Линия, проведенная в магнитном поле так, что в любой ее точке касательная совпадает с вектором индукции ( и рис. 119, а) магнитного поля в этой точке, называется линией индукции магнитного поля. Чтобы получить картину линий индукции, надо большое число магнитных стрелок поместить в магнитное поле. Расположение стрелок и покажет форму линий индукции. В качестве таких стрелок берутся железные опилки, которые в магнитном поле намагничиваются и, взаимодействуя друг с другом, сцепляются своими концами, образуя цепочки, изображающие линии индукции. За направление линии индукции принято направление, которое показывает северный полюс магнитной стрелки в данном месте поля. Поэтому вектор индукции в данной точке поля имеет направление, совпадающее с направлением линии индукции, проведенной через эту точку.
Линии индукции прямого проводника с током представляют концентрические окружности, расположенные в плоскостях, перпендикулярных направлению тока, причем центры всех этих окружностей находятся на оси проводника (см. рис.118, б). Их направление определяется по правилу буравчика. У магнитного поля прямого тока магнитных полюсов нет. Линии индукции, магнитного поля катушки с током внутри нее параллельны (см. рис. 119, б), а вне катушки не параллельны. Катушка с током имеет два магнитных полюса. Ее полярность, а следовательно, и направление линий индукции внутри катушки, определяется по правилу обхвата ее правой рукой (рис. 119, в): если взять катушку правой рукой так, чтобы четыре пальца указывали направление тока, то расположенный вдоль катушки большой палец укажет на конец катушки, который является северным магнитным полюсом, а также покажет направление линий индукции внутри катушки. Магнитные поля катушки с током и постоянного магнита тождественны. Северный и южный полюсы существуют только парами - получить один полюс невозможно.
Как и в случае электростатического поля, через каждую точку пространства можно провести только одну линию индукции. Следовательно, эти линии нигде не пересекают друг друга. В отличие от линий напряженности электростатического поля (см. рис. 50) линии индукции магнитного поля являются замкнутыми линиями как магнитного поля тока, так и постоянного магнита (рис. 119, г). Замкнутость линий индукции указывает на то, что магнитное поле является вихревым. Они всегда охватывают тот ток или движущийся заряд, с которым связано магнитное поле. Некоторые из линий индукции замыкаются в непосредственной близости тока, другие - вдали от него, и тогда нам кажется, что они уходят обоими концами в бесконечность (см. рис. 119, б, г).
Условились линии индукции проводить так, чтобы число линий, проходящих через единицу площадки, перпендикулярной вектору индукции в данной точке, было равно величине индукции поля в этом месте. Магнитные спектры дают представление о распределении магнитной индукции по величине и направлению.
Исходя из формулы индукции, установим единицу измерения индукции магнитного поля в Международной системе единиц:
За единицу индукции магнитного поля тесла принята индукция такого однородного магнитного поля, в котором на прямолинейный проводник длиной в 1 м, с током 1 а, расположенный перпендикулярно к линиям индукции * , действует сила в 1 н (рис. 120, а). На рис. 120, б показано измерение магнитометром величины магнитного поля постоянного магнита.
* (При таком условии сила будет максимальной. )
Индукция магнитного поля Земли невелика: у экватора около 32*10 -6 тл , у полюсов - 65*10 -6 тл , в районе Курской магнитной аномалии - 190*10 -6 тл. В настоящее время в лабораториях с помощью катушек получены магнитные поля с индукцией до 15 тл .
Зависит ли величина индукции магнитного поля тока от формы проводника? Между сторонами проводника, имеющего форму, как на рис. 121, а, поместим магнитную стрелку и проводник подключим к источнику тока. Наблюдаем большое отклонение стрелки. Сделав проводник прямолинейным (рис. 121, б) и расположив под ним магнитную стрелку, пропустим по нему ток, как и в первом случае. Заметим небольшое отклонение стрелки. Скрутим проводник, как показано на рис. 121, в; видим, что стрелка не отклоняется, т. е. у скрученного (бифилярного) проводника магнитного поля нет. Чем больше индукция магнитного поля, тем сильнее оно действует на магнитную стрелку. Из опытов делаем вывод: величина индукции магнитного поля тока зависит от формы проводника: а > б, в =0. При прочих равных условиях величина индукции магнитного поля наибольшая у проводника в форме катушки.
Вам понадобится
- - эталонный магнит;
- - источник тока;
- - правый буравчик;
- - прямой проводник;
- - катушка, виток провода, соленоид.
Инструкция
Определите направление вектора магнитной индукции . Для этого найдите его и полюс. Обычно магнита имеет синий цвет, а южный ¬– . Если полюса магнита неизвестны, возьмите эталонный магнит и поднесите его северным полюсом к неизвестному. Тот конец, который притянется к северному полюсу эталонного магнита, будет южным полюсом магнита, индукция поля которого измеряется. Линии магнитной индукции выходят из северного полюса и входят в южный полюс. Вектор в каждой точке линии идет в направлении линии по касательной.
Определите направление вектора магнитной индукции прямого проводника с током. Ток идет от положительного полюса источника к отрицательному. Возьмите буравчик, который вкручивается при вращении по часовой стрелке, он называется правый. Начните вкручивать его в том направлении, куда идет ток у проводнике. Вращение рукояти покажет направление замкнутых круговых линий магнитной индукции. Вектор магнитной индукции в этом случае будет проходить по касательной к окружности.
Найдите направление магнитного поля витка с током, катушки или соленоида. Для этого подключите проводник к источнику тока. Возьмите правый буравчик и вращайте его рукоятку в направлении тока, идущего по виткам от положительного полюса источника тока к отрицательному. Поступательное движение штока буравчика покажет направление силовых линий магнитного поля. Например, если рукоятка буравчика вращается по направлению тока против часовой стрелки (влево), то он, выкручиваясь, поступательно движется в сторону наблюдателя. Поэтому силовые линии магнитного поля направлены тоже в сторону наблюдателя. Внутри витка, катушки или соленоида линии магнитного поля прямые, по направлению и абсолютной величине совпадают с вектором магнитной индукции.
Полезный совет
В качестве правого буравчика можно использовать обычный штопор для открывания бутылок.
Для определения индукции магнитного поля возьмите специальный прибор, который называется тесламетр, внеся его в поле, снимите показания. Чтобы найти магнитное поле соленоида, измерьте его длину и количество витков, а также силу тока, пропускаемого через него, после чего рассчитайте индукцию. Также можно измерить эту величину эталонным магнитом.
Вам понадобится
- Для измерений возьмите тесламетр, соленоид, амперметр, магнитную стрелку, динамометр.
Инструкция
Измерение индукции с помощью проводника Соберите цепь, состоящую из прямого проводника, подвешенного на гибких проводниках, и последовательно подключенного к нему амперметра. Измерьте его длину и поместите проводник между полюсами , подключите цепь к источнику тока. На проводник начнет действовать магнитная сила, которую уравновесьте динамометром, сняв с него показания в ньютонах. Снимите показания силы тока в амперах с помощью амперметра. Последовательно поделите значение магнитной силы на силу тока и длину проводника в метрах (B=F/(I l)), в результате получите значение индукции поля в теслах.
Измерение индукции поля соленоида Возьмите катушку из изолированного провода, достаточно длинную для того, чтобы силовые линии поля внутри нее были прямыми. Измерьте ее длину и посчитайте количество витков провода. Подключите соленоид к источнику тока, включив в цепь последовательно амперметр. С помощью амперметра узнайте силу тока, проходящего через соленоид в амперах. После этого значение силы тока умножьте на количество витков соленоида и поделите на его длину в метрах (I n/l). Результат умножьте на число 1,26*10^-6, получите значение магнитной индукции поля соленоида в теслах.
Измерение индукции поля эталонным магнитом Для эталонного магнита возьмите длинную и тонкую магнитную стрелку и подвесьте ее на нить крутильного динамометра. Внесите систему в магнитное поле, и вращайте динамометр до тех пор, пока стрелка не сдвинется с места. Снимите показания с динамометра. Затем поднесите стрелку к торцу соленоида и, регулируя силу тока, добейтесь, чтобы при выходе из положения равновесия при вращении, на динамометре были те же показания. Рассчитайте индукцию поля соленоида, она будет равна индукции измеряемого поля.
Видео по теме
Для определения вектора магнитной индукции найдите его абсолютную величину и направление. Это можно сделать при помощи эталонной магнитной стрелки и соленоида. В соленоиде рассчитайте значение магнитной индукции, а ее направление найдите с помощью магнитной стрелки. По правилу буравчика находится направление поля прямого тока и витка с током.
Вам понадобится
- тонкая магнитная стрелка, соленоид, амперметр, правый буравчик.
Инструкция
Вектор магнитной индукции прямого проводника с токомСоберите цепь из амперметра и прямого проводника, подключите ее к источнику тока. Определите точку пространства, где будет измеряться индукция магнитного поля, и измерьте от нее до проводника. Для этого опустите на него перпендикуляр и измерьте его длину в метрах. Подключите источник тока и измерьте силу тока в цепи с помощью амперметра в амперах. Значение магнитной индукции найдите, поделив силу тока на расстояние от выбранной точки до проводника и число 6,28, а результат помножьте на магнитную постоянную 1,26 10^(-6), B=I 1,26 10^(-6)/(R 6,28). Затем возьмите правый
Так же как и электрические, можно изображать графически при помощи линий магнитной индукции. Через каждую точку магнитного поля можно провести линию индукции. Так как индукция поля в любой точке имеет определённое направление, то и направление линии индукции в каждой точке данного поля может быть только единственным, а значит, линии магнитного поля, так же как и электрического поля, линии индукции магнитного поля прочерчивают с такой густотой, чтобы число линий, пересекающих единицу поверхности, перпендикулярной к ним, было равно (или пропорционально) индукции магнитного поля в данном месте. Поэтому, изображая линии индукции, можно наглядно представить, как меняется в пространстве индукция , а следовательно, и напряжённость магнитного поля по модулю и направлению.
Ссылки
- Визуализация силовых линий магнитного поля с помощью металлических частиц (видео).
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Линии магнитной индукции" в других словарях:
Линии, мысленно проведённые в магнитном поле так, что в любой точке поля вектор магнитной индукции направлен по касательной к Л. м. и., проходящей через эту точку. Л. м. и. поля пост. электрич. тока охватывают проводники с током и либо замкнуты,… …
трубка магнитной индукции - Область магнитного поля, ограниченная непрерывной поверхностью, образующими которой являются линии магнитной индукции … Политехнический терминологический толковый словарь
Электрического и магнитного полей, линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением напряжённости электрического или соответственно магнитного поля; качественно характеризуют распределение электромагнитного поля в… … Энциклопедический словарь
Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
Линии, проведённые в каком либо силовом поле (электрическом, магнитном, гравитационном), касательные к которым в каждой точке пространства совпадают по направлению с вектором, характеризующим данное поле (напряжённостью электрического или …
Линии, мысленно проведённые в к. л. силовом поле (электрич.. магнитном, тяготения) так, что в каждой точке поля направление касательной к линии совпадает с направлением напряжённости поля (магнитной индукции в случае магнитного поля). Через… … Большой энциклопедический политехнический словарь
путь прохождения магнитной силовой линии - линия магнитной индукции — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы линия магнитной индукции EN… … Справочник технического переводчика
Средняя длина магнитной силовой линии образца - длина однородно намагниченного образца из того же магнитного материала, что и испытуемый образец, намагничиваемого одинаковой с последним напряженностью магнитного поля при одних и тех же значениях магнитной индукции, магнитодвижущей силы и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
1) Свойства магнитов. Наиболее характерное магнитное явление притяжение магнитом кусков железа известно со времен глубокой древности. Однако в Европе вплоть до XII столетия наблюдали это явление лишь с естественными магнитами, т. е. с кусками… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом (См. Магнитный момент), независимо от состояния их движения. М. п. характеризуется вектором магнитной индукции В, который определяет:… … Большая советская энциклопедия
Магнитная индукция (обозначается символом В) – главная характеристика магнитного поля (векторная величина), которая определяет силу воздействия на перемещающийся электрический заряд (ток) в магнитном поле, направленной в перпендикулярном направлении скорости движения.
Магнитная индукция определяется способностью влиять на объект с помощью магнитного поля. Эта способность проявляется при перемещении постоянного магнита в катушке, в результате чего в катушке индуцируется (возникает) ток, при этом магнитный поток в катушке также увеличивается.
Физический смысл магнитной индукции
Физически это явление объясняется следующим образом. Металл имеет кристаллическую структуру (катушка состоит из металла). В кристаллической решетке металла расположены электрические заряды — электроны. Если на металл не оказывать ни какое магнитное воздействие, то заряды (электроны) находятся в покое и никуда не движутся.
Если же металл попадает под действие переменного магнитного поля (из-за перемещения постоянного магнита внутри катушки — именно перемещения ), то заряды начинают двигаться под действием этого магнитного поля.
В результате чего в металле возникает электрический ток. Сила этого тока зависит от физических свойств магнита и катушки и скорости перемещения одного относительно другого.
При помещении металлической катушки в магнитное поле заряженные частицы металлический решетки (в кашутке) поворачиваются на определенный угол и размещаются вдоль силовых линий .
Чем выше сила магнитного поля, тем больше количество частиц поворачиваются и тем более однородным будет являться их расположение.
Магнитные поля, ориентированные в одном направлении не нейтрализуют друг друга, а складываются, формируя единое поле.
Формула магнитной индукции
где, В — вектор магнитной индукции, F — максимальная сила действующая на проводник с током, I — сила тока в проводнике, l — длина проводника.
Магнитный поток
Магнитный поток это скалярная величина, которая характеризует действие магнитной индукции на некий металлический контур.
Магнитная индукция определяется числом силовых линий, проходящих через 1 см2 сечения металла.
Магнитометры, используемые для ее измерения, называют теслометрами.
Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является Тесла (Тл).
После прекращения движение электронов в катушке сердечник, если он выполнен из мягкого железа, теряет магнитные качества. Если он изготовлен из стали, то он имеет способность некоторое время сохранять свои магнитные свойства.
Для наглядного изображения магнитного поля пользуются линиями магнитной индукции. Линией магнитной индукции называют такую линию, в каждой точке которой индукция магнитного поля (вектор ) направлена по касательной к кривой. Направление этих линий совпадает с направлением поля. Условились линии магнитной индукции проводить так, чтобы число этих линий, приходящихся на единицу площади площадки, перпендикулярной к ним, равнялось бы модулю индукции в данной области поля. Тогда по густоте линий магнитной индукции судят о магнитном поле. Там, где линии гуще, модуль индукции магнитного поля больше. Линии магнитной индукции всегда замкнуты в отличие от линий напряжённости электростатического поля , которые разомкнуты (начинаются и заканчиваются на зарядах). Направление линий магнитной индукции находится по правилу правого винта: если поступательное движение винта совпадает с направлением тока, то его вращение происходит в направлении линий магнитной индукции. В качестве примера приведём картину линий магнитной индукции прямого тока, текущего перпендикулярно к плоскости чертежа от нас за чертёж (рис. 2).
|
|
|
| |
Рис. 3
Найдём циркуляцию индукции магнитного поля по окружности произвольного радиуса a
, совпадающей с линией магнитной индукции. Поле создаётся током силой I
, текущим по бесконечно длинному проводнику, расположенным перпендикулярно к плоскости чертежа (рис. 3). Индукция магнитного поля направлена по касательной к линии магнитной индукции. Преобразуем выражение , так какa = 0иcosa = 1. Индукция магнитного поля, создаваемого током, текущим по бесконечно длинному проводнику, вычисляется по формуле: B =
m0mI/
(2pa
), то 
Циркуляцию вектора по данному контуру, находим по формуле (3): 
, так как 
- длина окружности. Итак, 
Можно показать, что это соотношение справедливо для контура произвольной формы, охватывающего проводник с током. Если магнитное поле создано системой токов I
1, I
2, ... , I
n, то циркуляция индукции магнитного поля по замкнутому контуру, охватывающим эти токи, равна
(4)
Соотношение (4) и является законом полного тока: циркуляция индукции магнитного поля по произвольному замкнутому контуру равна произведению магнитной постоянной, магнитной проницаемости на алгебраическую сумму сил токов, охватываемых этим контуром.
Силу тока можно найти, используя плотность тока j : где S -площадь поперечного сечения проводника. Тогда закон полного тока записывается в виде
(5)
МАГНИТНЫЙ ПОТОК.
По аналогии с потоком напряжённости электрического поля вводится поток индукции магнитного поля или магнитный поток. Магнитным потоком через некоторую поверхность называют число линий магнитной индукции, пронизывающих её. Пусть в неоднородном магнитном поле находится поверхность площадью S . Для нахождения магнитного потока через неё мысленно разделим поверхность на элементарные участки площадью dS , которые можно считать плоскими, а поле в их пределах однородным (рис. 4). Тогда элементарный магнитный поток dФ Bчерез эту поверхность равен: dФ B = B·dS· cos = B ndS , где B - модуль индукции магнитного поля в месте расположения площадки, - угол между вектором и нормалью к площадке, B n= B· cos - проекция индукции магнитного поля на направление нормали. Магнитный поток Ф B через всю поверхность равен сумме этих потоков dФ B, т.е.
  Рис. 4
|
(6)
поскольку суммирование бесконечно малых величин - это интегрирование.
В системе единиц СИ магнитный поток измеряется в веберах (Вб). 1 Вб = 1 Тл·1 м 2 .
ТЕОРЕМА ГАУССА ДЛЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
В электродинамике доказывается следующая теорема: магнитный поток, пронизывающий произвольную замкнутую поверхность, равен нулю , т.е.
Это соотношение получило название теоремы Гаусса для магнитного поля. Эта теорема является следствием того, что в природе не существует "магнитных зарядов" (в отличие от электрических) и линии магнитной индукции всегда замкнуты (в отличие от линий напряжённости электростатического поля, которые начинаются и заканчиваются на электрических зарядах).
РАБОТА ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ ПРОВОДНИКА С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
|
Известно, что на проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера. Если проводник перемещается, то при его движении эта сила совершает работу. Определим её для частного случая. Рассмотрим электрическую цепь, один из участков DC которой может скользить (без трения) по контактам. При этом цепь образует плоский контур. Этот контур находится в однородном магнитном поле с индукцией перпендикулярной к плоскости контура, направленном на нас (рис. 5). На участок DC действует сила Ампера,
F = BIl· sina =BIl , (8)
где l - длина участка, I - сила тока, текущего по проводнику. - угол между направлениями тока и магнитного поля. (В данном случае= 90°иsin = 1). Направление силы находим по правилу левой руки. При перемещении участка DC на элементарное расстояние dx совершается элементарная работа dA , равная dA = F·dx . Учитывая (8), получаем:
dA = BIl·dx = IB·dS = I·dФ B, (9)
поскольку dS = l·dx - площадь, описываемая проводником при своём движении, dФ B=B·dS - магнитный поток через эту площадь или изменение магнитного потока через площадь плоского замкнутого контура. Выражение (9) справедливо и для неоднородного магнитного поля. Таким образом, работа по перемещению замкнутого контура с постоянным током в магнитном поле равна произведению силы тока на изменение магнитного потока через площадь этого контура.
ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Явление электромагнитной индукции заключается в следующем: при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего площадь, охватываемую проводящим контуром, в нём возникает электродвижущая сила . Её называют э.д.с. индукции . Если контур замкнут, то под действием э.д.с. появляется электрический ток, названный индукционным .
Рассмотрим один из опытов, проведённых Фарадеем, по обнаружению индукционного тока, следовательно, и э.д.с. индукции. Если в соленоид, замкнутый на очень чувствительный электроизмерительный прибор (гальванометр) (рис. 6), вдвигать или выдвигать магнит, то при движении магнита наблюдается отклонение стрелки гальванометра, свидетельствующее о возникновении индукционного тока. То же самое наблюдается при движении соленоида относительно магнита. Если же магнит и соленоид неподвижны относительно друг друга, то и индукционный ток не возникает. Таким образом, при взаимном движении указанных тел происходит изменение магнитного потока, создаваемого магнитным полем магнита, через витки соленоида, что и приводит к появлению индукционного тока, вызванного возникающей э.д.с. индукции.
|
ПРАВИЛО ЛЕНЦА
Направление индукционного тока определяется правилом Ленца : индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которое вызывает этот ток . Из этого следует, что при возрастании магнитного потока возникающий индукционный ток будет иметь такое направление, чтобы порождаемое им магнитное поле было направлено против внешнего поля, противодействуя увеличению магнитного потока. Уменьшение магнитного потока, наоборот, приводит к появлению индукционного тока, создающего магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем.