15. Магнитное поле электрического тока. Индукция и напряженность магнитного поля.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Магнитные и электрические явления тесно связаны между собой. В этом можно убедиться на опыте.

Поднесем магнитную стрелку, насаженную на острие, к прямому медному проводнику, не включенному в электрическую цепь. Стрелка, как обычно, установится так, что будет своими концами показывать направление на северный и южный полюсы земли.

Если теперь по этому проводнику пропустить электрический ток достаточной силы, то стрелка, поднесенная к нему, повернется и установится перпендикулярно оси проводника. При прекращении тока в проводнике стрелка возвратится в первоначальное положение. Стрелка отклонится в противоположную сторону, если изменить направление тока в проводнике. Из этого опыта можно сделать следующий вывод: при прохождении электрического тока по проводнику в окружающем пространстве возникает магнитное поле. При прекращении тока магнитное поле исчезает.

Магнитные линии — линии индукции, возникающие вокруг проводника, по которому проходит ток, располагаются по окружностям, центром которых является ось проводника. Это легко доказать при помощи несложного опыта.

Вставим в отверстие положенного горизонтально листа картона проводник и пропустим по нему электрический ток (рис. 29). Из пакета насыплем на картон стальные опилки. Слегка ударяя пальцем по листу картона, заметим, что опилки располагаются вокруг проводника в определенном порядке — по окружностям, соответствующим магнитным линиям.

При изображении магнитного поля, создаваемого вокруг проводника с током, в центре этого поля показывают не весь проводник, а только его сечение. Когда ток направлен от нас, в кружке, изображающем сечение проводника, ставят знак «х»; если же ток течет к нам, в кружке ставят точку (•). Направление магнитных линий определяется по правилу буравчика, которое формулируется так: если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление магнитных линий совпадает с направлением вращательного движения рукоятки буравчика.

Магнитное поле возникает не только вокруг прямолинейного проводника, по которому проходит ток, но и вокруг проводника, согнутого в кольцо. В этом случае у кольцевого проводника можно различить, как у постоянного магнита, два полюса — северный и южный. Данное свойство магнитного поля кольцевого проводника используется в электромагнитах .

Напряжённость магнитного поля

векторная физическая величина (Н), являющаяся количественной характеристикой магнитного поля (См. Магнитное поле). Н. м. п. не зависит от магнитных свойств среды. В вакууме Н. м. п. совпадает с магнитной индукцией (См. Магнитная индукция) В; численно Н = В в СГС системе единиц (См. СГС система единиц) и Н = В/μ0 в Международной системе единиц (См. Международная система единиц) (СИ), μ0 — Магнитная постоянная. В среде Н. м. п. Н определяет тот вклад в магнитную индукцию В, который дают внешние источники поля: Н = В — 4πj (в системе единиц СГС), или Н = (B/μ0) — j (в СИ), где j — Намагниченность среды. Если ввести относительную магнитную проницаемость (См. Магнитная проницаемость) среды μ, то для изотропной среды Н = В/μ0μ (в СИ). Единицей Н. м. п. в СИ является Ампер на Метр (а/м), в системе единиц СГС — Эрстед (э); 1 а/м = 4π․10-3 э ≅ 1,256․10-2 э.

Н. м. п. прямолинейного проводника с током I (в СИ) Н = μ0I/2πa (а — расстояние от проводника); в центре кругового тока Н = μ0I/2R (R — радиус витка с током I); в центре соленоида на его оси Н = μ0nI (n — число витков на единицу длины соленоида). Практическое определение Н в ферромагнитных средах (в магнитных материалах (См. Магнитные материалы)) основано на том, что тангенциальная составляющая Н не изменяется при переходе из одной среды в другую. При однородной намагниченности тела напряжённость, измеренная на его поверхности, параллельной направлению намагниченности, соответствует напряжённости внутри тела. Методы измерения Н. м. п. рассмотрены в ст. Магнитные измерения, Магнитометр.