I. Теоретическое введение

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Основные свойства магнитного поля:

1. магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).

2. Магнитное поле оказывает силовое действие на электрический ток (движущиеся заряды).

3. Магнитное поле имеет вихревой характер, то есть его силовые линии замкнуты.

Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции , величина которого показывает, какая максимальная сила действует на проводник с током длиной 1 м, по которому течет ток 1 А.

(1)

Магнитное поле, в отличии от электрического, не оказывает действие на покоящийся заряд. Сила возникает лишь тогда, когда заряд движется.

Для магнитного, как и для электрического поля, справедлив принцип суперпозиции:

вектор индукции магнитного поля, порождаемого несколькими движущимися зарядами (токами), равен векторной сумме магнитных индукций полей , порождаемых каждым движущимся зарядом (током) в отдельности:

(3)

Графически магнитное поле изображают с помощью силовых линий.

Силовые линии (линии магнитной индукции) – это линии, в каждой точке к которым касательная совпадает с вектором магнитной индукции.

Таким образом, чтобы определить направление вектора магнитной индукции , сначала определяют расположение и направление силовых линий магнитного поля (по правилу буравчика), а затем в заданной точке проводят к ним касательную.

Величину и направление вектора можно определить с помощью закона Био-Савара-Лапласа:

(4)

или , (5)

где вектор индукции магнитного поля, созданного элементом проводника с током длиной dl,

- радиус вектор, проведенный от элемента проводника dl к точке в которой определяется магнитная индукция,

α – угол между векторами и (за направление принимается направление тока),

μ – магнитная проницаемости среды (для вакуума μ = 1),

μ₀ =4π·10^-7 гн/м – магнитная постоянная.

Величину, равную отношению

(6)

Называют напряженностью магнитного поля. Она не зависит от свойств среды, а зависит от силы тока, протекающего по контуру, формы контура и его расположения относительно точки, в которой определяется напряженность.

С учетом (6) закон Био-Савара-Лапласа можно записать для напряженности магнитного поля:

(7)

Определим с помощью закона Био-Савара-Лапласа напряженность магнитного поля в центре кругового витка.

Для этого выберем на проводнике элемент длиной dl, создающий магнитное поле напряженностью . Для любого элемента тока направлен вдоль штриховой линии, перпендикулярной плоскости кругового проводника (рис. 1). Поэтому в соответствии с принципом суперпозиции магнитных полей .

Учитывая, что , т.е. sinα = 1, r=R – радиус кругового витка, - длина окружности, из (7) получим:

(8)

Единицей напряженности магнитного поля является ампер на метр:

[Н] = 1А/м

1А/м – это напряженность в центре кругового тока с диаметром, равным 1 м, если по нему протекает ток 1А.