Магнітна індукція. Визначення та опис явища. Що таке індукція магнітного поля

Магнітна індукція - векторна величина, що характеризує силу і напрям магнітного поля в точці простору. Бачили, напевно, це на картинках на уроках фізики: завихрення в формі планетарних меридіанів, що сходяться до полюсів червоно-синьої підкови. Перші зображення магнітного поля намагалися будувати вже в 17 столітті. Мабуть, користуючись металевими тирсою. Величина магнітної індукції визначена параметрами середовища.

Силові лінії магнітних полів

Магнітне поле і магнетизм

Магнітна індукція набагато точніше описує поле, ніж інші методи. Заплутані терміни заважають розумінню. Індукцію плутають з напруженістю. Обидва терміни векторні, описують поле. Напруженість не залежить від характеристик середовища, відрізняючись цим. Магнетизм відомий з давніх-давен. Вчені безсилі точно назвати дату початку застосування поля Землі для навігації моряками, історики виявили наступні цікаві факти:

1. Ольмеки (древнє індіанське плем'я) застосовували намагнічені голки за 1500 років до н.е. Відсутні точні свідчення, що стосуються призначення конструкції. Вважають, користуючись магнетизмом древній народ визначав напрямок.
2. У Китаї перші письмові згадки стосуються II століття до н.е. Магнітні голки використовувалися для пророкувань за характером рельєфу земної поверхні, з метою облаштування жител по методикам Фен-Шуй.

Історичні факти змушують називати першою сучасною цивілізацією, яка почала практикувати навігацію з орієнтацією магнітним полем Землі, Китай. X - XI століття нашої ери. Конструкція ретельно замовчується письмовими джерелами. Ризикнемо припустити, компас повторював напрацювання віщунів:

• Кінець металевої голки намагничивается залізняком.
• Виріб підвішується на шовкової нитки, фіксатором точки кріплення виступає віск.

Пристосування, виготовлені таким чином, дивляться то на південь, то на північ. Залежно від умов намагнічування голки. Європи дізналася компас декількома століттями пізніше. Першим джерелом, що описує конструкцію подібних приладів, нарівні з астролябією, є простий лист (1269 рік н.е.), накидати Петрусом «Перегрінусом» (Пілігримом) якомусь землевласнику в дні облоги італійської Лучера. Мабуть, прізвисько автора вказує, що автор добре знайомий з темою. Астролябія допомагала визначити місцевий час, в поєднанні з компасом ставало можливим провести обчисленні географічних координат. Обидва прилади несказанно спрощували навігацію (зрозуміло, пріоритет віддається морських подорожей).

Магнітне поле Землі здавна використовувалося мандрівниками для орієнтації на поверхні планети. Нарівні з екзотичними пристосуваннями: кристали, що розщеплюють сонячне світло і дозволяють таким чином визначити місце розташування головної зірки на небосхилі. Астролябія додала стереографічна проекція (сфери на площину) всіх тел. Дозволяючи проводити обчислення в темний час доби. Досить виміряти алидадой (стрілка зворотного боку астролябії) піднесення зірки над горизонтом.

Існував мінус: для кожної широти слід виготовити карту на бубні (обертається вкладка корпусу астролябії). Мореплавець, застосовуючи потрібний диск, вирішував завдання на будь-яких широтах. Зрозуміло, повинен заздалегідь подбати обзавестися потрібними картами тимпанів. Інакше вимірювання ставали неточними, некоректними. Бачите, скільки довелося пережити труднощів мандрівникам, повернемося до магнітного поля Землі. Явище описує індукція. Ходили чутки: Тесла використовував знання про величину магнітного поля Землі, вибираючи параметри електричних приладів. Втім, тхне фантазій, прибульцями з зірок, Другою світовою війною.

Індукція у магнітного поля Землі присутній, кожен бажаючий знайде електронну карту, виникни потреба. Магнітні полюси не збігаються зі справжніми. Карта магнітної індукції матиме меридіани, що відрізняються від просторових. На середніх широтах не заважає мореплавцям орієнтуватися, користуючись компасом.

Поява поняття магнітної індукції

На зорі епохи розвитку електрики люди стали досліджувати супутні явища. Так, Ханс Ерстед в 1819 році виявив: провідник з струмом створює навколо круговий магнітне поле, Андре-Марі Ампер показав, що якщо напрямок руху зарядів збігається, що є сусідами провідники притягують один одного. Край суперечкам поклало створення закону Біо-Савара (вітчизняні джерела додають Лапласа), що описує величину, напрямок магнітної індукції в точці простору. Джерела припускають застереження щодо того, що дослідження велися постійного струму.

Взаємозв'язок індукції і напруженості магнітного поля

Інтегрування (див. Малюнок) йде по контуру зі струмом. У формулі r має на увазі елементарну середню точку поточного відрізка, r0 - місце простору, для якого обчислюється магнітна індукція. Зверніть увагу, в знаменнику дробу за інтегралом перемножуються два вектора. Результатом виходить величина, напрямок якої визначимо за правилом свердлика (лівої чи правої руки). Інтегрування ведеться по елементу контуру dr, r - середня точка малого відрізу повної довжини. Ідентичні різниці в чисельнику і знаменнику скоротимо, залишається вгорі одиничний вектор, що задає напрямок результату.

Формула показує, як знайти поле для контурів будь-якої форми, проводячи інтегрування по точкам. Сучасні чисельні методи лежать в основі дії комп'ютерних програм (на зразок Maxwell 3D) за рішенням відповідної задачі. Рівняння узгоджується з законами Гаусса (магнітної індукції) і Ампера (циркуляції магнітного поля). Георг Ом використав знання про компас, виводячи відому залежність. Форму ліній поля отримаємо за допомогою магнітних стрілок і сили залишення напрямки незмінним (див. Замітку про закон Ома для ділянки кола). Це буде картина магнітної індукції в просторі, експериментально підтвердила закон Біо-Савара-Лапласа.

Дозволило зроблене Амперу в 1825 році показати: електричний струм в деяких випадках є аналогом постійного магніту. З'явилася нова модель, яка краще узгоджувалася з дійсністю, ніж схема диполів Пуассона. Подібна абстракція пояснювала відсутність в природі ізольованих магнітних полюсів. За сучасними уявленнями, шматок стали намагничивается, тому що диполі елементарних частинок і молекул набувають впорядкованість. На цьому засновані контури розмагнічування сердечників трансформаторів, які перед вимиканням харчування викликають затухаючі коливання струму. В результаті ефект впорядкованості розмивається, виражені властивості пропадають.

Наявність магнітного моменту пояснюється існуванням спинив (поняття введено в 20-х роках XX століття) - кутовий момент частинок мікросвіту. Реальні, не абстрактні речі, існування підтверджено експериментально (Штерн-Герлах). Спін є векторною величиною, однаковою для всіх частинок одного типу (наприклад, електронів), описується спеціальним квантовим числом. В СІ одиницею вимірювання служить Дж с, як і для іншого кутового моменту (постійної Планка). Іноді застосовується спрощена безрозмірна запис. Постійна Планка опускається. Вказується просто спіновий квантове число (s, ms).

Завдяки наявності спина, елементарна частинка обзаводиться магнітним моментом, який обчислюється за формулою: в чисельнику твір спинового кутового моменту на заряд частинки і g-фактор (постійні, що наводяться в різних довідниках для тих чи інших елементарних частинок); в знаменнику - подвоєна маса елементарної частинки. Як бачите, піддається обліку, максимальну намагніченість матеріалу в заданих умовах можна заздалегідь розрахувати. Справжнім тріумфом квантової електродинаміки стало передбачення g-факторів для деяких елементарних частинок.

Відкриття Майклом Фарадеєм в 1831 році генерації змінним магнітним полем кругового електричного показало: два явища тісно пов'язані, що стало передумовою створення (чотирьох) рівнянь Максвелла, окремим випадком яких є більшість формул в цій області, вважаючи згадані вище. Дослідження йшли своєю чергою, але трохи різними шляхами. Інтеграцію справив лорд Кельвін, відомий як Вільям Томпсон, який показав наявність H (напруженість) і B магнітної індукції, перша характеризує модель Пуассона, друга - Ампера.

B і H магнітна індукція

Магнітна індукція B вимірюється теслами (СІ), Тл еквівалентно Н с / Кл м. Н - ньютон, одиниця виміру сили; з - секунда часу; Кл - кулон, електричний заряд; м - метр відстані. СГС для тих же цілей застосовує Гс (Гс = √г / с √см), г - грам маси; з - секунда часу; см - сантиметр відстані. H магнітна індукція вимірюється амперами на метр (СІ) або ерстедах (СГС). Російськомовна література іменує Н напруженістю поля.

Одиниця тесла введена в 1960 році Міжнародною конференцією по вагах і заходам в честь померлого Ніколи Тесла. Фактично з початку існування СІ. Як вчені жили до цього? До 1948 року зародилася ідея впровадження СІ, вже існувала СГС. Витоки останньої закладені в 1832 році Карлом Фрідріхом Гауссом, які шукали єдиний базис для галузей фізики, щоб простіше було пов'язати різнорідні закони. Вчений задати трьома основними одиницями: міліметр, міліграм, секунда.

Гаусс помер незабаром після введення поняття магнітна індукція і ділення величини на В і Н, проте в 1874 році Джеймс Максвелл, лорд Кельвін доповнили перелік новими величинами. Магнітну індукцію назвали на честь засновника, одночасно систему нарекли СГС (до цього називалася гаусом). Що стосується СІ, Теслу можна уявити через базові або похідні одиниці по-різному. Вебер, віднесений на квадратний метр.

Відштовхування котушок зі струмом

У вакуумі два види індукції (Н і В) пов'язані через постійні. Щоб відрізнити одне від іншого, Н іменується вектором напруженості магнітного поля. Зрозуміло, що сенсом не сильно відрізняється від В. У формулі:

1. μ - магнітна проникність середовища.
2. μ0 - магнітна постійна (проникність вакууму). В системі СГС дорівнює 1, в вакуумі У і Н однакові. В СІ становить 1,257 мікроньютона на квадратний ампер.

Постійні введені спеціально, щоб зв'язати Н і В - характеристики магнітного поля. До речі, існує безліч версій, чому лорд Кельвін назвав вектори таким чином (літери Н і В). Тим, хто цікавиться рекомендуємо ознайомитися з поняттями: відносна магнітна проникність (відношення абсолютної μ до постійної μ0), магнітна сприйнятливість (відносна магнітна проникність, збільшена на 1). Допоможе краще зрозуміти формули літературних джерел, де залежність між У і Н іншого виду наведеного оглядом.

Можете знайти безліч законів, формул, що стосуються магнітної індукції, що показують, наскільки важливе місце займає параметр в теорії. Авторам невідомо, чи користувався подібними величинами Нікола Тесла при розробці багатофазного асинхронного двигуна, але не просто так же величині дали ім'я великого вченого!

Всі магніти розділяються між собою по силі свого впливу. Таким чином, існує певна величина, яка характеризує ступінь прояву сили того чи іншого магніту. Якщо бути більш точними, то дана сила створюється не самими магнітами, а їх магнітними полями. Саме магнітне поле залежить від векторної величини, яка відома, як індукція магнітного поля або просто магнітна індукція.

Формула

Для визначення величини електромагнітної індукції використовується формула B = F / (I * l), де магнітна індукція В, що представляє собою модуль вектора, визначається, як відношення модуля сили F, що впливає на провідник зі струмом, розташованих перпендикулярно з магнітними лініями, до значення струму I, наявної в провіднику і довжині l самого провідника.

Залежність магнітної індукції

На абсолютно не впливають, ні сила струму, ні довжина провідника. Вона знаходиться в прямій залежності і зв'язку, тільки з магнітним полем. Таким чином, при зменшенні сили струму в провіднику, без зміни будь-яких інших показників, відбувається зменшення не індукції, прямо пропорційно пов'язаної з силою струму, а тієї сили, з якою магнітне поле впливає на провідник. При цьому, значення самої магнітної індукції залишається постійним. Завдяки цим якостям, електромагнітна індукція виступає в ролі кількісної характеристики магнітного поля.

Вимірювання магнітної індукції виробляється в теслах, за формулою: 1 Тл = 1 Н / (А * м). Фізичну залежність цієї величини від різних чинників, можна визначити в ході проведення нескладного експерименту. Необхідно взяти ваги, де на одній стороні прикріплюється провідник, а на іншій стороні розташовані гирі. Провідник знаходиться в постійному електромагнітному полі, при цьому, його маса і вага гир мають однакове значення.

Після врівноваження ваг, по провіднику пропускається електричний струм. Навколо нього відбувається утворення магнітного поля, яке визначається відповідно до. В результаті, спостерігається взаємодія полів постійного магніту і самого провідника. При цьому, рівновагу терезів буде порушено. Через протікання струму, сторона ваг з провідником починає опускатися. Для того, щоб обчислити силу впливу поля на цей провідник, потрібно врівноважити його за допомогою гир. Сила їх тяжіння розраховується за спеціальною формулою, і буде дорівнювати силі магнітного поля, що впливає на провідник зі струмом. Співвідношення цієї сили з довжиною провідника і силою струму є постійною величиною. Дана кількісна характеристика залежить тільки від поля і являє собою ні що інше, як модуль вектора магнітної індукції.

Лінії магнітної індукції

Сама індукція магнітного поля характеризується певним напрямом, що представляє собою лінії, які відображаються графічно. Ці лінії, також отримали назву магнітних ліній, або ліній магнітних полів. Так само, як і магнітна індукція, її лінії мають власне визначення. Вони являють собою лінії, до яких проведені дотичні у всіх точках поля. Ці дотичні і вектор магнітної індукції збігаються між собою.

Однорідне магнітне поле відрізняється паралельними лініями магнітної індукції, що збігаються з напрямом вектора у всіх точках.

Якщо ж є неоднорідним, відбудеться зміна вектора електромагнітної індукції в кожному просторової точці, розташованій навколо провідника. Дотичні, проведені до цього вектору, приведуть до створення концентричних кіл навколо провідника. Таким чином, в даному випадку, лінії індукції будуть виглядати в вигляді розширення кіл.

Індукція магнітного поля - величина, яка визначається параметрами середовища, що показує величину сили, з якою при піднесенні об'єкта поле діє на стрілку компаса, провідник з струмом або феромагнітні матеріали. Історія розвитку тематики докладно описана розділом (слова-синоніми), тут цілком зосередимося на практичній частині, термінах.

Магнітне поле і характеристики

Ерстед виявив відхилення стрілки компаса проводом з електричним струмом, магнетизм тоді вважався явищем незалежним. Виявляли властивості тверді тіла. Гільберт писав: магнетизму в порівнянні зі слабким і непостійним електрикою притаманні сила, непорушність. Поле вільно проходить об'єкти. Отже, потрібно було субстанцію охарактеризувати. Потрібен був час відтворити картину. Сьогодні, як це вказується розділом Магнітна індукція, панують дві моделі:

1. Пуассона.
2. Ампера.

Спочатку досліджена сила взаємодії двох провідників зі струмом. Як тільки Ампер продемонстрував відкриття Ерстеда зборам наукового товариства, дослідники почали рити. В ході обговорень Лаплас припустив: дія явища можна посилити, зігнувши провідник. Так з'явилися (в 1820 році) котушка індуктивності в мультипликаторе (гальванометрі) Швейггера, прообраз електромагніту в дослідах Араго з намагнічуванням голки, оповитої дротом, розрядом лейденської банки. Знаменною стало відкриття закону Біо-Савара (див. Рис.). Пов'язує характеристику магнітного поля дроти з струмом і деякі інші величини.

Ліва частина рівності містить елемент індукції. Дещиця загального поля, створювана елементарним (невеликим) відрізком провідника dl. Величину визначають сила струму, відстань до даної точки, кут між векторами l і В. Погодьтеся, звучать терміни туманно, необхідно розглянути ключові поняття. У сучасній фізиці явища магнітного поля пояснюється наочними дослідами з активною участю електроскопа. Фізичний прилад, винайдений задовго до описуваних подій (середина XVIII століття), що дозволяє визначити наявність на об'єкті статичного заряду.

Перший електроскоп складався з деревного кульки, підвішеного на дузі, що нагадувала поставлений догори ногами рибальський гачок. В результаті нитка вільно ходила в сторону. Шарик натирали за допомогою вовни, утворювався заряд, який взаємодіє з іншими. Процес описує закон Кулона. Повернемося до демонстрації магнітного поля сучасною фізикою. Підручник користується простими прикладами:

1. Заряджений куля електроскопа підносять до провідника зі струмом. Спостерігається деяке взаємодія.
2. Напрямок струму змінюють: картина залишається колишнє.
3. Забирають ток зовсім - взаємодія в наявності.

Роблять висновок: провід, який несе струм, з нерухомим кулькою електроскопа не взаємодіє сам по собі. Відбувається електризація впливом. Провід набуває статичний заряд від кульки, спостерігається взаємодія. Отже, електричне поле зосереджено всередині провідника, не виходить за межі. Згідно аксіомі:

Магнітними називають сили взаємодії провідника під струмом з іншим провідником, стрілкою компаса, деякими матеріалами і предметами.

Лінії напруженості магнітного поля

Магнітне поле не впливає на нерухомий заряд, діє на рухоме електрику. Коли Біо експериментально, Савар пізніше математично сформулювали закон, знадобилися моделі, що описують взаємодію нового явища з об'єктами матеріального світу. Слід чітко розуміти, хоча закон Біо-Савара містить величину магнітної індукції, на момент 1820 року просто не існувало в науковій сфері. Якась міра поля, що саме уявляла, ніхто в точності сказати не міг. Гауссова СГС з'явилася в 1832 році, позбавлена ​​багатьох фізичних величин.

Трактат 1600 року Гільберта висловив припущення про структуру ліній напруженості. Для з'ясування обставин активно використовував магнітну стрілку, створив кулю руди, довів подібність поля об'єкта Земній. За характером взаємодії висунув ідею: один полюс випускає якусь субстанцію, інший - поглинає. Задовольняючись доводами, Рене Декарт в 1644 році створив одну з перших картин магнітного поля, використавши дрібні металеві тирса. Досвідом не гребують сьогоднішні підручники фізики. Лінії напруженості магнітного поля є плавними, замикаються на полюсах, вектор індукції направлений щодо в кожній точці.

Відповідно до закону Біо-Савара, які є знань Пуассон в 1824 році створює першу модель поля. Оперує з диполями, відсторонюється від середовища поширення явища. Ампер йде іншим шляхом, представляючи джерела магнітного поля, елементарними циркулюючими зарядами. Проводячи досліди, зауважує: сила взаємодії залежить від середовища, вносить таким чином лепту. Праві виявилися обидва.

Магнітне поле планети Земля

Існування магнітного поля незалежно від середовища, сила дії на об'єкти в деяких матеріалах змінюється. Для опису кількісної міри зміни ввели одиницю відносної магнітної проникності. Показує відміну сили взаємодії в порівнянні з процесом, що йде в вакуумі. Відповідно до такого підходу, матеріали формують три групи:

1. Парамагнетики трохи посилюють напруженість Н, індукція магнітного поля трохи більше, ніж у вакуумі. Речовини втрачають набуті в результаті взаємодії властивості так скоро, як пропадає джерело змін.
2. Діамагнетик послаблюють дію поля. Напруженість Н вище індукції В. Клас речовин включає: кухонну сіль, нафталін, вісмут. Поле послаблюється, магнітна сприйнятливість негативна.
3. Ферромагнетики багаторазово посилюють напруженість, індукція набагато перевищує H. З цієї причини йдуть на виготовлення сердечників трансформаторів.

Тепер пояснимо: напруженість поля H характеризує властивості джерела магнетизму, існує в будь-якому середовищі. Індукція показує здатність явища індукувати в провідниках ЕРС. Звідки походить назва. Хоча на практиці індукція відіграє першорядну роль, розгляд випадків з одночасним використанням різних середовищ зручно вести з позицій напруженості поля. Значення домножается величиною магнітної проникності середовища.

До речі, Майкл Фарадей, не знаючи фактів, вибрав для вдалого досвіду з тороїдальним трансформатором ферромагнетик (м'яка сталь). Завдяки цьому вдало вдалося зафіксувати явище індукції. Воно має місце бути в повітрі, але не так помітно. Феромагнетик примножує багаторазово здатність поля індукувати відгук у вигляді ЕРС вторинної обмотки трансформатора. Коефіцієнт проникності деяких матеріалів становить тисячі одиниць.

На кресленнях домовилися лінії магнітного поля наносити тим щільніше, чим вище індукція. На одиницю площі (наприклад, квадратний сантиметр) припадає стільки, яке значення фізичної величини в Тл. Допомагає візуально оцінити щільність поля. Кількість ліній, охоплених площею фігури, відображає величину роботи по переміщенню в межах неї електричного заряду. Теза відображений законом Фарадея (див. Рис.), Де фігурує величина щільності магнітної індукції, вимірюваної веберами.

Закони та феномени, пов'язані з індукцією магнітного поля

Магнітна індукція і індукція магнітного поля виступають словами-синонімами. Параметр характеризує властивості джерела і атрибути середовища. Отже, пора розглянути закони, пов'язані з явищем. Перше що приходить на розум - погортати підручник фізики, віримо, що читачі зможуть зробити індивідуально. Пропонуємо розглянути феномен, який пройшов непоміченим Вікіпедією і деякими підручниками фізики, більшістю.

Магнітні полюси Землі прямо протилежні істинним. Справа не в тому, що магнітні полюси відхилені від географічних. Ні! Прямо протилежні за місцем розташування полюсів, з якими оперує фізика. Тому який підручник не візьми, скрізь стрілка компаса вказує на південь. Хоча автори намагаються виключити картинки, за якими можна було б однозначно встановити. Подивимося дві з них (фото Курс фізики Жданова Л.С. і Мараджаняна В.А.):

1. На першій видно: стрілка компаса відстежує північним полюсом напрямок поля.
2. Друга демонструє правило лівої руки, одночасно помічаємо: поле направлено з півночі на південь.

Магнітні полюси очима фізиків

Відшукується ілюстрація, чітко показує: на південь дивиться північний кінець феромагнетика. Істинний північний полюс знаходиться не в Арктиці, як звикли думати, на просторах Антарктиди. Чергове протиріччя фізики, друге полягає в припущенні, що струм утворюють позитивні заряди. Хотілося б сьогодні зробити ще одну доповідь.

Магнітні полюси Землі періодично міняються місцями!

Так, вони це роблять, остання зміна була порядку 780000 років тому (відомості отримані на підставі аналізу гірських порід). Хоча іноді процес відбувався частіше. У серпні 1999 року почалася Епоха Водолія, разом з нею гряде чергова зміна полюсів. За століття аж до цієї дати магнітний північний полюс зміщувався щорічно на 10 км, до початку 2000-х - на цілих 50. Цифра постійно зростає. Серед вчених кіл є панікери, які стверджують: переполюсовка щоразу викликає крах біосфери: нібито, так загинули динозаври.

Фахівці дають протікає процесу 40 - 100 років, потім ... фізичні уявлення стануть вірними: стрілка компаса буде дивитися як раз в потрібному напрямку. Наукова інтуїція епохи технічної революції? Не можна сказати точно, але морякам, пілотам пора відкоригувати магнітне схилення (різниця між напрямком на географічний і магнітний полюси). Втішає одне: більшість об'єктів орієнтується на показання приладів GPS (супутникова навігація з залученням земних транслюють станцій).

Змінами Сонця провокуються магнітні бурі. Природний катаклізм, коли стрілка компаса починає поводитися непередбачувано. У поля є 11 і 100-річний цикли, мало впливають на погоду, тому непомітні більшої частини людства. Скептикам відповімо: магнітне поле виступає єдиним захистом людства проти дії космічного випромінювання, всерйоз пора подумати про збереження планети. Особливо сильно постраждає озоновий шар, слідом за ним - мікроскопічне населення океану. Фактично від пристосованості водного життя до змін залежить подальше майбутнє планети.

Перший 3-D маппинг поля виконав супутник Magsat в 1980 році, потім після довгої перерви в 1999 році проблемою зайнявся Ерстед (супутник). Необхідність запуску викликана приходом Епохи Водолія і описаними вище подіями. Поки дослідженням магнітного щита Землі займається супутникова угруповання Swarm. Вважається, що зміни спровоковані коливаннями складу ядра планети, вчені хочуть знайти точні залежності. Після півроку роботи (початок 2014 роки) результати досліджень стали викликати заклопотаність: магнітне поле слабшає, змінює конфігурацію.

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 - одним з властивостей поля. Якщо позначити її як E, то отримаємо:

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

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

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

Так як індукція магнітного поля є те 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 магнітних силових ліній. Те ж саме відбувається при розміщенні компаса поблизу провідника, по якому протікає струм.

Описуючи контур, слід ввести поняття магнітного моменту. Це вектор, чисельно дорівнює добутку S на I. Його напрямок перпендикулярно умовної площині самого токопроводящего контуру. Можна визначити за відомим правилом правого гвинта (або гвинта, що одне й те саме). Індукція магнітного поля в векторному поданні збігається з напрямком магнітного моменту.

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

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

Не менш цікава індукція магнітного поля соленоїда. Він являє собою циліндр з намотаною дротом, по якій 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, створюється всередині циліндра повністю однорідне, а його вектор спрямований співвісно з циліндром. А ось поза корпусом циліндра вектор магнітної індукції відсутня (дорівнює нулю). Однак вказане вірно лише для ідеального соленоїда з нескінченної завдовжки. 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 соленоїда вектор індукції практично збігається з цією характеристикою ідеальної моделі. Знаючи діаметр і довжину циліндра, можна обчислити відмінність між індукцією кінцевого соленоїда і його ідеального (нескінченного) побратима. Зазвичай її виражають у відсотках.

Ми знаємо, що провідник зі струмом, розміщений в магнітному полі, піддається впливу сили. Її напрямок залежить від напрямку силових ліній поля і якщо останні відомі, то напрямок сили можна визначити, скориставшись або правого гвинта.

Розглянемо тепер, від чого залежить величина цієї сили. Звернемося до досвіду.

Підвісимо до лівого плеча коромисла лінійний провідник АВ і помістимо його між полюсами N і S електромагніту так, щоб він був перпендикулярний по відношенню до силових ліній магнітного поля. Послідовно з цим провідником включимо амперметр, а також реостат, за допомогою якого можна вимірювати струм в нашому провіднику. Врівноважити терези і замкнемо ланцюг. Нехай струм в провіднику АВ спрямований від В до А. Рівновага ваг порушиться; щоб його відновити, на праву чашу доведеться покласти додатковий разновесок, вага якого буде дорівнює силі, що впливає на провідник вертикально вниз. Будемо тепер змінювати струм в нашому провіднику; ми помітимо, що зі збільшенням струму збільшується і сила, яка діє на провідник. Зміни покажуть нам, що сила, з якою магнітне поле впливає на провідник, прямо пропорційна струму, що протікає по ньому.

Чи залежить ця сила від довжини провідника АВ? Щоб вирішити це питання, будемо брати провідники різної довжини при одному і тому ж струмі. Вимірювання покажуть нам, що сила, з якою магнітне поле впливає на провідник зі струмом, буде прямо пропорційна довжині частини провідника, розташованої в магнітному полі.

Нехай F - сила, яка впливає на провідник зі струмом, розміщений в магнітному полі, l - довжина цього провідника і I - струм в ньому.

Зі зміною довжини провідника l і струму в ньому змінюється, як ми бачили, і величина сили F.

Ситуація щодо ставлення сили F до довжини провідника I і до току в ньому є величина постійна, яка не залежить від струму в ньому; отже, величина цього відношення може характеризувати магнітне поле.

Цю величину називають магнітна індукція або індукція магнітного поля.

Позначимо магнітну індукцію буквою В. Згідно з визначенням, можна написати:

В системі СІ одиницею магнітної індукції виступає індукція поля, в якому провідник з струмом 1 А і довжиною 1 м піддається впливу сили 1 Н. Найменування такої одиниці: 1 ньютон / (ампер˖метр) (скорочено 1 Н / (А˖м)) .

Покажемо, що 1 Н / (А˖м) = 1 (В˖сек) / м²:

1 Н / (А˖м) = 1 (Н˖м) / (А˖м²) = 1 дж / (А˖м²) = 1 (В˖А˖сек) / (А˖м²) = 1 (В˖ сек) / м².

Одиниця 1 вольт-секунда називається Вебером (вб). Отже, 1 вб / м² або 1 тесла (Тл) - одиниця магнітної індукції. Тоді як в системі вимірювання СГСМ одиниця виміру магнітної індукції - гаус (Гс):

1 Тл = 10⁴ Гс.

У загальному випадку величина сили, яка впливає на провідник зі струмом, розміщений в магнітне поле, визначається законом Ампера:

F = BI l sin α, де α - кут між спрямованістю струму (I) і вектором магнітного поля (В).

Індукція магнітного поля чисельно дорівнює силі, з якою впливає магнітне поле на одиничний елемент струму, перпендикулярно розташований до вектору індукції. Магнітна індукція залежить від властивостей середовища.