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:

  1. Два магнита с противоположными полюсами притягиваются (+/–)
  2. Два магнита с одинаковыми полюсами отталкиваются (+/+ или –/–)

Магнитное поле можно изобразить с помощью силовых линий (также называются линиями магнитной индукции).

Диаграмма силовых линий магнитного поля прямоугольного магнита
Диаграмма силовых линий магнитного поля прямоугольного магнита

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 = 10 to the power of negative 4 end exponent 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:

B space equals space fraction numerator M subscript m a x end subscript over denominator I S end fraction

Где:

  • B — индукция магнитного поля (в Тл)
  • M subscript m a x end subscript — 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:

B space equals space fraction numerator mu subscript 0 I over denominator 2 pi r end fraction subscript blank

Где:

  • B — индукция магнитного поля (в Тл)
  • mu subscript 0 — магнитная проницаемость вакуума (это постоянная) = 4 pi cross times 10 to the power of negative 7 end exponent (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:

B space equals space Ф space divided by space S space. space cos left parenthesis alpha right parenthesis

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.