Линии магнитной индукции

Что такое магнитное поле, какими основными свойствами оно обладает? Каково применение его в научных исследованиях, в быту и на производстве? Об этом будет рассказано в этой статье с применением скорее интуитивного подхода, основанного на общих примерах реального мира.

Линии напряженности электрического поля

Графическое изображение силовых линий

Электрическое поле графически изображается при помощи силовых линий (линий напряженности), которые дают наглядное представление о распределении напряженности в пространстве. Они берут начало с положительного заряда, то есть с источника энергии. Отрицательный заряд является приемником силовых линий (поглотителем энергии). Чем больше мощность заряда, тем больше количество силовых линий исходит из него.

Магнитное поле обозначают соответствующими линиями. Их направление обращено в сторону направления стрелки компаса (с южного полюса к северному), если бы такую же стрелку разместили в эту область пространства. Плотность этих линий указывает на силу поля.

Магнитное поле ведет себя иначе, чем электрическое: у него никогда не может быть источников и поглотителей. Линии магнитной индукции имеют направление, как всякая векторная величина, но они никогда не начинаются и не заканчиваются. Линии магнитного поля представляют собой замкнутые петли.

Линии магнитной индукции

Источники магнитного поля

Итак, магнитное поле не создается зарядами. Что же тогда является его источником? Оно создается электрическими токами. Если ток можно представить вектором с некоторым направлением, то линии магнитной индукции представляют собой петли, вращающиеся вокруг этого тока.

При изменении электрического поля во времени создаются линии магнитной индукции вокруг направления изменения. Благодаря этому эффекту электромагнитное поле может распространяться даже в пустом пространстве без токов и зарядов.

Электромагнитное поле проводника

Любое вещество состоит из атомов, включающих в себя движущиеся заряды. Это значит, что каждому атому присуще своё магнитное поле. Но, как правило, эти поля разнонаправленны, и общего магнитного поля не создаётся. В то время как у материала (железо, никель, кобальт) магнитные поля атомов могут выстраиваться таким образом, что почти все они будут одинаково направлены. Создается одно единое мощное магнитное поле, и  материал намагничивается.

Электромагнитная индукция

При всяком изменении магнитного потока в цепи индуцируется ЭДС. Если цепь замкнута, в ней также возникает ток. ЭДС и ток, создаваемый таким образом, сохраняются до тех пор, пока продолжается изменение потока, связанного с контуром. Это явление называют электромагнитной индукцией.

Экспериментальные наблюдения в исследуемой области позволили ученым вывести два знаменитых закона физики:

1. Закон Фарадея. Величина индуцированной э.д.с. пропорциональна скорости изменения магнитного потока, связанного с контуром;
2. Закон Ленца. Направление индуцированной э.д.с. таково, что оно выступает против изменения магнитного потока, который его производит.

Закон Фарадея является основным компонентом электротехники. Генераторы, трансформаторы, станции по выработке и производству электроэнергии – все это основано на этом законе: переменное магнитное поле индуцирует электрическое поле.

Простой способ показать соотношение электрических и магнитных сил называется правилом правой руки. Простое правило правой руки говорит о том, что:

• линии индукции, полученные посредством токопроводящего провода, будут ориентированы в том же направлении, что и свернутые пальцы левой руки человека;
• по противопоставленному положению большого пальца определяется направление тока.

Общая сумма магнитного потока Ф равна плотности потока B, умноженной на площадь A, через которую он протекает.

Правило правой руки

Магнитное поле проводника

В векторном пространстве каждая точка может быть отождествлена с двумя векторами: электрическим полем E или магнитной индукцией B. Они имеют определённые значения в каждой точке пространства, которые могут быть любыми, даже нулевыми. С помощью векторных линий отображается электромагнитное поле, так его легче и удобнее представить.

Видео