Магнитное поле, характеристики магнитного поля. Энергия магнитного поля
На движущиеся заряды, кроме электростатических (кулоновских) сил действуют силы, определяемые магнитным полем – магнитные силы. Это обусловлено релятивистскими свойствами пространства-времени. Полная сила взаимодействия движущихся зарядов складывается из кулоновской силы и магнитной силы
, причем
.
Магнитная сила является величиной второго порядка малости по отношению v/c к кулоновской силе. Следовательно, магнитное взаимодействие сравнимо по величине с электростатическим лишь при больших скоростях движения зарядов.
Магнитное взаимодействие осуществляется через поле, называемое магнитным. Движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающего их пространства – создают в нем магнитное поле. В отличие от электростатического, оно не действует на покоящийся заряд. Проявляется магнитное поле в том, что на движущиеся в нем заряды (токи) действуют магнитные силы.
Способность магнитного поля вызывать появление магнитной силы, действующей на какой-либо элемент тока, можно количественно описать, задавая в каждой точке поля некоторую векторную величину , которая носит название магнитной индукции.
Тогда магнитная сила, действующая на элемент тока , может быть представлена в виде:
.
(Это соотношение и определяет магнитную индукцию). Направление магнитной силы определяется направлением векторного произведения векторов элемента тока и магнитной индукции.
Магнитная индукция является основной силовой характеристикой магнитного поля.
Для магнитного поля, как и для электростатического, справедлив принцип суперпозиции: если имеется несколько токов (движущихся зарядов), то магнитная индукция результирующего поля равна векторной сумме магнитных индукций полей, содаваемых каждым из токов (движущихся зарядов):
.
Отсюда следует, что принцип суперпозиции справедлив и для элементов тока. Поэтому магнитную индукцию, создаваемую каким-либо контуром с током. можно найти, суммируя магнитные индукции от отдельных элементов тока на которые можно разбить данный контур.
Магнитные поля, создаваемые постоянными электрическими токами, подчиняются закону Био–Савара–Лапласа:
,
где - радиус-вектор точки, в которой элемент тока
создает магнитное поле индукцией
.
Вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно к плоскости векторов
и
, так что вращение от
к
задает правым винтом его направление.
Модуль индукции магнитного поля элемента тока определяется как модуль векторного произведения:
,
где α – угол между dl и r.
Магнитное поле, обусловленное электрическими токами, является стационарным. Его нельзя осуществить движением отдельного заряда, так как в этом случае магнитное поле неизбежно будет переменным.