Магнитное поле
Магнитное поле — это результат действия магнита в пространстве, которое его окружает и где он проявляет своё действие. Также это изображение этих сил — оно показывает пространственное распределение магнитных сил внутри и вокруг магнитных предметов.
У магнитов есть два полюса: северный (отрицательный) и южный (положительный). Их поведение:
- Два магнита с противоположными полюсами притягиваются (+/–)
- Два магнита с одинаковыми полюсами отталкиваются (+/+ или –/–)
Магнитное поле можно изобразить с помощью силовых линий (также называются линиями магнитной индукции).
Магнитные линии выходят из северного полюса (North) и входят в южный полюс (South), т.е. нужно запомнить направление с севера на юг. Силовые линии:
- не пересекаются,
- не обрываются,
- образуют замкнутые циклы, которые продолжаются внутри магнита.
В чём измеряется магнитное поле?
Магнитное поле является векторной величиной и для его измерения/определения нужно знать его направление и силу.
Для определения направления можно положить рядом с магнитным предметом магнитный компас. Таким образом, стрелка компаса остановится вдоль силовой линии.
Сила магнитного поля измеряется:
1. Либо в СИ в единицах Тесла (Тл) или микротесла (мкТл)
2. Либо в единицах Гаусс (Гс) или миллигаусс (мГс), до сих пор используется экспериментально.
Где:
- 1 Тл = 10 000 Гс
- 1 Гс =
Тл - 1 мГс = 0,1 мкТл
Как создаётся магнитное поле?
Магнитные поля создаются движущимися электрически заряженными частицами, т.е. поле появляется там, где движутся электрические заряды. Например, пропуская электрический ток по проводнику.
Другой способ — комбинировать собственные магнитные поля электронов, что случается в некоторых материалах. Их называют постоянными магнитами (например, магнитики на наших холодильниках).
Если очень больший заряд будет двигаться с ещё большей скоростью, то и сила его магнитного поля тоже возрастёт.
Характеристики магнитного поля
Основные характеристики:
- магнитная индукция
- магнитный поток
- магнитная проницаемость
Магнитная индукция (B)
Это интенсивность магнитного поля. Чем сильнее магнит или электромагнит создаёт магнитное поле, тем больше индукция.
Формула: B = Ф / S.cos (𝛂)
Где:
- B — магнитная индукция (в Тл — Тесла)
- Ф — магнитный поток (в Вб — вебер)
- S — площадь поверхности (в м²)
- cos 𝛂 — угол 𝛂 (образованный угол между линиями B с вектором n, перпендикулярен плоскости S)
Магнитный поток (Ф)
Магнитная индукция (B) проходит через определённую поверхность (с площадью S), и индукция внутри неё будет значиться как магнитный поток (Ф). Формула: Ф = BS.
Это общее число магнитных силовых линий, которые пронизывают определённую ограниченную поверхность.
Магнитная проницаемость
Ещё магнитная индукция зависит и от среды, где создано магнитное поле. Эту величину характеризует магнитная проницаемость. Среда с большей магнитной проницаемостью создаст магнитное поле с большей индукцией.
Формулы
Формула вычисления магнитной индукции:
Где:
- B — индукция магнитного поля (в Тл)
— максимальный крутящий момент магнитных сил, приложенных к рамке (в Нм)- l — длина проводника (в м)
- S — площадь рамки (в м²)
Формула магнитной индукции, которая создаётся бесконечно длинным проводником с током:
Где:
- B — индукция магнитного поля (в Тл)
— магнитная проницаемость вакуума (это постоянная) = 
(в Гн/м — Генри на метр)- I — сила текущего по проводнику тока (в А — ампер)
- r — расстояние от проводника до рассматриваемой точки (в см)
Формула индукции на каждом отдельном участке:
Где:
- B — магнитная индукция (в Тл)
- Ф — магнитный поток (в Вб — вебер)
- S — площадь поверхности (в м²)
- cos 𝛂 — угол 𝛂 (образованный угол между линиями B с вектором n, перпендикулярен плоскости S)
Узнайте также про Магнитное поле Земли и Магнитную индукцию.