Магнитная индукция: что это, формула, единицы измерения

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, которая показывает, насколько сильно магнитное поле действует в данной точке пространства. У неё есть числовое значение и направление, поэтому она относится к векторным величинам, как скорость или сила. Обозначается буквой B.

Что показывает эта величина

Магнитное поле само по себе невидимо, его нельзя измерить линейкой. Зато можно увидеть его действие: магнит притягивает гвозди, катушка с током поворачивает стрелку компаса, движущийся заряд отклоняется в поле. Магнитная индукция — это числовая характеристика того, насколько интенсивно поле действует на проводник с током или на движущийся заряд в конкретной точке.

Чем больше магнитная индукция, тем сильнее поле «толкает» проводник или частицу. Возле сильного магнита или внутри катушки с большим током значение индукции высокое. Далеко от источника поля оно падает почти до нуля.

Направление вектора B в каждой точке совпадает с направлением, куда бы указала маленькая магнитная стрелка, помещённая в это место. Именно так магнитное поле изображают на схемах: линиями со стрелками, которые называют линиями магнитной индукции.

Обозначение и единица измерения

Величину принято обозначать латинской буквой B. В системе СИ магнитная индукция измеряется в теслах, сокращённо Тл. Единицу назвали в честь инженера и изобретателя Никола Теслы.

Одна тесла — довольно крупная единица. Магнитное поле Земли на поверхности планеты в разы меньше одной теслы, оно измеряется в микротеслах. Поэтому в задачах для повседневных примеров чаще встречаются доли теслы, а не целые единицы.

Формула: связь с силой, током и длиной проводника

Магнитную индукцию удобно определить через действие поля на проводник с током. Если прямой проводник длиной L расположен перпендикулярно линиям поля и по нему течёт ток силой I, то поле действует на него с силой F. Эта сила называется силой Ампера. Между величинами есть связь:

F = B · I · L

Отсюда легко выразить саму индукцию:

B = F / (I · L)

Формула читается так: магнитная индукция равна силе, действующей на проводник, делённой на произведение силы тока и длины проводника. Из неё видно, почему единица измерения — тесла: это ньютон, делённый на ампер и на метр (Н/(А·м)).

Эта формула работает, когда проводник расположен строго перпендикулярно направлению поля. Если проводник наклонён под углом, в формулу добавляют синус угла между проводником и вектором B, и сила Ампера получается меньше.

Как запомнить формулу

Проще всего запомнить через смысл: индукция — это «сила на единицу тока и длины». Чем сильнее поле, тем больше силы оно создаёт при том же токе и той же длине провода. Если увеличить силу тока вдвое, а сила Ампера при этом не изменится, значит, поле стало слабее вдвое — так и работает формула.

От чего зависит магнитная индукция и где она разная

Индукция поля зависит от источника: от силы тока в проводнике, от количества витков катушки, от материала, который помещён внутрь катушки (например, железный сердечник резко усиливает поле), от расстояния до источника. Возле мощного электромагнита индукция велика, а на метр в сторону от него — уже заметно меньше.

Порядок величин в разных ситуациях сильно отличается. Ниже — ориентировочные значения, которые помогают почувствовать масштаб.

Точные значения зависят от конкретного устройства и условий, поэтому в таблице приведены только порядки величин, чтобы было с чем сравнивать результат в задаче.

Почему эту величину изучают в школе

Магнитная индукция — база для темы электромагнетизма в физике. На ней строятся объяснения работы электродвигателей, генераторов, трансформаторов и динамиков. В любом устройстве, где есть катушка с током и магнит, где-то в расчётах фигурирует именно эта величина.

Заодно магнитная индукция помогает понять, почему компас показывает на север, почему провода под высоким напряжением иногда гудят и притягивают металлические предметы, и как работает индукционная плита на кухне.

Частые вопросы о магнитной индукции

Чем магнитная индукция отличается от магнитного потока

Магнитная индукция B — это характеристика поля в одной точке, а магнитный поток — это величина, которая показывает, сколько линий поля проходит через целую поверхность определённой площади. Поток получают, умножая индукцию на площадь поверхности и на косинус угла между полем и нормалью к поверхности. Проще говоря: индукция — про точку, поток — про целую площадку.

Может ли магнитная индукция быть отрицательной

Сама величина индукции (её модуль) отрицательной не бывает, она всегда положительна или равна нулю. А вот проекция вектора B на выбранную ось может получиться и отрицательной — это просто означает, что вектор направлен против выбранной оси, а не вдоль неё.

Как направление вектора магнитной индукции связано с направлением тока

Вокруг прямого проводника с током линии магнитной индукции образуют окружности. Направление этих линий определяют по правилу правой руки: если охватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, то остальные пальцы покажут направление линий поля вокруг проводника.

Чаще всего путают саму индукцию B и силу тока I — это разные величины с разными единицами, амперы сюда не подходят. Другая частая ошибка — забыть про угол между проводником и полем и подставлять в формулу F = BIL длину проводника, который на самом деле расположен не перпендикулярно линиям поля.

Читайте также

• Магнитная проницаемость - свойства, смысл и формулы
• Магнитное поле - определение, основные характеристики и свойства
• Силовые линии магнитного поля - свойства, характеристика и направление
• Химический элемент магний (Mg) - характеристика, строение и свойства металла
• Движение частиц в магнитном поле - определение, формулы и задачи
• Электромагнитная индукция - причины возникновения, значение и способы применения явления