Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Магнитное поле движущегося заряда.

Стр 1 из 10Следующая ⇒

На правах рукописи

Физика

Конспект лекций

(Часть 4. Электромагнитные явления)

Для студентов направления 230400

«Информационные системы и технологии»

Электронный образовательный ресурс

Составитель: к.ф.-м.н., доцент В.В. Коноваленко

Рассмотрен и рекомендован для использования в учебном процессе на 2013/2014 – 2015/2016 уч. г. на заседании кафедры ЕНД.

Протокол № 1 от 04. 09. 2013 г.

Шахты 2013

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ

Взаимодействие токов

Самостоятельно: § 39.

Магнитное поле. Магнитная индукция.

Экспериментально установлено, что при пропускании электрического тока по двум параллельным проводникам они, в зависимости от направлений токов, либо притягиваются, либоотталкиваются. Протекающий по проводнику ток оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку. Таким образом, при протекании по проводнику тока свойства окружающего пространства изменяются: в нем возникает магнитное поле, посредством которого осуществляется взаимодействие проводника с током с другими токами, магнитной стрелкой и т. п. Из опыта следует, что магнитное поле имеет направленный характер, а значит должно характеризоваться некоторой векторной величиной. Аналогично магнитной стрелке магнитное ноле оказывает ориентирующее действие и на замкнутый контур с током. Магнитные свойства плоского замкнутого контура с током можно охарактеризовать его магнитным моментом :

(18.1)

где - сила тока в контуре;

- площадь контура;

- положительная единичная нормаль к контуру.

Положительной нормалью называют нормаль, связанную с направлением тока в контуре правилом правого винта.

В магнитном поле на контур с током действует вращательный момент , величина которого зависит от ориентации контура в пространстве. При некоторой ориентации модуль достигает максимального значения. Отношение не зависит от , и характеризует интенсивность магнитного поля в том месте, где расположен контур. Если контур с током предоставить самому себе, то он займет такое положение, при котором . Таким образом, действие магнитного поля на контур с током может быть использовано для определения векторной характеристики магнитного поля, аналогичной напряженности электростатического поля.

По определению магнитной индукцией будем называть вектор , модуль которого

, (18.2)

а направление совпадает с направлением магнитного момента контура в положении равновесия.

Отличие проводника с током от просто проводника заключается только в том, что в проводнике с током имеется направленное движение электрических зарядов. Следовательно, магнитное поле порождается только движущимися зарядами.

Аналогично, поскольку магнитное поле действует только на проводники с током, можно утверждать, что магнитное поле воздействует только на движущиеся заряды.

Экспериментально установлено, что для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции: поле, порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме полей , порождаемых каждым зарядом в отдельности:

Магнитное поле движущегося заряда.

Пространство изотропно, и если заряд неподвижен, то относительно точки, в которой он находится, все направления равноправны. Соответственно электростатическое поле точечного заряда является сферически симметричным.

Если заряд движется со скоростью , то в пространстве появляется выделенное направление - направление вектора , поэтому можно ожидать, что поле движущегося заряда обладает осевой симметрией. Индукция поля движущегося заряда в некоторой точке Р в момент времени t определяется положением заряда не в момент t, а в более ранний момент , так как распространение поля в пространстве происходит с конечной скоростью с:

(18.3)

где - координаты точки Р в неподвижной системе отсчета;

- радиус-вектор проведенный в Р из точки, в которой находился заряд в момент времени .

Если скорость движения заряда невелика - -, то пренебрежимо мало, и

(18.4)

Вид функции может быть установлен только опытным путем. В соответствии с экспериментом для

(18.5)

где - магнитная постоянная, равная 4p 10 ^-7 Гн/м;

- единичный вектор, направленный вдоль .

Можно показать, что появление в пространстве выделенного направления при движении заряда приводит к тому, что электрическое ноле движущегося заряда становится осесимметричным, причём в направлениях, перпендикулярных поле становится больше, чем в направлении - рисунок 1.

Закон Био-Савара-Лапласа.

Закон БСЛ позволяет вычислить индукцию поля в произвольной точке, которая создается проводников с током I.

Элемент проводника длиной и сечением содержит носителей тока ( - концентрация носителей). Каждый из носителей создает поле с индукцией