Магнитное поле

Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги.

Основная статья: Электромагнитное излучение

Магни́тное по́ле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции ${\vec {\mathbf {B} }}$ (вектор индукции магнитного поля). В СИ магнитная индукция измеряется в Тесла (Тл).

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Можно также рассматривать магнитное поле, как релятивистскую составляющую электрического поля. Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей и специальной теории относительности. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются свет и прочие электромагнитных волны.

Чем создаётся

Магнитное поле формируется изменяющимся во времени электрическим полем либо собственными магнитными моментами частиц. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц.

Вычисление

В простых случаях магнитное поле может быть найдено из закона Био — Савара — Лапласа или теоремы о циркуляции (она же — закон Ампера). В более сложных ситуациях ищется как решение уравнений Максвелла.

Проявление магнитного поля

Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к вектору ${\vec {v}}\,$. Она пропорциональна заряду частицы $q\!$, составляющей скорости ${\vec {v}}\!$, перпендикулярной направлению вектора магнитного поля ${\vec {B}}$, и величине индукции магнитного поля $B\!$. В системе единиц СИ сила Лоренца выражается так:

$F=q[{\vec {v}}\times {\vec {B}}]=qvB\sin \alpha \,$

где $\alpha \!$ - угол между направлением вектора скорости частицы ${\vec {v}}$ и направлением вектора магнитного поля ${\vec {B}}$.

Также магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник будет называться силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.

Взаимодействие двух магнитов

Наиболее часто встречаемое проявление магнитного поля — взаимодействие двух магнитов: подобные полюса отталкиваются, противоположные притягиваются. Представляется заманчивым описать взаимодействие между магнитами, как взаимодействие между двумя монополями, но эта идея не приводит к правильному описанию явления.

Правильнее будет сказать, что на магнитный диполь помещённый в неоднородное поле действует сила, которая стремится повернуть его так, чтобы магнитный момент диполя был сонаправлен с магнитным полем.

Сила, действующая на магнитный диполь с магнитным моментом $\mathbf {m}$ выражается по формуле:

$\mathbf {F} =\left(\mathbf {m} \cdot \nabla \right)\mathbf {B}$.

Сила, действующая на магнит со стороны неоднородного магнитного поля, может быть также определена суммированием всех сил, действующих на элементарные диполи, составляющие магнит.

Явление электромагнитной индукции

Основная статья: Электромагнитная индукция

Если поток вектора магнитной индукции через замкнутый контур меняется во времени, в этом контуре возникает ЭДС электромагнитной индукции.

Математическое представление

Термин магнитное поле применяется к двум различным векторным полям, обозначаемым как $\mathbf {H}$ и $\mathbf {B}$. Несмотря на это, термин "магнитное поле" исторически относится к $\mathbf {H}$, в то время как $\mathbf {B}$ называется магнитной индукцией, в настоящее время $\mathbf {B}$ понимается как более фундаментальная величина. Величина $\mathbf {H}$ называется напряженностью магнитного поля.

Единицы измерения

Величина $\mathbf {B}$ в системе единиц СИ измеряется в теслах, в системе СГС в гауссах.

Векторное поле $\mathbf {H}$ измеряется в амперах на метр (А/м) в системе СИ и в эрстедах в СГС.

Энергия магнитного поля

Энергию магнитного поля можно найти по формуле:

$W={{\Phi I} \over 2}={{LI^{2}} \over 2}$

где:

Φ — магнитный поток,

I — ток,

L — индуктивность катушки или витка с током.

Токи Фуко

Основная статья: Токи Фуко

См. также

• Магнит
• Магнитное поле звёзд
• Магнитное поле планет
• Магнитное поле Земли
• Вращающееся магнитное поле
• Магнитноротационная неустойчивость

Литература

• Шаблон:Книга:Сивухин Д.В.: Электричество:1977