Механика, молекулярная физика и термодинамика, электричество и магнетизм

Лекция 17. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ Общеизвестные опыты с магнитной компасной стрелкой показывают, что стрелка в свободном состоянии устанавливается по направлению магнитного меридиана Земли (от южного полюса к северному). Когда ее отклоняют от этого равновесного состояния на некоторый угол  , то она возвращается в исходное положение. Это объясняется тем, что при отклонении от равновесного положения на стрелку действует пара сил, крутящий момент M которой зависит от угла  . У постоянного магнита или проводника с током на магнитную стрелку также действует пара сил, в результате чего она устанавливается в определенном положении. Например, в случае проводника с током стрелка устанавливается перпендикулярно проводнику. Действующие силы, вызывающие поворот магнитной стрелки, называются магнитными. Если в пространстве обнаруживается действие магнитных сил, то говорят, что в нем существует магнитное поле. Таким образом, намагниченные тела и проводники с током изменяют свойства окружающего их пространства, т.е. создают в нем магнитное поле. Поскольку электрический ток представляет собой поток движущихся заряженных частиц, то сказанное означает, что магнитное поле создается движущимися зарядами. Заряды в неподвижном состоянии создают вокруг себя электрическое поле и взаимодействуют по закону Кулона. Это является естественным свойством электрического заряда. В случае перемещения заряда в пространстве это свойство создавать электрическое поле также сохраняется. Поэтому вокруг отдельно движущегося заряда одновременно создаются и электрическое, и магнитное поля. Кроме того, оба поля создаются и существуют независимо от того, происходит ли движение заряда в вакууме или в какой-либо вещественной среде, а также при наличии или отсутствии других, внешних по отношению к ним, электрических и магнитных полей. Это обстоятельство позволяет использовать принцип суперпозиции полей отдельных зарядов. Магнитное поле обнаруживается по действию на ток, поэтому индикатором поля может служить элемент тока. Элементом тока называется величина, численно равная произведению силы тока I на элемент длины проводника dl , т.е. I dl  . Но реально создать элемент тока невозможно. Поэтому в качестве инструмента для изучения свойств магнитного поля пользуются пробной рамкой подобно тому, как в электростатике применяется пробный заряд. Размеры этой рамки должны быть по возможности малыми. Основным параметром пробной рамки является произведение тока i на площадь S , называемым магнитным моментом рамки p , т.е. p=iS. Опыты показывают, что на пробную рамку в магнитном поле действует момент пары сил, стремящийся расположить рамку в плоскости, проходящей через проводник с током I , причем в ближайшей к проводнику стороне рамки направление тока i будет совпадать с направлением тока I в проводнике. Изменение направления тока i или I вызывает поворот рамки на 180 . Магнитный момент  p пробной рамки - векторная величина. За положительное направление вектора  p принято направление положительной нормали  n к плоскости S рамки (рис. 2.1). п I Р и с . 2 . 1 .