§ 56. Индукция магнитного поля

фундаментальная векторная силовая характеристика магнитного поля в данной точке пространства, аналогичная вектору напряженности электрического поля:

• 1. Физический смысл — модуль вектора магнитной индукции равен отношению модуля максимальной силы $F_{\max}$, действующей со стороны поля на расположенный перпендикулярно магнитным линиям прямолинейный участок проводника с током, к произведению силы тока $I$ на длину $l$ этого участка: $B = \frac{F_{\max}}{I \cdot l}$.
• 2. Независимость величины — отношение $\frac{F_{\max}}{I \cdot l}$ является строгой характеристикой самого поля в данной точке и не зависит от размеров проводника или силы протекающего по нему тока.

единица измерения магнитной индукции в Международной системе единиц (СИ), названная в честь выдающегося сербского физика и электротехника Николы Теслы (1856–1943):

• 1. Связь с единицами СИ — $1\text{ Тл} = 1\frac{\text{Н}}{\text{А}\cdot\text{м}}$.
• 2. Физическое определение — индукция однородного магнитного поля равна $1\text{ Тл}$, если на проводник длиной $1\text{ м}$ с током $1\text{ А}$, расположенный перпендикулярно линиям поля, действует максимальная механическая сила со стороны поля, равная $1\text{ Н}$.

пространственная ориентация вектора $\vec{B}$ в произвольной точке поля:

• 1. Ориентация по магнитной стрелке — за направление вектора магнитной индукции в данной точке принимают направление, на которое указывает северный полюс ($N$) маленькой магнитной стрелки, помещенной в эту точку.
• 2. Касательная к линиям — в каждой точке пространства вектор магнитной индукции направлен строго по касательной к линии магнитной индукции в сторону ее направления.

воображаемые непрерывные замкнутые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают по направлению с вектором магнитной индукции $\vec{B}$:

• 1. Свойство замкнутости — линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца (магнитное поле является вихревым полем, не имеющим магнитных зарядов-источников).
• 2. Густота линий — картина линий позволяет судить о величине индукции: в областях с более сильным полем линии индукции располагаются гуще, а в областях слабого поля — реже.

классификация магнитных полей по характеру распределения вектора индукции в пространстве:

• 1. Однородное поле — магнитное поле, в котором модуль и направление вектора магнитной индукции $\vec{B}$ строго одинаковы во всех точках рассматриваемой области пространства ($\vec{B} = \text{const}$). Линии такого поля параллельны и равноудалены друг от друга (например, поле внутри длинного соленоида).
• 2. Неоднородное поле — поле, в котором вектор магнитной индукции меняется от точки к точке по модулю, по направлению или одновременно по обеим характеристикам (например, поле постоянного полосового магнита или поле прямого проводника с током).

Выдающийся сербский и американский физик, инженер-электротехник и изобретатель, создатель устройств переменного тока и пионер высокочастотной электротехники, в честь которого названа единица магнитной индукции в СИ — тесла (Тл).

• В честь учёного названа производная единица Международной системы единиц (СИ) — тесла (Тл), определяющая индукцию магнитного поля, в котором на проводник длиной 1 м с током 1 А действует максимальная сила в 1 Н.
• Разработал многофазные системы переменного тока, создал двухфазный и трёхфазный асинхронные электродвигатели, генераторы и резонансный высокочастотный трансформатор («катушку Теслы»).
• Его фундаментальные изобретения в области вращающегося магнитного поля и передачи электроэнергии на большие расстояния определили развитие мировой электроэнергетики и промышленной революции XX века.

Векторную физическую величину, которая служит силовой характеристикой магнитного поля (подобно вектору напряжённости $\vec{E}$ для электрического поля), называют индукцией магнитного поля (или вектором магнитной индукции) и обозначают символом $\vec{B}$.

Модуль вектора магнитной индукции определяется по формуле:

$$B = \frac{F_{\max}}{I \cdot l}$$

где:

• $F_{\max}$ — максимальная механическая сила, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям прямолинейный участок проводника с током (в ньютонах, Н);
• $I$ — сила электрического тока в проводнике (в амперах, А);
• $l$ — длина участка проводника, находящегося в магнитном поле (в метрах, м).

Единицей измерения магнитной индукции в Международной системе единиц (СИ) является тесла (Тл), названная в честь сербского изобретателя Николы Теслы:

$$1\text{ Тл} = 1\frac{\text{Н}}{\text{А}\cdot\text{м}}$$

За направление вектора магнитной индукции в данной точке принимают направление, которое указывает северный полюс ($N$) магнитной стрелки, помещённой в эту точку поля.

В любой произвольной точке пространства вектор магнитной индукции $\vec{B}$ всегда направлен по касательной к магнитной линии (линии магнитной индукции) в сторону её направления (от северного полюса магнита к южному).

• Однородным магнитное поле называют в том случае, если направление и модуль вектора магнитной индукции $\vec{B}$ одинаковы во всех точках данной области пространства ($\vec{B} = \text{const}$). Линии магнитной индукции однородного поля параллельны друг другу и проводятся с одинаковой густотой (например, внутри длинного соленоида с током).
• Неоднородным называют поле, если при переходе от точки к точке вектор магнитной индукции изменяется по модулю, по направлению или одновременно и по модулю, и по направлению. Линии неоднородного поля искривлены, а расстояние между ними в разных зонах различно (например, поле полосового магнита или прямолинейного проводника с током).

Ответ: Сила, действующая в данной точке магнитного поля на магнитную стрелку или движущуюся электрически заряженную частицу, прямо пропорциональна модулю вектора магнитной индукции $B$ в этой точке.

• Для движущейся заряженной частицы: сила Лоренца определяется соотношением $F = |q| \cdot v \cdot B \cdot \sin\alpha$. Чем больше магнитная индукция $B$, тем большая механическая сила отклоняет частицу от прямолинейной траектории.
• Для магнитной стрелки: вращающий механический момент пары сил, стремящийся развернуть стрелку вдоль магнитных линий поля, пропорционален индукции $B$: в областях с большей индукцией стрелка ориентируется значительно быстрее и сильнее удерживается в направлении линий поля.