«Физика — 11 класс»
Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля.
Напряженность электрического поля — это величина векторная. Магнитное поле характеризуется магнитной индукцией.
Магнитная индукция — это векторная величина, она обозначается буквой 
.
Направление вектора магнитной индукции
За направление вектора магнитной индукци принимается направление, которое показывает северный полюс N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.
Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током.
Используя рамку с током или магнитную стрелку, можно определить направление вектора магнитной индукции в любой точке поля.
В магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке устанавливается по касательной к окружности, плоскость которой перпендикулярна проводу, а центр ее лежит на оси провода.
Правило буравчика
Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила буравчика.
Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика указывает направление вектора магнитной индукции.
Линии магнитной индукции
Магнитное поле можно показать с помощью линий магнитной индукции.
Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым в любой их точке совпадают с вектором в данной точке поля. Линии вектора магнитной индукции аналогичны линиям вектора напряженности электростатического поля.
Линии магнитной индукции можно сделать видимыми, воспользовавшись железными опилками.
Магнитное поле прямолинейного проводника с током
Для пряого проводника с током линии магнитной индукции являются концентрическими окружностями, лежащими в плоскости, перпендикулярной этому проводнику с током. Центр окружностей находится на оси проводника. Стрелки на линиях указывают, в какую сторону направлен вектор магнитной индукции, касательный к данной линии.
Магнитное поле катушки с током (соленоида)
Если длина соленоида много больше его диаметра, то магнитное поле внутри соленоида можно считать однородным.
Линии магнитной индукции такого поля параллельны и находятся на равных расстояниях друг от друга.
Магнитное поле Земли
Линии магнитной индукции поля Земли подобны линиям магнитной индукции поля соленоида.
Магнитная ось Земли составляет с осью вращения Земли угол 11,5°.
Периодически магнитные полюсы меняют свою полярность.
Вихревое поле
Силовые линии электростатического поля всегда имеют источники: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.
А линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца, они всегда замкнуты.
Поля с замкнутыми векторными линиями называют вихревыми.
Магнитное поле — вихревое поле.
Магнитное поле не имеет источников.
Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе не существует.
Итак, магнитное поле — это вихревое поле, в каждой его точке вектор магнитной индукции указывает магнитная стрелка, направление вектора магнитной индукции можно определить по правилу буравчика.
Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин
Магнитное поле. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика
| Вопрос-Ответ → Раздел «Математика, физика, информатика, экономика» → Тема «Направление вектора индукции магнитного поля» |
| 1. | TitovKV3 |
| 2. | KonyuhovaMA |
| 3. | LavrovAV8 |
| 4. | OrlovaSA |
| 5. | DeshevyhNV |
| 6. | GoldaevaAA |
| 7. | KabakovskiiSV |
| 8. | KutsenkoOV3 |
| 9. | TamarovaEP |
| 10. | OsipovichNG |
| 11. | KyrnyshevAM |
| 12. | BaranovKV2 |
| 13. | BudnikovaTK |
| 14. | ShilovaEP |
| 15. | DanilovAN2 |
| 16. | TumanovaIE |
| 17. | KelledainSO |
| 18. | SolinMV |
| 19. | KurdenokDV |
| 20. | KomarovaED |
| 21. | FilinovaOL |
| 22. | IbragimovMA3 |
| 23. | UvarovaUV6 |
| 24. | HuzyagaleevNK |
| 25. | SisyanAA |
| 26. | SteshenkoAV2 |
| 27. | SemenovBS |
| 28. | RogozinVV2 |
| 29. | SalskiiEA |
| 30. | VolohonskayaMV |
| 31. | BelozertsevII |
| 32. | BenensonEP |
| 33. | DuvanovaVS |
| 34. | BychkovVV |
| 35. | CtepanovDB |
| 36. | KutsenkoED |
| 37. | PerehozhevEV |
| 38. | MoiseevaAV4 |
| 39. | HabibullinVF |
| 40. | ValeevAI |
| 41. | StafeevaVS |
| 42. | SolovkovDA |
| 43. | ChabannayaMI |
| 44. | PluzhnikovaOM |
| 45. | BezborodovAM2 |
| 46. | BomshteinBI |
| 47. | KimLS |
| 48. | BobrovaEG |
| 49. | BlinovVN |
| 50. | MirzafatihovRM |
| 51. | KrasnovskayaVM |
Индукция магнитного поля — это своего рода напряженность(по аналогии с Е) магнитного поля, т.е. характеристика силы. Вопрос — почему вектор силы и вектор индукции направлены в разные стороны(правило левой руки, закон Ампера)?
мне кажется логичным, что вектора силы должен быть сонаправлен с вектором(или ее составляющей частью) магнитной индукции. И совершенно непонятно, почему эти два вектора направлены в разные стороны. Объясните пожалуйста с точки зрения физики процесса. Мне учебники в этом плане мало помогают 🙁
Спасибо.
Есть известная гипотеза магнитных зарядов, то есть, гипотетически должны существовать объекты, на которые магнитное поле действует так же, как электрическое поле действует на электрический заряд, а электрическое поле на эти предполагаемые объекты действует совершенно так же, как магнитное поле действует на электрические заряды. Ввиду очевидной аналогии такие объекты назвали магнитными зарядами, или магнитными монополями. Они, очевидно, тоже могут быть воображены как положительными и отрицательными, в зависимости от направления силы. С их помощью можно успешно решать многие задачи по электродинамике и получать правильные результаты. Загадка природы в том, что электрические заряды присутствуют в огромном количество вокруг нас, внутри атомов и на макроскопических масштабах. Магнитных зарядов — не найдено в природе ни одного. Как бы тщательно ни искали. Поэтому и возникает несимметричность полей. Магнитное поле — вихревое, его силовые линии замкнуты, так как нет магнитных зарядов, на которых они могли бы начинаться и заканчиваться, как это делают силовые линии электрического поля на электрических зарядах. Электрическое поле тоже может быть вихревым, но магнитное поле не может быть потенциальным.
Магнитное поле создается постоянными магнитами и движущимися зарядами (токами) и изображается с помощью силовых линий.
Силовые линии магнитного поля — линии вектора магнитной индукции B → ; силовые линии проводят таким образом, чтобы в каждой точке пространства, занятого полем, вектор магнитной индукции B → был направлен по касательной к силовой линии поля (рис. 9.1).
Величина и направление вектора магнитной индукции B → определяются видом объекта, создающего магнитное поле.
Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты. На рис. 9.2 показаны силовые линии магнитного поля, образованного постоянными магнитами . Они «начинаются» на северном полюсе магнита ( N ) и «заканчиваются» на южном полюсе ( S ).
Магнитная стрелка , помещенная в магнитное поле, всегда указывает на север, т.е. устанавливается по направлению вектора магнитной индукции B → .
Заряд, движущийся с постоянной скоростью , создает в любой точке окружающего пространства магнитное поле (рис. 9.3), модуль индукции которого определяется формулой
B = μ 0 μ q v sin α 4 π r 2 ,
где µ 0 — магнитная постоянная, µ 0 = 4π ⋅ 10 −7 Гн/м; µ — магнитная проницаемость среды; q — заряд, образующий поле; v — модуль его скорости; α — угол между векторами v → и r → (векторы показаны на рисунке); r — расстояние от заряда до той точки, в которой определяется магнитное поле (на рисунке точка M ).
Для воздуха и вакуума магнитная проницаемость среды считается равной единице:
Направление вектора индукции магнитного поля B → , созданного движущимся зарядом, определяется правилом правого винта, т.е. совпадает с поступательным движением правого винта при вращении его рукоятки от вектора v → к вектору r → по наименьшему углу.
Прямой проводник с током (бесконечной длины) создает в любой точке пространства магнитное поле (рис. 9.4), модуль индукции которого определяется формулой
B = μ 0 μ I 2 π r ,
где µ 0 — магнитная постоянная, µ 0 = 4π ⋅ 10 –7 Гн/м; µ — магнитная проницаемость среды; I — сила тока в проводнике; r — расстояние от проводника до той точки, в которой определяется магнитное поле (на рисунке точка M ).
Силовые линии магнитного поля, образованного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности , центры которых находятся на проводнике.
Направление вектора индукции магнитного поля B → , созданного прямым проводником с током, определяется правилом правого винта, т.е. совпадает с направлением вращения рукоятки правого винта при совпадении его поступательного движения с направлением тока в проводнике.
Круговой проводник с током создает в центре витка магнитное поле (рис. 9.5), модуль индукции которого определяется формулой
где µ 0 — магнитная постоянная, µ 0 = 4π ⋅ 10 −7 Гн/м; µ — магнитная проницаемость среды; I — сила тока в проводнике; r — радиус витка.
Направление вектора индукции магнитного поля B → , созданного круговым проводником с током, в его центре определяется правилом правого винта, т.е. совпадает с поступательным движением правого винта при вращении его рукоятки по направлению тока в проводнике.
Бесконечно длинный соленоид ( катушка с током ) создает в пространстве, заключенном внутри катушки, магнитное поле (рис. 9.6), модуль индукции которого определяется формулой
где µ 0 — магнитная постоянная, µ 0 = 4π ⋅ 10 −7 Гн/м; µ — магнитная проницаемость среды; I — сила тока в катушке; N / l — число витков на единице длины; N — число витков в катушке; l — длина катушки.
Поле бесконечно длинного соленоида является однородным и локализованным во внутреннем пространстве катушки; с хорошим приближением можно считать, что в пространстве, окружающем катушку, магнитное поле отсутствует.
Поле короткой катушки неоднородно и локализовано не только во внутреннем пространстве катушки, но и снаружи нее; силовые линии короткой катушки показаны на рис. 9.7.
Направление вектора индукции магнитного поля B → соленоида (катушки) связано с направлением тока правилом правого винта, т.е. совпадает с поступательным движением правого винта при вращении его рукоятки по направлению тока в катушке.
Пример 1. Заряд 1,0 мкКл движется в вакууме по направлению оси Ox со скоростью 1,5 км/с. Вычислить модуль индукции магнитного поля, создаваемого зарядом, в точке (4,0; 3,0), где x , y заданы в метрах, в тот момент времени, когда заряд находится в начале координат.
Решение . На рисунке показана система координат xOy , положение заряда q и направление его скорости v → . Модуль индукции магнитного поля требуется определить в точке M с указанными в условии координатами (4; 3).
Величина индукции магнитного поля движущегося заряда определяется формулой
B = μ 0 μ q v sin α 4 π r 2 ,
где µ 0 — магнитная постоянная, μ 0 = 4 π ⋅ 10 − 7 Гн/м; µ — магнитная проницаемость вакуума, µ = 1; q — величина заряда, q = 1,0 мкКл; v — модуль скорости заряда, v = 1,5 км/с; α — угол между векторами v → и r → , показанными на рисунке; r — расстояние между зарядом и точкой M .
Рассчитаем расстояние между зарядом и точкой, в которой определяется модуль индукции магнитного поля, по заданным в условии координатам точки M :
r = x 2 + y 2 = ( 3,0 ) 2 + ( 4,0 ) 2 = 5,0 м.
Определим синус угла между векторами v → и r → :
sin α = y r = 3 5 = 0,60 .
Рассчитаем искомую величину индукции магнитного поля:
B = 4 π ⋅ 10 − 7 ⋅ 1 ⋅ 1,0 ⋅ 10 − 6 ⋅ 1,5 ⋅ 10 3 ⋅ 0,60 4 π ⋅ 5 2 = 3,6 ⋅ 10 − 12 Тл = 3,6 пТл .
Движущийся заряд создает в указанной точке пространства магнитное поле с величиной индукции 3,6 пТл.