Магнитна индукция

Серия статии на тема
Класическа електродинамика
Електричество Магнетизъм Електромагнетизъм
Електростатика Закон на Кулон Теорема на Гаус Електрически дипол Електрически заряд Интензитет на електрическото поле Електрично поле Електричен потенциал Електрет
Магнитостатика Магнит Магнитно поле Дипол Магнитен поток Магнитна индукция Интензитет на магнитното поле Магнитна проницаемост Магнитна възприемчивост Магнитен момент Намагнитване Феромагнетизъм Диамагнетизъм Парамагнетизъм Суперпарамагнетизъм Антиферомагнетизъм Феримагнетизъм Магнитна левитация Закон на Био-Савар Закон на Ампер
Електродинамика Електромагнитно поле Електромагнитна индукция Електромагнитно излъчване Дипол Сила на Лоренц Уравнения на Максуел Електромагнитен 4-потенциал Електричен потенциал Магнитен векторен потенциал Вълново уравнение Закъсняващ потенциал Оператор на Д'Аламбер Електрически диполен момент Електромагнит Ефект на Майснер
Електрическа верига Електрически ток Електрическо напрежение Волт-амперна характеристика Електрическо съпротивление Индуктивност Електрически капацитет Електрическа проводимост Електрически импеданс Закон на Ом Закони на Кирхоф Закон на Джаул-Ленц
Известни учени Хенри Кавендиш Майкъл Фарадей Андре-Мари Ампер Густав Кирхоф Джеймс Кларк Максуел Хайнрих Херц Алберт Абрахам Майкелсън Робърт Миликан Георг Ом Луи Неел

Магнитната индукция е векторна величина, която характеризира магнитното поле във всяка точка от пространството.

За да се изследва магнитното поле, в него се поставя пробна рамка. Това е плосък проводников контур, по който тече ток, с много малки размери в сравнение с разстоянието от тока, създаващ магнитното поле, до точката, в която се изследва това магнитно поле.

Величината, която характеризира пробната рамка, се нарича магнитен момент и се дефинира с уравнението:

${\vec {p}}_{m}=I{\vec {S}}=IS{\vec {n}}\,,$

където $I$ е големината на тока, протичащ по рамката, $S$ е площта на рамката, а ${\vec {n}}$ е нормалата към площта на рамката.

Когато пробна рамка бъде поставена в магнитно поле, се наблюдава завъртане на рамката в определена посока, докато магнитният ѝ момент ${\vec {p}}_{m}$ се насочи по посока на магнитното поле. Ако се промени посоката на тока $I$ в рамката, тя се завърта в обратна посока.

Следователно магнитното поле се характеризира със сили, които създават въртящ момент ${\vec {M}}$, който действа на пробната рамка. Опитно е установено, че въртящият момент е максимален, когато векторът ${\vec {p}}_{m}$ на рамката е перпендикулярен на посоката на магнитното поле.

Експериментално е установено също, че ако в дадена точка на изследваното магнитно поле, създадено от тока $I_{0}$, се поставят различни пробни рамки с различни магнитни моменти, действащите им максимални въртящи моменти ще бъдат различни:

$p_{m_{1}}\rightarrow M_{1}^{\max }$

$p_{m_{2}}\rightarrow M_{2}^{\max }$

...,

но отношението ${\frac {M^{\max }}{p_{m}}}$ ще бъде едно и също за всички пробни рамки, т.е. ${\frac {M_{1}^{\max }}{p_{m_{1}}}}={\frac {M_{2}^{\max }}{p_{m_{2}}}}=const.$ Следователно това отношение не зависи от пробната рамка и е характеристика само на магнитното поле. Така се въвежда физичната величина магнитна индукция или индукция на магнитното поле ${\vec {B}}$, която характеризира магнитното поле във всяка точка на пространството.

Големината на магнитната индукция $B$ се дефинира като максималният въртящ момент, действащ на пробна рамка с единичен магнитен момент:

$B={\frac {M^{\max }}{p_{m}}}$

Посоката на магнитното поле съвпада с посоката, която сочи северния полюс на магнитната стрелка. Това е посоката и на магнитната индукция.

Векторът на магнитната индукция ${\vec {B}}$ е свързан с въртящия момент по следния начин:

${\vec {M}}={\vec {p}}_{m}\times {\vec {B}}$ или $M=p_{m}B\sin \alpha \,.$

Мерната единица за магнитна индукция е тесла: $T$. Индукцията на магнитното поле е една тесла, когато то действа с магнитна сила един нютон ($N$) върху проводник с дължина един метър ($m$), по който тече ток един ампер ($A$):

$1T={\frac {1N}{A.m}}\,$.

Магнитната индукция в дадена точка от полето зависи от формата на проводника, по който тече токът, източник на полето. Друго нейно свойство е, че намалява с увеличаване на разстоянието от източника и е правопропорционална на тока, който създава полето. При прав проводник, по който тече ток със сила $I$, големината на магнитната индукция на разстояние $r$ e:

$B={\frac {\mu _{0}I}{2\pi r}}\,,$

където $\mu _{0}=4\pi .10^{-7}H/m$ е магнитната проницаемост на вакуума.

Посоката на магнитната индукция можем да открием чрез правилото на дясната ръка (ако палецът сочи посоката на тока, а магнитната сила излиза перпендикулярно от дланта, опънатите пръсти сочат посоката на магнитната индукция). Представа за посоката на магнитната индукция получаваме от магнитните индукционни линии – ориентирани по посока на полето мислени линии, чиито допирателни във всяка точка съвпадат с направлението на магнитната индукция. Ориентация по полето означава, че за един постоянен магнит тези линии излизат от северния и влизат в южния му полюс. Магнитните индукционни линии са затворени линии или идват от безкрайността и се втичат пак в безкрайността. Това е свързано с факта, че в природата не съществуват магнитни заряди, аналогични на електричните заряди. Поле със затворени силови линии се нарича вихрово поле. Следователно магнитното поле е вихрово поле.