11 класс
§ 17. Линии магнитной индукции
Линии магнитной индукции.
Подобно тому как распределение электрического поля в пространстве можно наглядно представить с помощью линий напряжённости (или силовых линий) электростатического поля, распределение магнитного поля можно изобразить линиями магнитной индукции (или линиями магнитного поля).
Линиями магнитной индукции называют линии, по касательным к которым направлен вектор магнитной индукции 
в каждой точке поля (рис. «3.18).
Построим линии магнитной индукции для магнитного поля, созданного прямолинейным проводом с током. Из приведённых ранее описаний опытов с контуром и магнитной стрелкой, а также из соображений симметрии следует, что линии магнитной индукции в данном случае представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной этому проводу с током. Центр окружностей находится на оси проводника (рис. 3.19).
Как и в случае линий напряжённости электрического поля, линии магнитной индукции условились проводить так, чтобы их густота характеризовала модуль вектора в данном месте. На рисунке 3.19 концентрические окружности сгущаются к центру. Это означает, что магнитная индукция вблизи провода больше, чем вдали от него.
Направление линии магнитной индукции можно определить, используя правило правой руки.
Если большом палец правой руки расположить так, чтобы он указывал направление тока в проводнике, то остальные согнутые пальцы, охватывающие провод, укажут направление линий магнитной индукции поля, создаваемого током в этом проводе.
Очевидно, что правило правой руки даёт такой же результат, как и правило буравчика (рис. 3.20).
Картина линий магнитной индукции катушки с током (соленоида 1) показана на рисунке 3.21 (соленоид дан в разрезе). Если длина соленоида много больше его диаметра, то поле внутри соленоида можно считать однородным. Линии магнитной индукции такого поля параллельны, их густота везде одинакова.
1 Соленоид — цилиндрическая катушка, которая состоит из витков провода, плотно намотанного по спирали.
Наблюдение линий магнитного поля.
Точно так же как и с электрическим полем, линии магнитного поля можно сделать «видимыми». Для этого необходимо использовать мелкие железные опилки. Некоторые из картин магнитного поля приведены на рисунке 3.22.
В магнитном ноле каждый из насыпанных на лист картона кусочков железа намагничивается и ведёт себя как маленькая магнитная стрелка. Наличие такого большого количества стрелок позволяет в большом числе точек определить направление вектора магнитной индукции магнитного поля и, следовательно, более точно выяснить расположение линий магнитной индукции.
Вихревое поле.
Исследования магнитного поля позволяют сделать вывод о том, что линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца; они всегда замкнуты. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Таким образом, магнитное поле — вихревое поле.
Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Другими словами, магнитных зарядов, подобных электрическим, не обнаружено.
Кроме того, замкнутость линий магнитного поля означает, что работа магнитных сил на замкнутом пути может быть не равна нулю. Таким образом, магнитные силы, в отличие от электростатических, непотенциальны.
Отметим ещё одно свойство магнитных взаимодействий — его нецентральный характер. Полюс магнита не притягивает и не отталкивает проводники с током, а заставляет их поворачиваться вокруг себя. Сила, действующая со стороны магнита, не направлена вдоль линии, соединяющей полюс магнита с отдельными участками проводника с током.
Вопросы:
1. Нарисуйте и охарактеризуйте картину линий магнитного поля:
а) прямолинейного провода;
б) катушки с током.
2. Какое правило можно использовать для определения направления линии магнитной индукции?
3. Как можно линии магнитной индукции сделать "видимыми"?
4. Какое поле называют вихревым? Опишите его особенности.
Вопросы для обсуждения:
1. Сравните линии напряжённости электростатического поля и линии индукции магнитного поля.
2. Определите направление линий магнитного поля витка с током и катушки с током в случаях, изображённых на рисунке 3.23.
3. Определите направление линий магнитного поля 2 прямого проводника с током в случаях, изображённых на рисунке 3.24.
2 Если ток в проводнике или вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости рисунка, то для указания направления используют специальные символы. Направление за плоскость рисунка, от читателя, изображают символом 0 (хвост улетающей стрелы). Направление из плоскости рисунка, к читателю, изображают символом О (остриё приближающейся стрелы).
Упражнения:
1. Рамка площадью 400 см2 помещена в однородное магнитное поле с индукцией 0,1 Тл так, что нормаль к рамке перпендикулярна линиям магнитной индукции (рис. 3.25). При какой силе тока на рамку будет действовать вращающий момент, равный 20 мН • м?
2. Плоская прямоугольная катушка из 200 витков со сторонами 10 и 5 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,05 Тл. Какой максимальный вращающий момент может действовать на катушку в этом поле, если сила тока в катушке 2 А?
