Краткие исторические сведения

Лекция №9

Электромагнетизм (часть I)

Краткие исторические сведения

Издревле известно свойство магнитного железняка (закись-окись железа - ) притягивать стальные предметы и намагничивать их. Более 3000 лет люди используют компас (наиболее древние компасы обнаружены в Китае и в поселениях индейцев ольмеков).

В 1600 г. английский врач Уильям Гильберт экспериментально установил, что:

1) любой магнит имеет два полюса, разделённых нейтральной зоной;

2) разноимённые полюсы притягиваются, одноимённые - отталкиваются;

3) полюсы магнита невозможно разделить (разделение магнита по нейтральной зоне приводит к появлению новых двухполюсных магнитов).

Из 2) следует, что южный магнитный полюс Земли находится недалеко от северного побережья Канады, а северный - у берегов Антарктиды (несовпадение полюсов учитывают магнитным склонением, составляющим »15^o). Для объяснения магнитных свойств веществ Гильберт предположил существование магнитных зарядов (как выяснилось позднее, он ошибался).

В XVIII веке обратили внимание на перемагничивание стрелки компаса и намагничивание стальных предметов при близком электрическом разряде (молнии или электрофорной машины). В 1820 году датский физик Эрстедобнаружил ориентирующее действие эл. тока на магнитную стрелку.

   В 1830 году французский физик Анри Ампер обнаружил и исследовал магнитное взаимодействие проводников с током. Основываясь на сходстве магнитных полей (визуализируемых с помощью железных опилок - элементарных магнитных стрелок, см. рисунок) полосового магнита и витка с током, Ампер выдвинул гипотезу: магнитные свойства вещества объясняются существованием в нём множества элементарных (молекулярных) круговых токов. Согласно этой гипотезе, источником магнитного поля является ток (движущийся электрический заряд), который порождает вокруг себя особый вид материи - магнитное поле, действующее на другие движущиеся заряды (токи).

9.2. Характеристики магнитного поля. Сила Ампера

В данной точке мгн. поле характеризуется векторной величиной - напряжённостью . В вакууме модуль вектора численно равен силе Ампера , действующей со стороны мгн. поля на единицу длины проводника длиной l с током силой I и расположенного перпендикулярно к :

 ,

где (Гн/м) - магнитная постоянная.

Тогда, силу Ампера, действующую на произвольно ориентированный в магнитном поле проводник с током, можно рассчитать по формуле:

              ,

где a - угол между векторами  и .

Направление совпадает с положительной нормалью к плоскости рамки с током, сориентированной мгн. полем.

Направление  определяют по правилу левой руки: 4 пальца левой руки направить по току , сориентировать руку так, чтобы вектор  входил в ладонь, тогда отогнутый, под прямым углом, большой палец укажет направление силы Ампера .

Графически магнитное поле изображают с помощью силовых линий, касательные к которым в каждой их точке совпадают с . Силовые линии магнитного поля можно сделать видимыми с помощью железных опилок (микроскопических магнитных стрелок).

Свойства силовых линий магнитного поля:

1) они замкнуты и не пересекаются между собой, т.е. представляют собой концентрические линии, сосредоточенные вокруг проводника с током

2) вихревой характер магнитных силовых линий говорит о том, что в природе нет магнитных зарядов (иначе магнитные силовые линии начинались и заканчивались бы на таких зарядах, как это имеет место для электр. зарядов);

3) они расположены перпендикулярно вектору , т.е. перпендикулярно направлению движения заряженных частиц;

4) их направление определяют по правилу буравчика (траектории точек рукоятки буравчика, вворачиваемого по направлению тока в проводнике, совпадают с силовыми линиями магнитного поля, порождаемого этим током);

5) густота силовых линий магнитного поля пропорциональна напряжённости поля в данной области пространства у проводника.