Известно что между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Однако, между электрическими зарядами могут существовать и силы иной природы. Обратимся к опыту: ленты из фольги с наконечниками – 2шт, штатив, источник тока ВС-21М, рассчитанный на 10А.

Если пропустить ток через фольгу в одну и ту же сторону, то наблюдается притяжение фольги друг к другу, если пропустить ток разного направления, то они отталкиваются.

Взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между движущимися зарядами называются магнитными. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга называются магнитными силами.

В учебнике физики 10 (мяк, Бух) авторы используют аналогию между электрическими и магнитными полями, отмечая, что подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды возникает электрическое поле, вокруг проводника с током возникает магнитное поле.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Затем рассматривают свойства магнитного поля:

1. магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами). (опыт Эрстеда, Иоффе, Эйхенвальда)

2. магнитное поле обнаруживается по действию на ток (движущиеся заряды).

3. Магнитное поле существует реально и не зависит от нашего сознания.

Действие магнитного поля может быть больше или меньше, имеет определенную направленность, следовательно должно характеризоваться некоторой величиной называемой магнитной индукцией В.

При определении модуля В можно использовать следующие методические подходы:

а) силовой характеристикой электрического поля является напряженность Е, силовую характеристику магнитного поля можно определить.

Следует учесть что сила с которой действует магнитное поле на пробный ток зависит не только от силы тока, но и от длины активной части, в которой этот ток существует, следовательно в качестве силовой характеристики магнитного поля надо взять отношение силы F, с которой магнитное поле действует на пробный ток, к силе тока I и длины проводника l.

, В – векторная величина, однако следует отметить, что ее направление не совпадает с направлением силы, с которой магнитное поле действует на ток.

Т.о. магнитная индукция – векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля.

[B]=Тл, 1Тл= Н / А м

б) В начале изучают закон Ампера. Экспериментально установлено, что сила, действующая на проводник с током F_А, находящийся в магнитном поле, прямо пропорциональна длине проводника и силе тока в нем, а так же зависит от угла альфа между направлением тока и линии магнитной индукции в том месте, где находится проводник. Эта сила также зависит от магнитного поля. Эту зависимость выражают через В: .

Направление Fa, определяется правилом левой руки: Если расположить левую руку вдоль проводника, чтобы 4 вытянутых пальца указывали направление тока в нем, а линии магнитной индукции входили в ладонь, то отогнутый большой палец будет указывать направление силы Ампера. После этого обращают внимание, что сила Ампера максимальна когда синус альфа равен 1, то есть альфа равен 90⁰. .

в) магнитное поле оказывает ориентирующее действие на рамку с током, помещенного в нем. Это означает, что магнитное поле характеризуется величиной В.

Опытом показывают, что максимальный момент сил действующих на рамку с током пропорционален М_max ~ I S, S – площадь, ограниченная витком и не зависит от формы контура. Именно поэтому отношение М_max к I S не зависит от параметров контура и характеризует магнитное поле в данном месте: .

Направление В, определяют с помощью правила буравчика (правый винт).

Сила Лоренца. Согласно закону Ампера сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током определяется следующим образом . Сила с которой магнитное поле действует на движущийся заряд называется силой Лоренца F_л.

Если на участок проводника длинной l, по которому течет ток I, магнитное поле с В действует с силой F_A, то F_л=F_A/N, N – число свободных электронов в рассматриваемом участке проводника.

N=nV, n – концентрация, N = n S l

, I = n l <v> S, <v> - средняя скорость упорядоченных электронов. I = q / l, q=ne

.

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки, указательный вдоль вектора скорости движения положительно заряженной частицы или против вектора скорости, если частица отрицательно заряжена.

Графически магнитное поле изображается линиями индукции. Линиями магнитной индукции называются линии, касательные к которым направлены так же как в вектор магнитной индукции в данной точке. Важная особенность, линии магнитной индукции замкнуты.

Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми.

Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментально свойство магнитного поля – магнитное поле не имеет источников, магнитных зарядов подобных электрическим нет. Линии магнитной индукции магнитного поля реально не существуют.