Магнитное поле возникает вокруг проводников с током и проявляется в силовом взаимодействии с другими проводниками с током. Рассмотрим вопрос о величине этой силы, выведем формулу модуля вектора магнитной индукции.
Направление вектора магнитной индукции определяется по правилу буравчика или по правилу обхвата правой руки (это эквивалентные правила, но правило правой руки нагляднее и удобнее):
При определении модуля вектора магнитной индукции существует две проблемы.
- Магнитных зарядов не обнаружено (хотя теория не запрещает их существование). Однако, согласно закону Ампера, магнитное поле действует на проводник с током. Следовательно, в качестве пробного заряда в магнитном поле необходимо брать такой проводник.
- Направление возникающей силы не совпадает с направлением тока. Поэтому необходимо использовать рамку с током, в которой существуют токи, направленные в противоположные стороны, и за основу силовой характеристики брать не силу, а момент сил, действующих на эту рамку.
Учитывая эти особенности магнитного поля, можно найти модуль вектора магнитной индукции.
Величина модуля вектора магнитной индукции
Экспериментируя с поведением рамки с током в магнитном поле, можно обнаружить, что момент сил, действующих на нее, существенно зависит от следующих факторов:
- от величины магнитного поля;
- от площади рамки;
- от тока, проходящего по рамке;
- от магнитных свойств вещества самой рамки и среды вокруг нее;
- от ориентации рамки в магнитном поле.
Таким образом, формула модуля вектора магнитной индукции должна учитывать все эти факторы. Фактор ориентации рамки удобно исключить из выражения, условившись рассматривать только такую ориентацию, при которой момент сил, действующих на рамку, будет максимальным. Для исключения магнитного влияния в веществе рамки и вокруг нее, будем рассматривать только рамку в вакууме.
В результате в левой части формулы будет стоять искомый модуль, а в правой — выражение, включающее момент сил, действующих на рамку, площадь рамки и силу тока в ней.
Очевидно, что вектор магнитной индукции прямо пропорционален моменту сил, действующих на рамку.
С площадью рамки и током в ней ситуация обратная. Если увеличивать эти величины, то при неизменном магнитном поле момент сил будет пропорционально увеличиваться. А значит, индукция магнитного поля обратно пропорциональна как площади рамки, так и току, проходящему по ней.
Окончательно имеем формулу модуля вектора магнитной индукции:
$$B = k {M_{max} over IS}$$
где:
- $В$ — модуль вектора магнитной индукции;
- $M_{max}$ — максимальный момент, действующий на рамку с током;
- $I$ — ток в рамке с током;
- $S$ — площадь рамки с током;
- $k$ — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц измерения.
Что мы узнали?
В качестве силовой характеристики магнитного поля используется вектор магнитной индукции. Его направление определяется правилом буравчика или правилом правой руки, а модуль пропорционален максимальному моменту сил, действующих на рамку с током в этом поле, и обратно пропорционален площади этой рамки и току в ней.
