Что такое индукция магнитного поля?

Что такое индукция магнитного поля? Для ответа на этот вопрос вспомним основы электродинамики. Как известно, на неподвижный носитель заряда q, располагающийся в зоне действия электрического поля, оказывается смещающее воздействие с силой F. Чем больше значение заряда (независимо от его свойств), тем больше сила. Это является напряженностью - одним из свойств поля. Если обозначить ее как E, то получим:

E = F / q

В свою очередь, на подвижные заряды оказывают воздействие поля магнитной природы. Однако в этом случае сила зависит не только от величины электрического заряда, но и от вектора направления движения (или, что более точно, скорости).

Видео: Галилео. Эксперимент. Электромагнитная индукция

Каким же образом можно изучить конфигурацию магнитного поля? Эту задачу успешно решили известные ученые – Ампер и Эрстед. Они размещали в поле проводящий контур с электрическим током и изучали интенсивность оказываемого воздействия. Получалось, что на результат влияла ориентация контура в пространстве, что указывало на наличие вектора направленности момента сил. Индукция магнитного поля (измеряется в Теслах) выражается через отношение упомянутого момента силы к произведению площади проводника контура и протекающего электрического тока. Фактически, она характеризует само поле, что в данном случае и необходимо. Выразим все сказанное через простую формулу:

B = M / (S*I)-

где M – максимальное значение момента сил, зависит от ориентации контура в магнитном поле- S – суммарная площадь контура- I – значение тока в проводнике.

Так как индукция магнитного поля является векторной величиной, то далее требуется найти его ориентированность. Наиболее наглядное представление о нем дает обыкновенный компас, стрелка которого всегда указывает на северный полюс. Индукция магнитного поля земли ориентирует ее согласно магнитным силовым линиям. То же самое происходит при размещении компаса вблизи проводника, по которому протекает ток.

Видео: Эксперимент Фарадея с индукцией магнитного поля, ч. 1

Описывая контур, следует ввести понятие магнитного момента. Это вектор, численно равный произведению S на I. Его направление перпендикулярно условной плоскости самого токопроводящего контура. Можно определить по известному правилу правого винта (или буравчика, что одно и то же). Индукция магнитного поля в векторном представлении совпадает с направлением магнитного момента.

Таким образом, можно вывести формулу для действующей на контур силы (все величины векторные!):

M = B * m-

где M – суммарный вектор момента силы- B – магнитная индукция- m – значение магнитного момента.

Не менее интересна индукция магнитного поля соленоида. Он представляет собой цилиндр с намотанной проволокой, по которой протекает электрический ток. Является одним из наиболее используемых элементов в электротехнике. В повседневной жизни с соленоидами каждый человек сталкивается постоянно, даже не подозревая об этом. Итак, создаваемое током магнитное поле внутри цилиндра полностью однородно, а его вектор направлен соосно с цилиндром. А вот вне корпуса цилиндра вектор магнитной индукции отсутствует (равен нулю). Однако указанное верно лишь для идеального соленоида с бесконечной длиной. На практике же ограничение вносит свои коррективы. Прежде всего, вектор индукции никогда не приравнивается к нулю (поле регистрируется и вокруг цилиндра), а внутренняя конфигурация также утрачивает свою однородность. Для чего же тогда нужна «идеальная модель»? Очень просто! Если диаметр цилиндра меньше длины (как правило, так и есть), то в центре соленоида вектор индукции практически совпадает с этой характеристикой идеальной модели. Зная диаметр и длину цилиндра, можно вычислить различие между индукцией конечного соленоида и его идеального (бесконечного) собрата. Обычно ее выражают в процентах.