Картина линий индукции магнитного поля длинного прямого проводника и замкнутого кольцевого проводника, катушки с током

Магнитное поле прямого проводника, замкнутого кольцевого проводника и катушки с током — это магнитные поля, возникающие вокруг проводников при прохождении через них электрического тока. Картина линий индукции этих полей зависит от формы проводника и направления тока, что было впервые обнаружено в ходе опытов Эрстеда в 1820 году.

В 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед провёл эксперимент, продемонстрировавший влияние электрического тока на магнитную стрелку. Он поместил прямой проводник над магнитной стрелкой и обнаружил, что при пропускании через проводник электрического тока стрелка отклоняется от своего первоначального положения. При изменении направления тока стрелка поворачивалась в противоположную сторону. Этот опыт стал первым экспериментальным доказательством связи между электричеством и магнетизмом и положил основу для развития электромагнетизма.

При прохождении электрического тока через прямой проводник вокруг него возникает магнитное поле. Линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскостях, перпендикулярных проводнику.

Направление линий магнитного поля определяется правилом правой руки: если обхватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока (от положительного полюса к отрицательному), то согнутые пальцы покажут направление магнитных линий.

Магнитная индукция ${\displaystyle B}$ на расстоянии ${\displaystyle r}$ от прямого проводника с током ${\displaystyle I}$ выражается формулой:

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

где ${\displaystyle \mu _{0}}$ — магнитная постоянная.

Если проводник изогнут в форме кольца и по нему течёт ток, то магнитное поле усиливается в центре кольца. Линии магнитной индукции внутри кольца направлены вдоль оси кольца, а снаружи они замыкаются, образуя систему замкнутых линий.

Магнитная индукция в центре кругового проводника радиуса ${\displaystyle R}$ с током ${\displaystyle I}$ рассчитывается по формуле:

${\displaystyle B={\dfrac {\mu _{0}I}{2R}}.}$

Направление магнитного поля определяется по правилу правого винта: если вращение винта совпадает с направлением тока в витке, то поступательное движение винта укажет направление магнитного поля в центре кольца.

Катушка (соленоид) представляет собой множество витков проводника, по которому протекает электрический ток. Внутри длинной катушки магнитное поле практически однородно, а линии магнитной индукции параллельны оси катушки.

Магнитная индукция внутри катушки определяется формулой:

${\displaystyle B=\mu _{0}nI,}$

где ${\displaystyle n}$ — число витков на единицу длины катушки.

Направление магнитного поля определяется правилом правой руки: если пальцы правой руки указывают направление тока в витках катушки, то большой палец покажет направление магнитного поля внутри катушки.

Изучение магнитных полей, создаваемых прямыми проводниками, кольцами и катушками с током, является основой для понимания электромагнитных явлений. Знание картин линий индукции магнитного поля важно для разработки и эксплуатации многих электротехнических устройств, таких как электромагниты, электрические двигатели и генераторы, которые широко используются в современной технике и технологиях.