Що таке індукція магнітного поля?

Що таке індукція магнітного поля?


Що таке індукція магнітного поля? Для відповіді на це питання згадаємо основи електродинаміки. Як відомо, на нерухомий носій заряду q, що розташовується в зоні дії електричного поля, виявляється зміщує вплив з силою F. Чим більше значення заряду (незалежно від його властивостей), тим більше сила. Це є напруженістю - однією з властивостей поля. Якщо позначити її як E, то отримаємо:


E = F / q

У свою чергу, на рухомі заряди впливають поля магнітної природи. Однак у цьому випадку сила залежить не тільки від величини електричного заряду, а й від вектора напрямку руху (або, що більш точно, швидкості).

Яким же чином можна вивчити конфігурацію магнітного поля? Це завдання успішно вирішили відомі вчені - Ампер і Ерстед. Вони розміщували в полі провідний контур з електричним струмом і вивчали інтенсивність впливу. Виходило, що на результат впливала орієнтація контуру в просторі, що вказувало на наявність вектора спрямованості моменту сил. Індукція магнітного поля (вимірюється в Теслах) виражається через відношення згаданого моменту сили до твору площі провідника контуру і протікаючого електричного струму. Фактично, вона характеризує саме поле, що в даному випадку і необхідно. Висловимо все сказане через просту формулу:

B = M / (S*I);

де M - максимальне значення моменту сил, залежить від орієнтації контуру в магнітному полі; S - сумарна площа контуру; I - значення струму в провіднику.

Оскільки індукція магнітного поля є векторною величиною, то далі потрібно знайти його орієнтованість. Найбільш наочне уявлення про нього дає звичайний компас, стрілка якого завжди вказує на північний полюс. Індукція магнітного поля землі орієнтує її згідно з магнітними силовими лініями. Те ж саме відбувається при розміщенні компасу поблизу провідника, по якому протікає струм.

Описуючи контур, слід ввести поняття магнітного моменту. Це вектор, чисельно рівний твору S на I. Його напрямок перпендикулярно умовній площині самого струмопровідного контуру. Можна визначити за відомим правилом правого гвинта (або буравчика, що одне і те ж). Індукція магнітного поля в векторному уявленні збігається з напрямком магнітного моменту.

Таким чином, можна вивести формулу для діючої на контур сили (всі величини векторні!):

M = B * m;

де M - сумарний вектор моменту сили; B - магнітна індукція; m - значення магнітного моменту.

Не менш цікава індукція магнітного поля соленоїда. Він являє собою циліндр з намотаним дротом, по якому протікає електричний струм. Є одним з найбільш використовуваних елементів в електротехніці. У повсякденному житті з соленоїдами кожна людина стикається постійно, навіть не підозрюючи про це. Отже, створюване струмом магнітне поле всередині циліндра повністю однорідно, а його вектор спрямований соосно з циліндром. А ось поза корпусом циліндра вектор магнітної індукції відсутній (дорівнює нулю). Однак вказане вірно лише для ідеального соленоїду з нескінченною довжиною. На практиці ж обмеження вносить свої корективи. Перш за все, вектор індукції ніколи не прирівнюється до нуля (поле реєструється і навколо циліндра), а внутрішня конфігурація також втрачає свою однорідність. Для чого ж тоді потрібна «ідеальна модель»? Дуже просто! Якщо діаметр циліндра менше довжини (як правило, так і є), то в центрі соленоїду вектор індукції практично збігається з цією характеристикою ідеальної моделі. Знаючи діаметр і довжину циліндра, можна обчислити відмінність між індукцією кінцевого соленоїду і його ідеального (нескінченного) побратима. Зазвичай її виражають у відсотках.