Магнитное поле. Магнитная индукция. Закон Био -Савара - Лапласа .

Магнитное поле, силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. М. п. характеризуется вектором магнитной индукции В,который определяет: силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд (см. Лоренца сила);действие М. п. на тела, имеющие магнитный момент, а также другие свойства М. п.

Впервые термин "М. п." ввёл в 1845 М.Фарадей, считавший, что как электрические так и магнитные взаимодействия осуществляются посредством единого материального поля. Классическая теорияэлектромагнитного поля была создана Дж. Максвеллом (1873), квантовая теория — в 20-х годах 20 века (см.Квантовая теория поля).

Источниками макроскопического М. п. являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина: М. п. возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента (см.Магнетизм).

М.. п. электрического тока определяетсяБио — Савара законом: М. п. тел, имеющих магнитный момент, — формулами, описывающими поле магнитного диполя (в общем случае —мультиполя).

Переменное М. п. возникает также при изменении во времени электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени М. п. возникает электрическое поле. Полное описание электрического и магнитного полей в их взаимосвязи даютМаксвелла уравнения. Для характеристики М. п. часто вводят силовые линии поля (линии магнитной индукции). Касательная в каждой точке такой линии имеет направление вектораВ в этой точке. Числом силовых линий, проходящих через единичную перпендикулярную к ним площадку, количественно определяют индукцию поля. В местах повышенных значений Влинии индукции сгущаются, в тех же местах, где поле слабее, линии расходятся (см., например, рис. 1).

Для М. п. наиболее характерны следующие проявления.

1. В постоянном однородном М. п. на магнитный диполь с магнитным моментом pm действует вращающий момент N = [рmВ] (так, магнитная стрелка в М. п. поворачивается по полю; виток с током I, также обладающий магнитным моментом, стремится занять положение, при котором его плоскость была бы перпендикулярна линиям индукции; атомный диполь прецессирует вокруг силовой линии с характеристической частотой; рис. 1, а).

2. В постоянном однородном М. п. действие силы Лоренца приводит к тому, что траектория движения электрического заряда имеет вид спирали с кривизной, обратно пропорциональной скорости (рис. 1, б).Искривление траектории электрических зарядов под действием силы Лоренца сказывается, например, в перераспределении тока по сечению проводника при внесении его в М. п. Этот эффект лежит в основе гальваномагнитных, термомагнитных и других родственных им явлений.

3. В пространственно неоднородном М. п. на магнитный диполь действует силаF, перемещающая диполь в направлении градиента поля: F = grad (pmB); так, пучок атомов, содержащий атомы с противоположно ориентированными магнитными моментами, в неоднородном М. п. разделяется на два расходящихся пучка (рис. 1, в).

4. М. п., непостоянное во времени, оказывает силовое действие на покоящиеся электрические заряды и приводит их в движение; возникающий при этом в контуре ток Iинд (рис. 1, г) своим М. п. Винд противодействует изменению первоначального М. п. (см.Индукция электромагнитная).

Магнитная индукция В определяет среднее макроскопическое М. п., создаваемое в данной точке поля как токами проводимости (движением свободных носителей зарядов), так и имеющимися намагниченными телами (ионами и атомами вещества). М. п., созданное токами проводимости и не зависящее от магнитных свойств вещества, характеризуется векторомнапряжённости магнитного поля Н = В — 4 pJ или Н = (В / m0) — J (соответственно в СГС системе единиц иМеждународной системе единиц). В этих соотношениях вектор J —намагниченностьвещества (магнитный момент единицы его объёма), m0 —магнитная постоянная.

Отношение m = В / m0Н, определяющее магнитные свойства вещества, называется его магнитной проницаемостью. В зависимости от величины m вещества делят надиамагнетики (m < 1) и парамагнетики(m > 1), вещества с m >> 1 называютсяферромагнетиками.

Объёмная плотность энергии М. п. в отсутствии ферромагнетиков: wM = mH2 / 8p или wM = BH / 8p (в единицах СГС); wM = mm0H2 / 2 или BH / 2 (в единицах СИ). В общем случае wM = 1/2 òHdB, где пределы интегрирования определяются начальными и конечными значениями магнитной индукции В, сложным образом зависящей от поля Н.

Для измерения характеристик М. п. и магнитных свойств веществ применяют различного типа магнитометры. Единицей индукции М. п. в системе единиц СГС является гаусс (гс), в Международной системе единиц — тесла (тл), 1 тл = 104гс. Напряжённость измеряется, соответственно, в эрстедах (э) и амперах на метр (а/м, 1 а/м =4p/103э " 0,01256 э; энергия М. п. — вэрг/см2или дж/м2, 1 дж/м2 = 10 эрг/см2.

Магни́тная инду́кция  —векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какойсилой  магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Более конкретно,  — это такой вектор, что сила Лоренца , действующая со стороны магнитного поля^[1] на заряд , движущийся со скоростью , равна

где косым крестом обозначеновекторное произведение, α — угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора  перпендикулярно им обоим и направлено по правилу левой руки).

Также магнитная индукция может быть определена^[2] как отношение максимального механическогомомента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на её площадь.

Является основной фундаментальной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля.

В системе СГС магнитная индукция поля измеряется в гауссах (Гс), в системе СИ — в теслах (Тл)

1 Тл = 10⁴ Гс

Магнитометры, применяемые для измерения магнитной индукции, называют тесламетрами.