14.1. Магнитное поле. Магнитное взаимодействие токов. Закон Ампера. Вектор магнитной индукции.

Опыт показывает, что электрические токи взаимодействуют между собой, напрмер, то­ки I притягиваются, а токи I отталкиваются. Взаимодействие токов осущест­вляется через поле, которое называется магнитным. Следовательно, движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающего их пространства - создают в нем магнитное поле. Это поле проявляется в том, что на движущиеся в нем заряды (токи) действуют силы. Подобно тому, как для исследования электрического поля мы использовали пробный за­ряд, применим для исследования магнитного поля пробный ток, циркулирующий в плос­ком замкнутом контуре очень малых размеров . Будем называть такой контур пробным кон­туром.

Ориентацию его в пространстве характеризует направление нормали к контуру, восстанавливаемой по правилу правого бу­равчика: вращаем рукоятку правого буравчика по направлению то­ка в контуре, тогда направление его поступательного движения даст направление нормали(рис.14.1). Помещая пробный контур в магнитное поле, обнаружим, что поле стремится повернуть контур (нормаль) в определен­ном направлении.

Вращающий момент, действующий на контур, зависит как от свойств магнитного поля в данной точке, так и от свойств контура. Оказывается, что максимальная величина вращающего момента пропорциональна IS, т.е. M ~ IS, где I -ток контуре, S - площадь контура с током, (рис.14.1). Векторную величину

(14-1)

называют магнитным моментом контура, который в СИ измеряется в Ам².

На пробные контуры с разными р_m, помещаемыми в данную точку магнитного поля, бу­дут действовать разные по величине максимальные вращающие моменты М, но отношение М / р будет для всех контуров одинаково, оно будет являться силовой характеристикой магнитного поля, которая называется магнитной индукцией

В = М/р.(14-2)

Магнитная индукция есть вектор, направление которого совпадает с направлением нор­мали контура с током, свободно установившегося во внешнем магнитном поле (рис.14.2).

Поле вектора В можно представить с помощью силовых линий, (рис.14. 2), как и поле вектора ; таким образом В является аналогом Е .Магнитная индукция в СИ измеря­ется в теслах: 1 Тл=1 Нм/1 Ам². Тесла равен магнитной индукции однородного поля, в котором на плоский контур с током, который имеет магнитный момент 1 А м², действует максимальный вращающий момент, равный 1 Нм.

На контур с током, помещенный в магнитное поле с индукцией , действует вращаю­щий момент

. (14-3)

Величина его M =

при имеем М = M= pB ,при = 0 или=,M= 0.

Закон Ампера: на элемент тока Id, помещенный в магнитное поле с индукцией , действует сила

. (14-4)

Произведение I называют элементом тока, где - вектор, совпадающий с элементом участка тока и направленный в сторону, в которую течет ток.