14) Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Лоренца. Сила Ампера.

Очень короткое время оставалась неясной природа силового взаимодействия электрических токов. В том же 1820 году датский физик Эрстед обнаружил влияние электрического тока на магнитную стрелку (рис. 8.3.). В опыте Эрстеда над магнитной стрелкой, ориентированной по магнитному меридиану Земли, был протянут прямолинейный проводник. При включении тока в проводнике, стрелка поворачивается, устанавливаясь перпендикулярно проводнику с током. Этот эксперимент прямо свидетельствует о том, что электрический ток создаёт в окружающем пространстве магнитное поле. Оно имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной (по аналогии в электростатике с Е) – вектор магнитной индукции (основная характеристика магнитного поля). Магнитное поле не действует на неподвижные заряды. В магнитном поле сила действует на электрический ток. Экспериментально установлено, что для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции. Подобно тому, как для исследования электрического поля мы использовали пробный точечный заряд, применим для исследо­вания магнитного поля пробный ток, циркулирующий в плоском замкнутом контуре очень малых размеров. Ориентацию контура в пространстве будем характеризовать направлением нормали к кон­туру, связанной с направлением тока правилом правого винта. Такую нормаль мы будем называть положительной. Единица В, называемая тесла (Тл), равна магнитной индукции однородного поля, в котором на плоский контур с током имеющий магнитный момент 1 А* м^2 , действует максимальный вращающий момент, равный 1 Н* м.

- закон Ампера. Направление определяется по правилу правого винта (от dl к B). При одинаковом направлении токов параллельные провода притягиваются. Ток I1 создает поле B2 и возникает сила направленная к противоположному проводу. Один ампер — это сила такого постоянного тока, течение которого по двум прямолинейным проводникам бесконечной длины и малого сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, сопровождается возникновением между проводниками силы, равной 2  10^–7 Н на каждый метр их длины. Единицу заряда – кулон определяют как заряд, проходящий за 1 секунду через поперечное сечение проводника, по которому течет постоянный ток силой 1 ампер. В соответствии с этим кулон так же называют ампер-секундой. Эта сила возникает благодаря воздействию магнитного поля на движущиеся заряды. Рассмотрим отдельно взятый заряд. т.к. I=jE=nevS; значит dF=nevS[dlB]=neSdl[vB]. Разделим nSdl (количество зарядов в единице объема) и получим силу действующую на заряд: F=q[vB], называемой магнитной. Направление силы поределяется по аналогии с силой Ампера, но если заряд отрицателный (q<0), то сила направлена в противоположную сторону. Если существует одновременно и электрическое и магнитное поле, то заряженная частица: F=qE+q[vB]. – сила Лоренца. Найдена путем обобщения экспериментальных данных.

15) Магнитное поле равномерно движущихся зарядов. Закон Био – Савара – Лапласа. Принцип суперпозиции.

Для магнитного поля, также как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции электрических полей. Справедливость этого принципа нельзя доказать теоретически. Он подтверждается только экспериментально. Суть этого принципа состоит в следующих двух положениях. 1) Если ток I₁ создаёт в некоторой точке пространства магнитное поле , то этот вектор магнитной индукции не изменится при появлении других токов: I₂, I₃, …, I_n. Это означает, что появление новых токов и новых полей не искажает индукции магнитного поля исходного тока I₁. 2) Если магнитное поле создаётся несколькими токами, то индукция такого поля равна векторной сумме магнитных индукций складываемых полей: . Эти положения многократно подтверждены экспериментально. Вектор магнитной индукции поля, созданного электрическим током, равен векторной сумме магнитных индукций от отдельных элементов этого тока: . Для окончательного решения этой задачи нужно только знать, какое поле создаёт элемент тока . В решении этой проблемы добились успеха французские учёные: физики экспериментаторы Био и Савар и математик Лаплас. Они установили, что вектор магнитной индукции поля, созданного элементом тока , равен: (закон Био-Савара-Лапласа, 1820 г.), здесь: — элемент тока; — радиус-вектор, проведённый от элемента тока в точку, где вычисляется магнитное поле.