Особенности поведения магнитного поля в вакууме
Содержание
Магнитное поле (МП) — это особая форма материи, способная оказывать влияние на движущиеся электрозаряды. С другой стороны, МП возникает при наличии именно движущихся зарядов. Этот факт обнаружил в ходе своих экспериментов датский физик Ханс Эрстед.
Как появляется магнитное поле
Источниками МП всегда являются движущиеся заряды. Причем достаточно одного электрона, чтобы можно было говорить об этом явлении. Ток представляет собой поток заряженных частиц по определению. Соответственно вблизи провода, по которому он течет, образуется магнитное поле. Также оно может создаваться постоянными магнитами.
Вокруг некоторых объектов существует постоянное магнитное поле, что связано со свойствами их внутренней структуры. Может появляться МП и вследствие изменения электрического поля. Взаимодействие этих двух полей описывают уравнения электромагнитной теории Максвелла. Их особенность в том, что они связывают основные параметры электромагнитного поля.
Основные характеристики
Основными количественными параметрами МП являются следующие величины:
- Магнитная индукция.
- Напряженность МП.
- Магнитный поток.
Магнитная индукция является главной силовой характеристикой МП и представляет собой вектор, модуль которого определяется максимальной силой, действующей на единичный элемент тока:
Если известны заряд и скорость, индукцию можно вычислить по формуле:
Магнитное поле удобно изображать с помощью силовых линий. Они всегда замкнуты, поскольку зарядов как в электростатике, являющихся истоками или завершениями, в МП нет. Густота прорисовки показывает, насколько поле различается на разных участках. Вектор магнитной индукции в любой точке направлен по касательной к этим линиям.
Магнитная индукция подчиняется принципу суперпозиции. Это означает, что если поле создается несколькими источниками, то результат в конкретной точке можно получить, сложив векторы.
Напряженность магнитного поля показывает результат взаимодействия внешнего поля и собственных магнитных моментов в теле:
Магнитный поток измеряется в веберах и является скалярной величиной. Во многих задачах удобно оперировать именно этим понятием.
Например, рассчитать электродвижущую силу можно пользуясь именно изменением во времени магнитного потока:
Особенности расчетов в вакууме
Идеальным вакуумом является полное отсутствие молекул в сосуде. Иначе говоря, считают, что в таком пространстве нет материи. Этого на практике добиться трудно, поэтому в экспериментах и теории присутствует второе определение. Согласно ему, вакуумом называют состояние, когда длина пробега частицы превышает длину сосуда, где она находится.
Когда рассчитывается магнитное поле в вакууме, следует учитывать, что:
- Магнитная проницаемость принимается равной 1. Вакуум не содержит материи, а значит, влиять на поле не будет.
- Напряженность можно рассчитать по следующей формуле:
Тезисы, применяющиеся для магнитного поля в вакууме, можно использовать также в среде, которая не способна к магнитной поляризации.
Изменение системы может повлиять на расчет, связанный со стационарным полем. Например, неподвижный заряд создает только электрическое поле, но если наблюдатель движется относительно этого объекта с постоянной скоростью, то он должен видеть также и магнитное. Соответственно при переходе от одной системы отсчета к другой, следует учесть, что происходит с магнитной индукцией и другими характеристиками.
Полезные формулы
Чтобы решить многие задачи, можно пользоваться уже выведенными или экспериментально вычисленными закономерностями.
Сила Лоренца
Узнать, с какой силой магнитное поле будет действовать на точечный заряд, можно с помощью формулы Лоренца.
Закон Ампера
Этот закон используется, когда следует выяснить, как взаимодействуют два проводника при подключении к ним тока. В этом случае используется следующая формула:
Закон Био-Савара-Лапласа
Небольшой участок проводника с током вносит свой вклад в создание МП, для определения которого используется закон Био-Савара-Лапласа.
Проинтегрировав по длине проводника можно получить частные случаи. Например, поле, создаваемое бесконечно длинным прямым проводом при пропускании по нему тока, будет иметь индукцию, значение которой определяется с помощью формулы:
Если вектор индукции в любой точке МП имеет постоянное направление и величину, то поле является однородным.
Загрузка...
