Магнитное поле Земли загадочно и малоизученно. Откуда оно берется и что такое модуль вектора силы тока Ампера, который его описывает? Давайте разберемся!
История открытия магнитного поля Земли
В 1820 году данский физик Ханс Христиан Эрстед провел простой, но гениальный эксперимент. Он взял проводник с током и поднес его к магнитной стрелке. К удивлению ученого, стрелка отклонилась!
Это навело Эрстеда на мысль, что вокруг проводника с током существует особое магнитное поле , невидимое, но оказывающее воздействие на другие объекты.
Так впервые было доказано существование магнитного поля и открыта связь электричества с магнетизмом. А если вокруг обычных проводов возникает поле, то и Земля должна иметь свое собственное поле! Ведь в ее недрах циркулируют мощные электрические токи.
Гипотезы происхождения магнитного поля Земли:
- Вращение раскаленного внешнего ядра планеты
- Движение заряженных частиц в мантии
- Намагниченность минералов в горных породах
Однако единой теории до сих пор не существует. Тайна магнитного поля нашей планеты ждет своих исследователей!
Что такое магнитное поле и как его описать
Итак, магнитное поле - это невидимая форма материи, которая оказывает воздействие на объекты, обладающие магнитными свойствами. Как же его охарактеризовать с научной точки зрения?
Вектор магнитной индукции
Для количественного описания магнитного поля в физике используется векторная величина, называемая магнитной индукцией. Она обозначается буквой B и имеет направление (от южного полюса магнита к северному). А модуль вектора |B| показывает «силу» поля в данной точке.
Единицы измерения
В СИ за единицу принимают магнитную индукцию поля, в котором на проводник длиной 1 метр с током 1 Ампер действует сила точно 1 Ньютон. Эта единица называется 1 тесла в честь изобретателя Николы Тесла.
Для слабых магнитных полей используют дольные единицы: 1 миллитесла = 0.001 Тл.
Как определить направление магнитного поля?
Существует простое правило буравчика: если вращать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения рукоятки укажет индукцию его магнитного поля. Это правило помогает решать различные задачи, связанные с действием полей.
Действие магнитного поля на проводник и заряженную частицу
Как мы уже выяснили, магнитное поле может воздействовать на объекты, обладающие магнитными свойствами. Рассмотрим подробнее, чему равен модуль вектора силы ампера и как он проявляется.
Закон Ампера
В 1820 году французский ученый Андре Мари Ампер установил количественную зависимость силы воздействия магнитного поля на проводник с током. Эта формула получила название закона Ампера:
F = BILsinα
Здесь I - сила тока, l - длина проводника, B - индукция магнитного поля, α - угол между направлениями тока и поля. Именно это выражение и представляет собой формулу модуля вектора силы ампера.
Пример расчета
Допустим, сила тока в проводнике равна 5 А, длина провода - 2 м, индукция магнитного поля 0.5 Тл, угол между направлениями тока и поля составляет 30 градусов. Подставим значения в формулу Ампера:
F = 5 А * 2 м * 0.5 Тл * sin 30° = 2.5 Н
Итак, сила воздействия магнитного поля на данный проводник равна 2.5 Ньютона. Зная ее значение можно рассчитать, как проводник будет двигаться под действием этой силы согласно законам Ньютона.
Как видите, модуль вектора силы Ампера - это важная физическая характеристика, позволяющая количественно описать явления электромагнетизма.
