Магнітна індукція
Ми знаємо, що провідник зі струмом, розміщений в магнітному полі, піддається впливу сили. Її напрямок залежить від напрямку силових ліній поля і напрямку струму: якщо останні відомі, то напрям сили можна визначити, скориставшись правилом лівої руки або правого гвинта.
Розглянемо тепер, від чого залежить величина цієї сили. Звернемося до досвіду.
Підвісимо до лівого плеча коромисла важільних ваг 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. Зрівноважити ваги і замкнемо ланцюг. Нехай струм в провіднику АВ спрямований від В до А. Рівновага ваг нарушітся- 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 проводніке- 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.
Ставлення ж сили F до довжини провідника I і до струму в ньому є величина постійна, не залежна 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 = F / (I? L).
В системі СІ одиницею магнітної індукції виступає індукція поля, в якому провідник зі 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) / мsup2-:
1 Н / (А? М) = 1 (Н? М) / (А? Мsup2-) = 1 дж / (А? Мsup2-) = 1 (В? А? Сек) / (А? Мsup2-) = 1 (В? сек) / мsup2-.
Одиниця 1 вольт-секунда називається Вебером (вб). Отже, 1 вб / мsup2- або 1 тесла (Тл) - одиниця магнітної індукції. Тоді як у системі вимірювання СГСМ одиниця виміру магнітної індукції - гаус (Гс):
1 Тл = 10? Гс.
Магнітна індукція - величина векторна. Напрямок вектора індукції в даній точці поєднується з напрямком силової магнітної лінії, що проходить через цю точку.
В системі СІ магнітна індукція - силова характеристика магнітного поля, схоже до того, як напруженість електричного поля висловлює силову характеристику електричного поля.
Знаючи індукцію магнітного поля, можна прорахувати його силу, що впливає на провідник зі струмом, за формулою:
F = BI l.
У провіднику зі струмом заряди рухаються не тільки хаотично в різних напрямках, але також в певному напрямку. На кожен із зарядів впливає магнітна сила, яка передається провіднику. Сума всіх сил від хаотичного руху дорівнює нулю, а сума сил спрямованого руху називається силою Ампера.
У загальному випадку величина сили, яка впливає на провідник зі струмом, розміщений в магнітне поле, визначається законом Ампера:
F = BI l sin alpha-, де alpha- - 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 вектора індукції. Магнітна індукція залежить від властивостей середовища.