по вращению буравчика. Иначе говоря, если смотреть вдоль провода так, чтобы ток шел от нас, то магнитные силовые линии направлены по часовой стрелке.

Направление магнитных силовых линий вокруг проводника с током можно найти по прав и л у б у р а и ч и к а.

Направление магнитных линий поля, создаваемого первым проводом, определяется по правилу буравчика и совпадает с направлением движения часовой стрелки. Касательный к магнитным линиям вектор магнитной индукции направлен в месте расположения второго провода вертикально вниз.

Направление магнитных линий поля, создаваемого первым проводом, определяется По правилу буравчика и совпадает с направлением движения часовой стрелки. Касательный к магнитным линиям вектор магнитной индукции направлен в месте расположения второго провода вертикально вниз.

Для определения направления магнитных линий поля электромагнита пользуются правилом буравчика. Практически для определения полюсов электромагнита применяют магнитную стрелку.

На этом рисунке плоскость витка образует с направлением магнитных линий поля некоторый угол. Как видно из этого рисунка, виток растягивается силами F во все стороны. При больших токах эти силы могут стать настолько большими, что виток будет разорван.

На прямой провод длиной 12 м с током 750 А, расположенный в однородном магнитном поле под углом а30 к направлению магнитных линий поля, действует сила F5 H.

На прямой провод длиной 12 м с током / 50 А, расположенный в однородном магнитном поле под углом а30 к направлению магнитных линий поля, действует сила F-5 H.

Это индукция такого однородного магнитного поля, в котором магнитный поток Ф (см. § 2.3) через поверхность площадью 1 м2, перпендикулярную направлению магнитных линий поля, равен.

Если проводник, по которому протекает электрический ток, внести в магнитное поле магнита, то в результате взаимодействия магнитного поля и проводника с током проводник будет перемещаться в ту или иную сторону. Направление перемещения проводника зависит от направления тока в нем и от направления магнитных линий поля.

Упрощенная картина поля однофазной обмотки статора.| График тока в рабочей фазе обмэтки статора (а и диаграммы распределения в воздушном зазоре асинхронной машины векторов магнитной индукции. пульсирующего поля (б и двух вращающихся полей (в, эквивалентных пульсирующему полю.

При включении рабочей фазы обмотки статора в однофазную сеть возникает переменный ток (рис. 18.2, а), возбуждающий в машине пульсирующее магнитное поле. Из рассмотрения приближенной картины поля, изображенной на рис. 18.1 для произвольно выбранного направления тока, можно заключить, что в течение выбранного полупериода изменения тока направление магнитных линий-сохраняется неизменным; лишь поток полюса гармонически изменяется по величине. На протяжении следующего полупериода направление магнитных линий поля изменяется на противоположное. Однако ось поля в течение первого и второго полупериодов изменения тока остается неподвижной.

При прохождении тока через обмотку соленоида или один виток проволоки возбуждается магнитное поле, направление которого также определяется правилом буравчика. Если расположить ось буравчика перпендикулярно плоскости кольцевого проводника или вдоль оси соленоида и вращать его рукоятку по направлению тока, то поступательное движение этого буравчика укажет направление магнитных линий поля кольца соленоида. Направление магнитного поля зависит от направления тока и при изменении направления тока в прямолинейном проводнике или в катушке изменится также направление магнитных линий поля, возбуждаемого этим током. Однородное магнитное поле во всех точках имеет одинаковое направление и одинаковую интенсивность. В противном Случае поле называется неоднородным. Графически однородное магнитное поле изображают параллельными линиями с одинаковой плотностью, например в воздушном зазоре между двумя разноименными параллельно расположенными полюсами магнита.

Рассмотрим опыт, проделанный датским учёным Х. Эрстедом в 1820 г. Взгляните на рисунок. В штативе закреплён провод, концы которого можно подключать к источнику постоянного тока. Рядом с проводом находится стрелка от компаса, надетая на иглу. Пока в проводе тока нет, стрелка указывает на север (рис. «а»). Теперь подключим концы провода к источнику тока. Мы увидим, что стрелка сразу же отвернётся от провода (см. рис. «б»). Стрелку можно переместить и в другое место вблизи провода, однако результат будет тем же: при включении тока стрелка будет поворачиваться, располагаясь перпендикулярно проводу.

Объясним эти наблюдения. Так как стрелка отклоняется, находясь в любом месте вблизи провода, значит, в пространстве вокруг провода существует силовое поле. Точнее говоря, в пространстве вокруг проводника с током существует магнитное поле. Знакомство с ним мы начали в § 8-з, описав существование магнитного действия тока.
Метод силовых линий, рассмотренный нами в § 8-д, применяют как для описания электрических, так и для описания магнитных полей. При этом силовыми линиями магнитного поля называют воображаемые линии, вдоль которых располагалась бы магнитная стрелка, помещаемая в различные точки этого поля. Рассмотрим пример.

На рисунке «в» изображена одна и та же магнитная стрелка, помещаемая в разных точках вокруг провода без тока на одинаковых расстояниях от него (см. опыт «а», вид сверху, зелёным кружком обозначен провод). Магнитная стрелка указывает в одну и ту же сторону (на север).
На рисунке «г» – та же стрелка, помещаемая в тех же точках вокруг провода с током в нём (см. опыт «б»). Ток условно показан красным крестиком внутри зелёного круга. Каждое положение стрелки перпендикулярно проводу, а вместе эти положения образуют окружность.
Продолжим изучение магнитного поля прямого проводника с током методом силовых линий. Пустим по проводу ток силой 5-10 А, вставив его в отверстие в листе картона, а сверху будем аккуратно сыпать мелкие железные опилки. Мы увидим, что они располагаются в виде окружностей, опоясывающих проводник (рис. «д»).

Такие линии образуются потому, что опилки намагничиваются и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелочкам: располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля, они разворачиваются, образуя множество кольцеобразных цепочек. Итак,силовые линии магнитного поля прямого проводника с током являются концентрическими окружностями, опоясывающими проводник.
Направлением силовой линии магнитного поля принято считать направление, куда указывает северный конец магнитной стрелки. Например, на рис. «г» расположение северных концов показывает, что силовые линии поля направлены по ходу часовой стрелки.

Если же изменить полярность подключения концов провода к «+» и «-», то стрелки развернутся на 180°, и силовые линии поля будут направлены против хода часовой стрелки (см. рис. «е»). В этом случае ток идёт из-за страницы к нам, что условно обозначено точкой внутри зелёного круга, символизирующего провод. Поэтому концы стрелки развернулись на 180° по сравнению с предыдущим опытом со стрелками (см. рис. «г»).
Для определения направления силовых линий магнитного поля прямого проводника с током есть специальные правила. Правило правой руки: если прямой проводник обхватить ладонью так, чтобы отогнутый большой палец указывал направление тока в проводнике, то оставшиеся пальцы укажут направление силовых линий магнитного поля. Это же правило известно и как «правило правого буравчика»: если буравчик с правой резьбой ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля.

Силовые линии магнитного поля

Что такое силовые линии

Выдающийся английский физик Майкл Фарадей (1791-1867), исследовавший природу электромагнитного поля, первым сформулировал понятие силовых линий для электрического и магнитного полей.

Силовые линии магнитного поля обладают следующими основными свойствами:

  • Силовые линии — это графическая визуализация (“картина”) изображения силового поля;
  • Силовые линии заполняют пространство таким образом, что касательные к ним в каждой точке пространства совпадают по направлению с вектором магнитной индукции;
  • Через каждую точку проходит только одна силовая линия;
  • Плотность (густота) силовых линий, пронизывающих единичную перпендикулярную площадь, пропорциональна модулю магнитной индукции B на этой площади;
  • Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты, поскольку магнитное поле является полем вихревого типа. Вихревыми называются любые поля, имеющие замкнутые силовые линии.

М. Фарадей по праву считается одним из первооткрывателей природы электромагнитных явлений. В 1845 г. он первым четко сформулировал понятие об электромагнитном поле. Кроме этого он открыл фундаментальный закон, названный его именем, который гласит о том, что в замкнутом проводящем контуре, через который проходит изменяющийся во времени магнитный поток, возникает разность потенциалов, то есть электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения магнитного потока.

Примеры силовых линий

Наглядное представление о силовых линиях магнитного поля можно получить, если на плоский стеклянный лист, сквозь который пропущен проводник с током, равномерно (в один слой) разложить мелкие железные опилки или опилки из другого ферромагнетика (никеля, кобальта и т.п.). Включение тока приводит к появлению магнитного поля, в котором опилки намагничиваются, то есть становятся “магнитными стрелками” и выстраиваются вдоль силовых линий поля .

Рис. 1. Демонстрация силовых линий магнитного поля от прямого провода с током с помощью железных опилок.

Видно, что силовые линии представляют собой концентрические окружности, которые расположены в плоскости перпендикулярной проводнику. Центры всех окружности лежат на оси проводника.

Следующий пример — силовые линии магнитного поля, которое создает обычный полосовой постоянный магнит.

Рис. 2. Демонстрация силовых линий магнитного поля от полосового магнита с помощью железных опилок.

Направлением вектора магнитной индукции принято считать направление от южного полюса S к северному полюсу N. Хорошо видно, что силовые линии имеют максимальную концентрацию вблизи полюсов N и S. Направления силовых линий магнитного поля имеют сложную геометрическую форму, но все линии непрерывны и замкнуты. Внутри магнита плотность (густота) силовых линий максимальна, а поле однородно. Магнитное поле является однородным, когда магнитная индукция постоянна, то есть = const.

Еще один пример — это соленоид, то есть катушка, изготовленная с помощью намотки гибкого проводника, сохраняющего форму (например, из медной проволоки).

Рис. 3. Демонстрация силовых линий магнитного поля от соленоида.

Оказывается картина силовых линий соленоида очень похожа на силовые линии, которые создаются постоянным полосовым магнитом. Видно, что внутри катушки магнитное поле близко к однородному.

Для определения направления вектора надо пользоваться “правилом буравчика”, которое звучит так: вектор направлен в ту сторону, куда перемещалась бы рукоятка буравчика (с правой резьбой) если ввинчивать его по направлению тока в проводе (или в рамке).

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что такое силовые линии магнитного поля. Силовые линии позволяют наглядно представить пространственное распределение магнитного поля. Приведены основные свойства и примеры силовых линий магнитных полей, созданных прямолинейным проводником, соленоидом и постоянным полосовым магнитом.

Схемы направления магнитных линий

Устройство магнитного поля представляют с помощью силовых линий. Также их называют интегральными кривыми. Они показывают, как расположились бы свободные стрелки компаса в поле. В зависимости от формы магнита, схема направления магнитных линий будет различаться. Самые известные примеры — картина поля постоянных магнитов, соленоидов, проводников с током.

Магнитная индукция

Эта величина — главная характеристика магнитного поля. Она определяет его силу в конкретной точке пространства и показывает, как магнит воздействует на электрический заряд, перемещающийся с заданной скоростью. Понятие индукции необходимо не только при описании магнитов и их полей, но и во всей теории электромагнетизма.

Почему вокруг проводника с током возникают силовые линии? Взаимосвязь магнетизма и электричества была изучена Майклом Фарадеем. Именно он установил, что переменное электрическое поле создает постоянное магнитное, а переменное у магнита — постоянное электрическое.

Магнитная индукция — векторная величина. Направление этого вектора совпадает со свободной стрелкой компаса или с перпендикуляром к витку с током. Определить, куда направлен ток или силовые линии, можно с помощью правила буравчика или правой руки.

Линии магнитной индукции построены таким образом, что в каждой их точке индукция направлена по касательной к кривой. Модуль вектора тем больше, чем сильнее поле.

Свойства силовых линий

Особенности этих кривых связаны со свойствами самого поля. Для линий магнитной индукции характерно:

  1. Они замкнуты или начинаются и заканчиваются в бесконечности (например, для бесконечного соленоида)
  2. Нигде не прерываются.
  3. Имеют определенное направление, зависящее от того, куда идет ток.
  4. Чем сильнее поле, тем более густо расположены его линии.

Свойства замкнутости и непрерывности кривых связано с тем, что магнитных зарядов, подобных электрическим, не существует. Любой, даже самый маленький магнит имеет 2 полюса. Если его разрезать, каждая часть получит свои собственные полюса: северный и южный. Интегральные кривые поля вокруг постоянного магнита выходят из одного полюса и заходят в другой.

Это важное отличие магнитного поля от электрического. Интегральные кривые электрического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, поэтому они разомкнуты. Электрические заряды можно разделить.

Как увидеть строение поля

Впервые увидеть картину поля удалось в 1269 году, когда Петр Перегрин насыпал на постоянный сферический магнит небольшие железные иголки. Они выстроились в определенном порядке, расположившись по кривым, выходящим из одной точки и входящим в другую. Эти линии и называются теперь магнитными.

На сферическом магните точки, в которых сходились кривые, выглядели как полюса на глобусе и по аналогии с ними были названы. Позже было установлено, что Земля сама является огромным магнитом.

Эрстед с помощью своего знаменитого опыта установил влияние электричества на магнитную стрелку. Если поместить ее рядом с проводником, при пропускании тока по проводу указатель поворачивается перпендикулярно ему. Он повернется на 180 градусов, если пустить электроток в обратную сторону.

Увидеть строение поля можно с помощью железных опилок. Если их насыпать на неметаллическую пластину и поместить над магнитом, опилки выстроятся как раз по силовым кривым поля.

Различные схемы направления

У постоянного полосового магнита линии выходят из северного полюса и входят в южный, огибая магнит. Так же выглядит поле катушки (соленоида) с током, но в этом случае направление кривых зависит от направления тока. Они выходят из того полюса, где ток входит в катушку. При этом внутри катушки поле однородно, линии параллельны друг другу. Если представить бесконечный соленоид, все его поле будет находиться внутри катушки и будет однородным.

У дугообразного (подковообразного) магнита линии соединяют северный и южный полюса. Внутри дуги они прямые, а за ее пределами огибают магнит.

Поле прямого проводника с током имеет вид окружностей, перпендикулярных проводнику и имеющих центр в нем самом. Если пустить ток в противоположную сторону, кривые тоже станут направлены противоположно.

Направление окружностей определяется по правилу часовой стрелки или буравчика:

  1. Если ток по проводнику течет в сторону наблюдателя, линии направлены по часовой стрелке.
  2. Их направление совпадает с вращения винта (буравчика), который движется вдоль тока (закручивается, если от наблюдателя, и выкручивается, если к человеку).

Для витка с током справедливы подобные правила, но с некоторыми изменениями:

  1. Правило часов: силовые линии направлены к наблюдателю, если он видит, что ток течет по часовой стрелке.
  2. Правило буравчика: направление кривых совпадает с движением винта, который крутят так же, как идет ток.

Чем меньше расстояние до проводника, тем гуще расположены окружности. По мере удаления они постепенно разрежаются. Это показывает, что магнитное поле ослабевает при удалении от проводника.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий