Основные характеристики магнитного поля (МП)

Основные сведения о магнетизме, характеристики магнитного поля. Поле прямолинейного магнита.

Основные характеристики магнитного поля (МП)

Магнетизм проявляется во взаимном притягивании или отталкивании намагниченных тел. Это происходит вследствие того, что намагниченное тело создает в пространстве магнитное поле

Определение: МП – это вид материи, способной передавать с определенной силой действие одного намагниченного тела на другое.

Источником магнитного поля создаваемого намагниченным телом являются движущиеся электрические заряды и спиновые магнитные моменты атомных носителей магнетизма (электронов, протонов и др.). Для упрощения расчетов введем понятие магнитного заряда , который примем за источник магнитного поля.

Количественная характеристика магнитного поля – сила взаимодействия между магнитными зарядами. В случае точечных магнитных зарядов m₁ и m₂ эта сила описывается следующим выражением:

(1)

где r – расстояние между m₁ и m₂

В формуле (1) промежуточной средой является воздух, магнитная проницаемость которого может быть принята равной 1.

Если один из магнитных зарядов принять равным единице, то сила взаимодействия между ними:

(2)

В этом уравнении H – напряженность магнитного поля.

Определение: напряженность – это сила, с которой магнитное поле воздействует на единицу магнетизма.

При этом будем считать, что эта единица заряда несет в себе магнетизм северного наименования и имеет знак «+». Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр.

В современной науке основной характеристикой магнитного поля является магнитная индукция. Индукция связанна с напряженностью следующим выражением:

где: - магнитная постоянная, по другому называемая магнитной проницаемостью вакуума.

Магнитная индукция измеряется в теслах. В честь Николы Тесла – серб, работал в США.

При работе с компасом на судне сила Н измеряется дефлектором в условных дефлекторных единицах, следовательно, магнитная постоянная не имеет значения и, следовательно, для работы с МК Н=В. Иначе говоря не имеет значения, что измеряется напряженность или индукция, но так как на флоте более привычным является термин напряженность, то его и используют

Напряженность и индукция – векторные величины. Кроме них существует скалярная характеристика магнитного поля – магнитный потенциал. Это не сила взаимодействия, а работа, которую необходимо затратить при перемещении единицы северного магнетизма из бесконечности в данную точку поля.

В механике работа:

Применяя к магнитному потенциалу заменим:

Следовательно, магнитный потенциал

(3)

Знак минус означает, что работа при перемещении из бесконечности должна затрачиваться на преодоление силы Н.

Заменим Н в соответствии с формулой (2)

(4)

где m – величина постоянная.

Проинтегрируем это выражение по r от бесконечности до r

(5)

Это выражение потенциала магнитного поля, обусловленного зарядом одного наименования, сосредоточенном в элементе объема намагниченного тела.

В более общем случае векторы можно представить через их проекции на координатные оси

перемножим скалярно эти два вектора

где X,Y,Z – составляющие напряженности магнитного поля по координатным осям.

Если мы рассмотрим это выражение как дифференциал функции трех переменных, то можно установить следующую связь между напряженностью и потенциалом магнитного поля:

(6)

т.е. частные производные от магнитного потенциала, взятые по переменным x, y, z со знаком «минус», выражают величины проекций напряженности магнитного поля в данной точке p (x, y, z) на соответствующие координатные оси.