Магнитное поле и его характеристики

А н н о т а ц и я

Настоящий конспект лекций разработан на факультете среднего профессионального образования Санкт-Петербургского университета информационных технологий, механики и оптики, рассмотрен предметно-цикловой комиссией естественнонаучных дисциплин и рекомендован для использования в учебном процессе факультета.

Конспект лекций магнитным и электромагнитным свойствам вещества предназначен для студентов учреждений среднего профессионального образования, закончивших не менее 9 классов общеобразовательной школы.

В конспекте рассмотрены следующие темы: магнитостатика, электромагнитная индукция, магнитные и электромагнитные свойства вещества и основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Полнота изложения тем близка к требованиям программы теоретического минимума по физике СПб ГУ ИТМО.

Магнитостатика

Магнитное поле и его характеристики.

Если взять две катушки, намотанные металлическими проводниками, и пропустить по ним ток, то при протекании токов одинакового направления катушки притягиваются (рисунок 1а), а при протекании токов противоположного направления катушки отталкиваются (рисунок 1б).

Рисунок 1. Взаимодействие токов, протекающих по катушкам

Поле, посредством которого осуществляется взаимодействие электрических токов, расположенных на расстоянии, называется магнитным полем. Магнитное поле создается либо движущимися электрическими зарядами, либо переменным электрическим полем и действует только на движущиеся электрические заряды. Магнитные поля различных токов при наложении могут, как усиливать, так и ослаблять друг друга. Усиление магнитного поля получается при наложении полей от токов одинакового направления, а ослабление – при наложении полей от токов противоположного направления.

Магнитное поле постоянного магнита объясняется теорией Ампера. Вращение электрона вокруг ядра атома является элементарным электрическим током, создающим элементарное магнитное поле. Поэтому вокруг любого атома или молекулы должно существовать магнитное поле, а всякое вещество должно обладать теми или иными магнитными свойствами. При хаотическом расположении молекул их магнитные поля взаимно ослабляются и магнитного поля вокруг такого тела не существует. Если поместить железо во внешнее магнитное поле, его молекулы развернуться под действием поля и железо намагнитится, так как магнитные поля отдельных молекул сложатся.

При определении направления магнитных полей используется замкнутый плоский контур с током (рамка с током) (рисунок 2), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация рамки в пространстве определяется направлением нормали к контуру. Направление положительной нормали задается правилом правого винта для рамки с током: