§ 83. Индукция магнитного поля

Мы знаем, что с помощью магнитных стрелок (железных опилок) можно узнать, как действуют силы магнитного поля прямого проводника с током и катушки с током. Магнитное поле действует и на проводник с током (отклоняет прямой проводник, поворачивает рамку).

Используя это свойство магнитного поля, введем для количественной характеристики последнего физическую величину - индукцию магнитного поля. Соберем установку, изображенную на рис 117, где рамка А₁, сделанная из мотка провода, при помощи толкателя В может действовать на весы. Стрелка весов стоит против указателя равновесия С. Замкнем электрическую цепь. Не меняя силу тока, ориентируя сторону рамки Д₁К₁ по-разному относительно полюсов магнита, замечаем, что сила, действующая на проводник с током, зависит от расположения проводника в магнитном поле и в одном из положений имеет наибольшее значение.

Рис. 117. Индукция магнитного поля

Не меняя положения стороны рамки Д₁К₁, при котором магнитное поле действует с наибольшей силой, будем помещать рамку в разных его местах. По показаниям весов видим, что сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, в разных местах различна по величине.

Оставляя сторону рамки Д₁К₁ в положении, когда на нее действует наибольшая сила, и изменяя реостатом силу тока, замечаем, что с усилением тока увеличивается и сила F, с которой магнитное поле магнита действует на проводник с током. С уменьшением тока эта сила уменьшается. Ее величину определяем по величине (весу) рейтеров, располагая их на одном и том же расстоянии от оси.

Заменим рамку A₁ рамкой А₂, у которой число витков в два раза больше, а следовательно, и в два раза больше длина проводника, находящегося в магнитном поле магнита. Расположив сторону рамки Д₂К₂ по отношению к полюсам магнита так, как и в первом случае, пропустим по ней ток такой же силы. Видим, что магнитное поле действует на проводник с силой, в два раза большей. Тщательными измерениями установлено, что сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, прямо пропорциональна произведению силы тока на длину проводника.

Бели в данном месте поля, не меняя положения проводника, при котором на проводник действует максимальная сила F, брать силу тока и длину проводника разные, но такие, чтобы их произведения были Il, 2Il, 3Il, ..., nIl, то величины сил соответственно будут: F, 2F, 3F, ..., nF. Эти силы различны, поэтому не могут служить силовой характеристикой магнитного поля в данном месте. Бели взять соответственно отношения этих сил к произведениям сил токов на длину проводников, то окажется, что для данного места магнитного поля эти отношения являются величиной постоянной:

Исследуя подобным способом магнитное поле в разных местах, придем к заключению, что для данного места магнитного поля отношение величины силы к произведению силы тока на длину проводника есть величина постоянная. Это отношение служит силовой характеристикой поля. Величина, измеряемая этим отношением, получила название индукции магнитного поля. Векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля и измеряемая наибольшей силой, с которой магнитное поле действует в данном месте на единицу длины проводника, по которому течет ток 1 а, называется индукцией магнитного поля в данном месте поля. Согласно определению, индукция магнитного поля

Значение индукции магнитного поля вычисляется по вышеприведенной формула, а за направление вектора индукции приняли направление, в котором под действием магнитного поля устанавливается северный полюс магнитной стрелки.

Рис. 118. Однородное и неоднородное магнитные поля

Между широкими полюсами магнитов (рис. 118, а) поместим маленькие магнитные стрелки. Их оси расположены параллельно, и северные полюсы направлены в одну сторону. Следовательно, направление вектора индукции этого поля во всех его точках одинаково. Расчеты численного значения индукции такого магнитного поля показали, что оно постоянно для любой точки поля: Магнитное поле, во всех точках которого векторы индукции имеют одинаковую величину и направление, называется однородным магнитным полем. Однородным является магнитное поле внутри длинной катушки (соленоида) с током (рис. 119, б).

Поместив магнитные стрелки в магнитное поле прямого проводника с током (рис. 118, б), видим, что в каждой точке поля северный полюс стрелки имеет разное направление. Это означает, что данное магнитное поле неоднородно. Опыты показали, что индукция такого магнитного поля с удалением от проводника уменьшается.