Постійні магніти мають два полюси: північний і південний.

Однойменні полюси відштовхуються один від одного, а різнойменні притягуються.

Згідно з гіпотезою Ампера, всередині атомів і молекул речовини циркулюють елементарні, електричні струми. Якщо ці струми розміщені хаотично один відносно одного, то їх дія взаємно компенсується і жодних магнітних властивостей тіло не має. У намагніченому стані (наприклад, у постійних магнітах) елементарні струми відповідно орієнтовані. Отже, магнітні властивості будь-якого тіла пояснюються замкненими електричними струмами всередині нього, тобто магнітна взаємодія – це взаємодія струмів.

 

2 Для дослідження властивостей магнітного поля використовують маленьку плоску рамку із струмом, підвідні проводи до якої скручують. Розміри рамки і сила струму, який проходить по ній, мають бути такими, щоб магнітне поле самої рамки не спотворювали досліджуваного магнітного поля. Таку рамку із струмом називають пробним контуром.

Підвісимо вертикально маленькій пробний контур. На деякій відстані від нього розмістимо провідник. Якщо по провіднику пропустити електричний струм, то рамка із струмом повернеться і розміститься так, щоб провід був у площині рамки. Якщо змінити напрям струму в провіднику, то рамка повернеться на кут π;.

Отже, магнітне поле чинить орієнтуючу дію на пробний контур.

 

3 Експериментально було встановлено, що відношення максимального обертального моменту, який діє на контур із струмом у магнітному полі, до магнітного моменту цього контуру не залежить від властивостей пробного контуру і тому може бути характеристикою досліджуваного магнітного поля. Його називають магнітною індукцією:

.

 

Магнітним моментом Рm дорівнює добутку сили струму І, що протікає у контурі, на площу поверхні контура S: р_m = ІS.

Формула визначає тільки модуль магнітної індукції. Магнітне поле можна повною мірою описати, якщо в кожній його точці знайти модуль і напрям магнітної індукції В. Вектор магнітної індукції за напрямом збігається з напрямом зовнішнього магнітного поля.

Магнітна індукція – це силова характеристика магнітного поля в даній точці простору.

За одиницю магнітної індукції в СІ, яку називають тесла (Тл), беруть таку індукцію, при якій на контур з площею 1 м² і силою струму 1 А діє обертальний момент, що дорівнює 1 Н*м.

1 Тл = 1 Н / (А*м)

 

4 Лінії магнітної індукції – це лінії, дотичні до яких у даній точці збігаються за напрямом з вектором В у цій точці. Лінії магнітної індукції можна зробити «видимими» за допомогою залізних ошурок. Якщо на скляну пластинку, крізь яку пропущено прямий провідник із струмом, насипати залізних ошурок і злегка постукати по пластинці, то залізні ошурки розмістяться вздовж силових ліній.

Лінії магнітної індукції завжди замкнені та охоплюють провідники із струмами.

 

5 У 1820 р. А. Ампер установив, що на провідник із струмом, вміщений в однорідне магнітне поле індукції В, діє сила, пропорційна довжині відрізка провідника Δl, силі струму І, який проходить по провіднику, та індукції магнітного поля В: F=BIΔlsinα,

де α – кут між напрямом струму в провіднику і напрямом вектора В.

для визначення напряму сили, яка діє на провідник із струмом, вміщений у магнітне поле, застосовують правило лівої руки:

якщо ліву руку розмістити так, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню, а випрямлені чотири пальці збігалися з напрямом струму в провіднику, то відігнутий великий палець покаже напрям сили, яка діє на провідник із струмом, вміщений у магнітне поле.

 

6 У 1920 р. французькі вчені Ж.Біо і Ф. Савар дослідили магнітні поля, створені в повітрі прямолінійним струмом, коловим струмом, котушкою із струмом тощо. На основі численних дослідів вони дійшли таких висновків:

а) у всіх випадках індукція В магнітного поля електричного струму пропорційна до сили струму І;

б) магнітна індукція залежить від форми і розмірів провідника із струмом;

в) магнітна індукція В у будь-якій точці поля залежить від розташування цієї точки відносно провідника зі струмом.

Закон Біо-Савара-Лапласа:

 

де dl - вектор, що числово дорівнює довжині dl елемента провідника і збігається за напрямком з електричним струмом, радіус вектор, проведений від елемента провідника dl до точки А, що розглядається, μ₀ – магнітна стала.

Закон Біо-Савара-Лапласа дає змогу розрахувати індукцію магнітного поля електричного струму, що проходить по провіднику скінченних розмірів і будь-якої форми.

Дослід показує, що для магнітного поля справедливий принцип суперпозиції: індукція магнітного поля, створеного декількома струмами або рухомими зарядами, дорівнює векторній сумі магнітних полів, що створені кожним струмом або рухомим зарядом окремо.

Контрольні запитання

1 Що називається магнітним полем?

2 В чому проявляється магнітна дія провідника?

3 Чому дорівнює модуль магнітної індукції?

4 Що називається магнітними лініями?

5 Які властивості магнітних ліній?

6 Розкажіть закон Ампера.

7 У чому полягає принцип суперпозиції?

 

Змістовий модуль 3.2 Магнетизм. Магнітне поле електричного струму.

 

Лекція № 14