Как взаимодействует два параллельных проводника, если электрический ток протекает в противоположных направлениях?

Ответ Б

2. Сила Лоренца вычисляется по формуле:

Ответ Б

3. При увеличении магнитной индукции в 3 раза и уменьшении силы тока в 3 раза, сила действующая на проводник

Не изменится так как ∆F = BI∆L = 3B*1/3 IL = BIL

4. На проводник с током, внесенным в магнитное поле действует сила Ампера направленная:

Направление силы Ампера определяется следующим правилом: если направить пальцы левой руки вдоль тока таким образом, чтобы вектор магнитного тока входил в ладонь, то отставленный в сторону большой палец укажет направление силы Ампера.

Верный ответ Г

5. Индукция однородного магнитного поля, которое действует на прямолинейный проводник длиной 4 м с током 4А, расположенный под углом 30 градусов к линиям индукции магнитного поля с силой 1Н, равна

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, пропорциональна силе тока в проводнике I, магнитной индукции B, длине проводника L и синусу угла между направлением тока в проводнике и направлением вектора магнитной индукции a (Закон Ампера):

F=B LIsina = 1H * 4 * 4 *sin 30° = 7,264

B =F/(LIsina) = 1/(4*4*0.5) =0.1 Тл

6. Как изменится частота и период колебаний математического маятника при увеличении нити в 6 ¼ раза?

Математи́ческий ма́ятник - механическая система, состоящая из материальной точки, подвешенной на невесомой нерастяжимой нити или на невесомом стержне в поле тяжести. Период малых колебаний математического маятника длины l в поле тяжести с ускорением свободного падения g равен

=2,5 раза

Т2 =2π квадратный корень из (6.25l/g)

Т2/Т1 = 2,5 раза

и не зависит от амплитуды и массы маятника.

Ответ: 2,5 раза

7 .Как изменится период колебаний в колебательном контуре,если емкость увеличиться в 2 раза, а индуктивность катушки уменьшается в 4 раза?

Ответ: период колебаний равна t1 =2π*(корень квадратный L1*С1)

где t1– период колебаний первоначальный;

L1 – первоначальная индуктивность;

С1 – первоначальная емкость;

Период колебаний после изменений емкости и индуктивности равна t2 =2π*(корень квадратный L2*С2)

где t2– период колебаний после изменений;

L2 = 4L1 –индуктивность после изменений;

С2 = 2C1 – емкость после изменений;

t2 =2π*(корень квадратный L2*С2) = 2π*(корень квадратный 1/4L1*2С1)

Определим величину изменения периода колебаний:

t2/t1 = 2π*(корень квадратный 4L1*2С1) / 2π*(корень квадратный L1*С1) =(корень квадратный 4L1*2С1) / (корень квадратный L1*С1)=

= (корень квадратный 4*2) = 2,8 раза

8. Изменение заряда конденсатора в колебательном конкуре происходит по закону

Чему равна частота колебаний заряда?

25

9. Максимальный заряд на обкладках конденсатора конденсатора колебательного контура q=10 -4 Кл. Определите период колебаний в контуре, если Im=0.1А.

Im = wq = q/(корень квадратный из (L*C)

где Im– сила тока;

q – максимальный заряд;

L – индуктивность катушки;

C – емкость конденсатора

Отсюда w =Im/q

T = 2π/w = 2πq*10(степень -4)/(0.1) = 0,0063

10. Почему колебания в колебательном контуре называют свободными?

Колебательный контур – колебательная система. У этой системы есть состояние устойчивого равновесия, характеризуемая минимумом энергии электрического поля (конденсатор не заряжен). Система сама приходит к этому состоянию, будучи выведенная из него (разрядка конденсатора) и проходит через него из-за явления самоиндукции. Именно поэтому в контуре могут существовать свободные колебания.

ПОТЕРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ РАСЧЁТ СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ ТИПА LC РАСЧЁТ МУЛЬТИВИБРАТОРА НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ В ЖДУЩЕМ РЕЖИМЕ

Изменение свойств пространства при внесении в него постоянных магнитов можно трактовать как наличие в пространстве материального магнитного поля, подобно электростатическому полю вокруг неподвижных электрических зарядов. Как электростатическое, так и магнитное поле неощутимо органами чувств человека, но его наличие можно зарегистрировать с помощью простейшего устройства – легкой магнитной стрелки, насаженной на ось, т.е. с помощью компаса.

В начале XIX в. было установлено (Х.Эрстед), что ориентирующее действие на стрелку компаса оказывает и электрический ток, протекающий по проводнику (рис. 5).

Из третьего закона Ньютона следует: с какой силой проводник с электрическим током действует на стрелку, с такой же по модулю силой и стрелка действует на провод с током. Поэтому если взять тяжелый магнит и легкую катушку с большим количеством витков, то катушка с током начинает двигаться относительно магнита. На этом основано действие школьного амперметра (см. тема 17).

Это открытие позволило установить связь между электрическими и магнитными явлениями и

построить единую картину, называемую теорией электромагнитного поля .

В настоящее время окончательно утвердилось представление о том, что действие постоянных магнитов – это совокупное действие молекулярных токов в веществе (электронов, движущихся по орбитам в молекулах).

Магнитное поле может оказывать разнообразные воздействия на другие физические объекты, оказавшиеся в этом поле. Механическое действие, которое магнитное поле оказывает на другие тела, можно характеризовать вектором силы, а само поле – векторной физической величиной, называемой магнитной индукцией , которая позволяет определить эту силу. Магнитная индукция обозначается буквой , измеряется в теслах (Тл).

Модуль вектора можно определить с помощью силы, действующей на движущийся свободный заряд или проводник с током, где заряды перемещаются вдоль проводника, а также с помощью момента сил, действующих на рамку, по которой течет ток.

Будем считать, что в данной точке пространства модуль векторы магнитной индукции равен 1 Тесла (1 Тл), если в этой точке на проводник с током, расположенный перпендикулярно направлению вектора (при другой ориентации сила будет меньше), при силе тока, равной 1 А на единицу длины проводника (1 м), действует сила, равная 1 Н.

Принцип суперпозиции позволяет складывать вектора магнитной индукции и магнитных полей, созданных разными источниками, по правилам сложения векторов.

Индукция магнитного поля может быть определена в любой точке пространства и в любой момент времени: .

Линии магнитной индукции

Для наглядности картины изменения вектора магнитной индукции при переходе от одной точки пространства к другой вводится понятие линий вектора магнитной индукции (силовых линий магнитного поля). Непрерывная линия, касательная к которой в любой ее точке задает направление вектора магнитной индукции , называется силовой линией магнитного поля . Густота силовых линий прямопропорциональна модулю вектора магнитной индукции.

Магнитные стрелки можно заменить железными опилками, которые намагничиваются в поле данного магнита и становятся маленькими стрелками. (На картон, который кладут на магнит, насыпают опилки. При легком потряхивании картона опилки хорошо ориентируются.)

Поле, в каждой точке которого вектор магнитной индукции постоянен по величине и направлению, называют однородным

Источником магнитного поля являются не только постоянные магниты, но и проводники с током. Картина силовых линий магнитного поля, созданного постоянным подковообразным магнитом (а ), прямым проводом с током (б ) и проволочным кольцом (в ), по которому течет ток, показана на рисунке 9. Силовые линии магнитного поля – замкнутые линии. Во внешнем пространстве постоянных магнитов они идут от северного полюса к южному. Направление силовых линий вокруг прямолинейного провода с током определяется по правилу буравчика (правовращающий винт, штопор): если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

25. Закон Био́-Савара-Лапла́са - физический закон для определения модуля вектора магнитной индукции в любой точке магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током на некотором рассматриваемом участке. Был установлен экспериментально в 1820 году Био и Саваром. Лаплас проанализировал данное выражение и показал, что с его помощью путём интегрирования, в частности, можно вычислить магнитное поле движущегося точечного заряда, если считать движение одной заряженной частицы током. Напряженность магнитного поля. Элемент тока. Закон-Био-Савара-Лапласа. Расчет напряженности магнитного поля кругового витка с током на его оси. Напряженностью магнитного поля называется отношение механической силы, действующей на положительный полюс пробного магнита, к величине его магнитной массы или механическая сила, действующая на положительный полюс пробного магнита единичной массы в данной точке поля. Напряженность изображается вектором H , имеющим направление вектора механической силы f . Элемент тока - векторная величина, равная произведению тока проводимости вдоль линейного проводника и бесконечно малого отрезка этого проводника. Примечание. Элемент тока имеет направление, совпадающее с направлением этого отрезка. Закон Био-Савара-Лапласа - физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током. 26.

Как известно, электрические токи порождают вокруг себя магнитное поле. Связь магнитного поля с током дала толчок к многочисленным попыткам возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля. Эта фундаментальное открытие было блестяще сделано в 1831 г. английским физиком М. Фарадеем, который открыл явленение электромагнитной индукции. Оно говорит о том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного. Приведем классические опыты Фарадея, с помощью которых было открыто явление электромагнитной индукции. Опыт I (рис. 1а). Если в соленоид, который замкнут на гальванометр, вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его вдвигания или выдвигания мы видим отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток); при этом отклонения стрелки при вдвигании и выдвигании магнита имеют противоположные направления. Отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки. При смене в опыте полюсов магнита направление отклонения стрелки также изменится. Для получения индукционного тока можно оставлять магнит неподвижным, тогда нужно относительно магнита перемещать соленоид. Опыт II. Концы одной из катушек, которая вставлена одна в другую, присоединяются к гальванометру, а через другую катушку пропускается ток. В моменты включения или выключения тока наблюдается отклонение стрелки гальванометра, а также в моменты его уменьшения или увеличения, а также при перемещении катушек друг относительно друга (рис. 1б). Направления отклонений стрелки гальванометра также имею противоположные направления при включении или выключении тока, его увеличении или уменьшении, приближении или удалении катушек. Рис.1 Исследуя результаты своих многочисленных опытов, Фарадей пришел к заключению, что индукционный ток возникает всегда, когда в опыте осуществляется изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции. Например, при повороте в однородном магнитном поле замкнутого проводящего контура в нем также появляется индукционный ток - в этом случае индукция магнитного поля вблизи контура остается постоянной, а меняется только поток магнитной индукции сквозь контур. В результате опыта было также установлено, что значение индукционного тока абсолютно не зависит от способа изменения потока магнитной индукции, а определяется лишь скоростью его изменения (также в опытах Фарадея доказывается, что отклонение стрелки гальванометра (сила тока) тем больше, чем больше скорость движения магнита, или скорость изменения силы тока, или скорость движения катушек). Открытие явления электромагнитной индукции имело огромное значение, поскольку была дана возможность получения электрического тока с помощью магнитного поля. Этим оьткрытие дало взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями, что в дальнейшем послужило толчком для разработки теории электромагнитного поля.

На проводник с током в магнитном поле действуют силы, которые определяются с помощью закона Ампера. Если проводник не закреплен (например, одна из сторон контура сделана в виде подвижной перемычки, рис. 1), то под действием силы Ампера он в магнитном поле будет перемещаться. Значит, магнитное поле совершает работу по перемещению проводника с током.

Для вычисления этой работы рассмотрим проводник длиной l с током I (он может свободно двигаться), который помещен в однородное внешнее магнитное поле, которое перпендикулярно плоскости контура. Сила, направление которой определяется по правилу левой руки, а значение - по закону Ампера, рассчитывается по формуле

Под действием данной силы проводник передвинется параллельно самому себе на отрезок dx из положения 1 в положение 2. Работа, которая совершается магнитным полем, равна

Так как l dx=dS - площадь, которую пересекает проводник при его перемещении в магнитном поле, BdS=dФ - поток вектора магнитной индукции, который пронизывает эту площадь. Значит,

Т. е. работа по перемещению проводника с током в магнитном поле равна произведению силы тока на магнитный поток, пересеченный движущимся проводником. Данная формула справедлива и для произвольного направления вектора В .

Рассчитаем работу по перемещению замкнутого контура с постоянным током I в магнитном поле. Будем считать, что контур М перемещается в плоскости чертежа и в результате бесконечно малого перемещения перейдет в положение М", изображенное на рис. 2 штриховой линией. Направление тока в контуре (по часовой стрелке) и магнитного поля (перпендикулярно плоскости чертежа - за чертеж или от нас) дано на рисунке. Контур М условно разобьем на два соединенных своими концами проводника: AВС и CDА.

Работа dA, которая совершается силами Ампера при иссследуемом перемещении контура в магнитном поле, равна алгебраической сумме работ по перемещению проводников AВС (dA 1) и CDA (dA 2), т. е.

Силы, которые приложенны к участку CDA контура, образуют острые углы с направлением перемещения, поэтому совершаемая ими работа dA 2 >0. .Используя (1), находим, эта работа равна произведению силы тока I в нашем контуре на пересеченный проводником CDA магнитный поток. Проводник CDA пересекает при своем движении поток dФ 0 сквозь поверхность, выполненную в цвете, и поток dФ 2 , который пронизывает контур в его конечном положении. Значит,

Силы, которые действуют на участок AВС контура, образуют тупые углы с направлением перемещения, значит совершаемая ими работа dA 1 <0. Проводник AВС пересекает при своем движении поток dФ 0 сквозь поверхность, выполненную в цвете, и поток dФ1, который пронизывает контур в начальном положении. Значит,

Подставляя (3) и (4) в (2), найдем выражение для элементарной работы:

Где dФ 2 -dФ 1 =dФ" - изменение магнитного потока сквозь площадь, которая ограничена контуром с током. Таким образом,

Проинтегрировав выражение (5), найдем работу, которая совершается силами Ампера, при конечном произвольном перемещении контура в магнитном поле:

Значит, работа по перемещению замкнутого контура с током в магнитном поле равна произведению силы тока в контуре на изменение магнитного потока, сцепленного с контуром. Выражение (6) верно для контура любой формы в произвольном магнитном поле.

Сила Лоренца

Если электрическое поле действует и на движущийся, и на покоящийся заряд, то магнитное поле постоянного магнита действует только на движущийся заряд.

Силой Лоренца называют силу, действующую в магнитном поле на электрический заряд q , движущийся в пространстве со скоростью . Ее направление в случае, когда заряд положительный и движется перпендикулярно вектору магнитной индукции, определяется по правилу левой руки

Если четыре пальца левой руки (с указательного по мизинец) направлены вдоль вектора скорости, а силовые линии магнитного поля входят в ладонь, то большой палец, отведенный в плоскости ладони на 90° от остальных четырех пальцев, показывает направление силы Лоренца. Все три вектора , , взаимно перпендикулярны.

Если требуется определить направление силы Лоренца для отрицательного заряда, то надо также воспользоваться правилом левой руки, а затем направление полученной силы изменить на 180°. Таким образом, при одинаковом направлении скоростей зарядов в магнитном поле сила Лоренца будет иметь взаимно противоположные направления для положительного и отрицательного зарядов. . Он также зависит от угла a между вектором скорости

R = m /qB.

Если заряд влетает в однородное магнитное поле под углом a к вектору , то его движение будет происходить по винтовой линии.

Сила Ампера

Исторически сложилось, что разделяют силы, действующие на движущийся свободный электрический заряд, например ион, летящий в вакууме, и заряд, направленно перемещающийся в проводнике, – электрический ток. Природа этих сил в обоих случаях одинакова, однако в случае электрического тока в проводнике заряд не может покинуть проводник, поэтому можно говорить о силе, действующей в целом на проводник.

Сила Ампера – сила, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное поле.

Если проводник с током длиной l расположить над ладонью левой руки так, чтобы вектор магнитной индукции был перпендикулярен ему и входил в ладонь, а четыре пальца руки расположить по направлению тока, то отогнутый большой палец укажет направление силы Ампера (рис. 11). Направление силы Ампера совпадает с направлением силы Лоренца, если считать, что положительные частицы движутся в направлении протекания тока (см. рис. 11).

Модуль силы Ампера прямо пропорционален силе тока в проводнике, модулю вектора магнитной индукции , длине проводника l и синусу угла a между направлением проводника и направлением вектора :

F А = IlB sin a

Как видно из формулы, сила максимальна, когда a = 90°, т.е. проводник располагается перпендикулярно силовым линиям магнитного поля.

Если два параллельно расположенных проводника подсоединить к источнику тока так, чтобы по ним прошел электрический ток, то в зависимости от направления тока в них проводники либо отталкиваются, либо притягиваются.

Объяснение этого явления возможно с позиции возникновения вокруг проводников особого вида материи - магнитного поля.

Силы, с которыми взаимодействуют проводники с током, называютсямагнитными .

Магнитное поле - это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

История магнетизма уходит корнями в глубокую древность, к античным цивилизациям Малой Азии. Именно на территории Малой Азии, в Магнезии, находили горную породу, образцы которой притягивались друг к другу. По названию местности такие образцы и стали называть "магнетиками". Любой магнит в форме стержня или подковы имеет два торца, которые называются полюсами; именно в этом месте сильнее всего и проявляются его магнитные свойства. Если подвесить магнит на нитке, один полюс всегда будет указывать на север. На этом принципе основан компас. Обращенный на север полюс свободно висящего магнита называется северным полюсом магнита (N). Противоположный полюс называется южным полюсом (S).

Магнитные полюсы взаимодействуют друг с другом: одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Аналогично концепции электрического поля, окружающего электрический заряд, вводят представление о магнитном поле вокруг магнита.

В 1820 г. Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле. Если взять рамку с током, то внешнее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и оказывает на нее ориентирующее действие, т. е. существует такое положение рамки, при котором внешнее магнитное поле оказывает на нее максимальное вращающее действие, и существует положение, когда вращающий момент сил равен нулю.

Магнитное поле в любой точке можно охарактеризовать вектором В, который называется вектором магнитной индукции или магнитной индукцией в точке.

Магнитная индукция В - это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. Она равна отношению максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на ее площадь:

За направление вектора магнитной индукции В принимается направление положительной нормали к рамке, которое связано с током в рамке правилом правого винта, при механическом моменте, равном нулю.

Точно так же, как изображали линии напряженности электрического поля, изображают линии индукции магнитного поля. Линия индукции магнитного поля - воображаемая линия, касательная к которой совпадает с направлением В в точке.

Направления магнитного поля в данной точке можно определить еще как направление, которое указывает

северный полюс стрелки компаса, помещенный в эту точку. Считают, что линии индукции магнитного поля направлены от северного полюса к южному.

Направление линий магнитной индукции магнитного поля, созданного электрическим током, который течет по прямолинейному проводнику, определяется правилом буравчика или правого винта. За направление линий магнитной индукции принимается направление вращения головки винта, которое обеспечивало бы поступательное его движение по направлению электрического тока (рис. 59).

где n 01 = 4Пи 10 -7 В с/(А м). - магнитная постоянная, R - расстояние, I - сила тока в проводнике.

В отличие от линий напряженности электростатического поля, которые начинаются на положительном заряде и оканчиваются на отрицательном, линии индукции магнитного поля всегда замкнуты. Магнитного заряда аналогично электрическому заряду не обнаружено.

За единицу индукции принимается одна тесла (1 Тл) - индукция такого однородного магнитного поля, в котором на рамку площадью 1 м 2 , по которой течет ток в 1 А, действует максимальный вращающий механический момент сил, равный 1 Н м.

Индукцию магнитного поля можно определить и по силе, действующей на проводник с током в магнитном поле.

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера, величина которой определяется следующим выражением:

где I - сила тока в проводнике, l - длина проводника, В - модуль вектора магнитной индукции, а - угол между вектором и направлением тока.

Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца располагаем по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец показывает направление силы Ампера.

Учитывая, что I = q 0 nSv, и подставляя это выражение в (3.21), получим F = q 0 nSh/B sin a . Число частиц (N) в заданном объеме проводника равно N = nSl, тогда F = q 0 NvB sin a .

Определим силу, действующую со стороны магнитного поля на отдельную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле:

Эту силу называют силой Лоренца (1853-1928). Направление силы Лоренца можно определить по правилу левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца показывали направление движения положительного заряда, большой отогнутый палец покажет направление силы Лоренца.

Сила взаимодействия между двумя параллельными проводниками, по которым текут токи I 1 и I 2 равна:

где l - часть проводника, находящаяся в магнитном поле. Если токи одного направления, то проводники притягиваются (рис. 60), если противоположного направления - отталкиваются. Силы, действующие на каждый проводник, равны по модулю, противоположны по направлению. Формула (3.22) является основной для определения единицы силы тока 1 ампер (1 А).

Магнитные свойства вещества характеризует скалярная физическая величина - магнитная проницаемость, показывающая во сколько раз индукция В магнитного поля в веществе, полностью заполняющем поле, отличается по модулю от индукции В 0 магнитного поля в вакууме:

По своим магнитным свойствам все вещества делятся на диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные .

Рассмотрим природу магнитных свойств веществ.

Электроны в оболочке атомов вещества движутся по различным орбитам. Для упрощения считаем эти орбиты круговыми, и каждый электрон, обращающийся вокруг атомного ядра, можно рассматривать как круговой электрический ток. Каждый электрон, как круговой ток, создает магнитное поле, которое назовем орбитальным. Кроме того, у электрона в атоме есть собственное магнитное поле, называемое спиновым.

Если при внесении во внешнее магнитное поле с индукцией В 0 внутри вещества создается индукция В < В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n < 1).

В диамагнитных материалах при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные поля электронов скомпенсированы, и при внесении их в магнитное поле индукция магнитного поля атома становится направленной против внешнего поля. Диамагнетик выталкивается из внешнего магнитного поля.

У парамагнитных материалов магнитная индукция электронов в атомах полностью не скомпенсирована, и атом в целом оказывается подобен маленькому постоянному магниту. Обычно в веществе все эти маленькие магниты ориентированы произвольно, и суммарная магнитная индукция всех их полей равна нулю. Если поместить парамагнетик во внешнее магнитное поле, то все маленькие магниты - атомы повернутся во внешнем магнитном поле подобно стрелкам компаса и магнитное поле в веществе усиливается (n >= 1).

Ферромагнитными называются такие материалы, в которых n " 1. В ферромагнитных материалах создаются так называемые домены, макроскопические области самопроизвольного намагничивания.

В разных доменах индукции магнитных полей имеют различные направления (рис. 61) и в большом кристалле

взаимно компенсируют друг друга. При внесении ферромагнитного образца во внешнее магнитное поле происходит смещение границ отдельных доменов так, что объем доменов, ориентированных по внешнему полю, увеличивается.

С увеличением индукции внешнего поля В 0 возрастает магнитная индукция намагниченного вещества. При некоторых значениях В 0 индукция прекращает резкий рост. Это явление называется магнитным насыщением.

Характерная особенность ферромагнитных материалов - явление гистерезиса, которое заключается в неоднозначной зависимости индукции в материале от индукции внешнего магнитного поля при его изменении.

Петля магнитного гистерезиса - замкнутая кривая (cdc`d`c), выражающая зависимость индукции в материале от амплитуды индукции внешнего поля при периодическом достаточно медленном изменении последнего (рис. 62).

Петля гистерезиса характеризуется следующими величинами B s , B r , B c . B s - максимальное значение индукции материала при В 0s ; В r - остаточная индукция, равная значению индукции в материале при уменьшении индукции внешнего магнитного поля от B 0s до нуля; -В с и В с - коэрцитивная сила - величина, равная индукции внешнего магнитного поля, необходимого для изменения индукции в материале от остаточной до нуля.

Для каждого ферромагнетика существует такая температура (точка Кюри (Ж. Кюри, 1859-1906), выше которой ферромагнетик утрачивает свои ферромагнитные свойства.

Существует два способа приведения намагниченного ферромагнетика в размагниченное состояние: а) нагреть выше точки Кюри и охладить; б) намагничивать материал переменным магнитным полем с медленно убывающей амплитудой.

Ферромагнетики, обладающие малой остаточной индукцией и коэрцитивной силой, называются магнитомягкими. Они находят применение в устройствах, где ферромагнетику приходится часто перемагничиваться (сердечники трансформаторов, генераторов и др.).

Магнитожесткие ферромагнетики, обладающие большой коэрцитивной силой, применяются для изготовления постоянных магнитов.

Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:

F = BIl sina (a - угол между направлением тока и индукцией магнитного поля). Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.

Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, тоЗакон Ампера принимает вид:

dF = I*B*dlsina

Закон Ампера в векторной форме :

Сила Ампера направлена перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы dl и B.

Для определения направления силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, применяется правило левой руки .

Магни ́ тное по ́ ле - силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающиемагнитным моментом , независимо от состояния их движения , магнитная составляющаяэлектромагнитного поля

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов ватомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты ).

Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времениэлектрического поля .

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля) . С математической точки зрения - векторное поле , определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем (хотя, наверное, это не самое строгое употребление термина).

Ещё одной фундаментальной характеристикой магнитного поля (альтернативной магнитной индукции и тесно с ней взаимосвязанной, практически равной ей по физическому значению) является векторный потенциал .

Магнитное поле можно назвать особым видом материи , посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающимимагнитным моментом .

Магнитные поля являются необходимым (в контексте специальной теории относительности ) следствием существования электрических полей.

Вместе, магнитное и электрическое поля образуютэлектромагнитное поле , проявлениями которого являются, в частности, свет и все другие электромагнитные волны .

Электрический ток (I), проходя по проводнику, создаёт магнитное поле (B) вокруг проводника.

С точки зрения квантовой теории поля магнитное взаимодействие - как частный случайэлектромагнитного взаимодействия переносится фундаментальным безмассовымбозоном - фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля), часто (например, во всех случаях статических полей) - виртуальным.

Для количественного описания магнитного поля можно воспользоваться контуром с током. Так как контур с током испытывает ориентирующее действие поля, то на него в магнитном поле действует пара сил, которая создает момент сил относительно некоторой неподвижной оси. Вращающий момент сил зависит как от свойств поля в данной точке, так и от свойств контура. Для плоского контура с током I величина, равная произведению силы тока I на площадь S , ограниченную контуром, называется магнитным моментом контура p m .

Магнитный момент - векторная величина. Его направление совпадает с направлением положительной нормали к контуру.

\(~\vec p_m = IS \vec n,\)

где \(~\vec n\) - единичный вектор нормали к плоскости контура.

Опыт показывает, что вращающий момент зависит от расположения контура в магнитном поле. Вращающий момент равен О, если магнитное поле перпендикулярно плоскости контура (рис. 2, а), и максимален, если нормаль к контуру перпендикулярна магнитному полю (рис. 2, б).

Максимальный вращающий момент, как показывает опыт, пропорционален силе тока I и площади контура рамки с током, т.е.

\(~M_{max} \sim IS .\)

Если в данную точку магнитного поля помещать контуры с разными магнитными моментами, то на них будут действовать различные вращающие моменты, однако отношение \(~\frac{M_{max}}{p_m}\) для всех контуров одно и то же и поэтому может служить характеристикой магнитного поля, называемой магнитной индукцией.

Магнитная индукция - это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

Модуль магнитной индукции равен

\(~B = \frac{M_{max}}{IS} = \frac{M_{max}}{p_m}.\)

Единицей магнитной индукции в СИ является тесла (Тл).

1 Тл = Н·м/(А·м 2) = Н/(А·м) .

1 Тл - магнитная индукция такого однородного поля, в котором на контур с магнитным моментом 1 А·м 2 действует вращающий момент 1 Н·м.

Магнитная индукция \(~\vec B\) полностью характеризует магнитное поле. В каждой точке может быть найден ее модуль и направление.

Поле, в каждой точке которого модуль и направление магнитной индукции одинаковы (\(~\vec B = \operatorname{const}\)) , называется однородным магнитным полем .

Если магнитное поле образовано системой n проводников с токами, то, имеет место принцип суперпозиции магнитных полей : магнитная индукция поля системы токов равна геометрической сумме магнитных индукцией полей каждого из токов в отдельности:

\(~\vec B = \vec B_1 + \vec B_2 + \ldots + \vec B_n = \sum_{i=1}^n \vec B_i .\)

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. - Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. - C. 316-317.