БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (МА)

М.. п. электрического тока определяется Био — Савара законом: М. п. тел, имеющих магнитный момент, — формулами, описывающими поле магнитного диполя (в общем случае — мультиполя ) .

Переменное М. п. возникает также при изменении во времени электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени М. п. возникает электрическое поле. Полное описание электрического и магнитного полей в их взаимосвязи дают Максвелла уравнения. Для характеристики М. п. часто вводят силовые линии поля (линии магнитной индукции). Касательная в каждой точке такой линии имеет направление вектора В в этой точке. Числом силовых линий, проходящих через единичную перпендикулярную к ним площадку, количественно определяют индукцию поля. В местах повышенных значений В линии индукции сгущаются, в тех же местах, где поле слабее, линии расходятся (см., например, рис. 1 ).

Для М. п. наиболее характерны следующие проявления.

1. В постоянном однородном М. п. на магнитный диполь с магнитным моментом p mдействует вращающий момент N = [ р m В ] (так, магнитная стрелка в М. п. поворачивается по полю; виток с током I , также обладающий магнитным моментом, стремится занять положение, при котором его плоскость была бы перпендикулярна линиям индукции; атомный диполь прецессирует вокруг силовой линии с характеристической частотой; рис. 1 , а).

2. В постоянном однородном М. п. действие силы Лоренца приводит к тому, что траектория движения электрического заряда имеет вид спирали с кривизной, обратно пропорциональной скорости ( рис. 1 , б) . Искривление траектории электрических зарядов под действием силы Лоренца сказывается, например, в перераспределении тока по сечению проводника при внесении его в М. п. Этот эффект лежит в основе гальваномагнитных, термомагнитных и других родственных им явлений.

3. В пространственно неоднородном М. п. на магнитный диполь действует сила F , перемещающая диполь в направлении градиента поля: F = grad ( p m B ); так, пучок атомов, содержащий атомы с противоположно ориентированными магнитными моментами, в неоднородном М. п. разделяется на два расходящихся пучка ( рис. 1 , в).

4. М. п., непостоянное во времени, оказывает силовое действие на покоящиеся электрические заряды и приводит их в движение; возникающий при этом в контуре ток I инд ( рис. 1 , г) своим М. п. В инд противодействует изменению первоначального М. п. (см. Индукция электромагнитная ) .

Магнитная индукция В определяет среднее макроскопическое М. п., создаваемое в данной точке поля как токами проводимости (движением свободных носителей зарядов), так и имеющимися намагниченными телами (ионами и атомами вещества). М. п., созданное токами проводимости и не зависящее от магнитных свойств вещества, характеризуется вектором напряжённости магнитного поля Н = В — 4 p J или Н = ( В / m 0) — J (соответственно в СГС системе единиц и Международной системе единиц ) . В этих соотношениях вектор J — намагниченность вещества (магнитный момент единицы его объёма), m 0— магнитная постоянная.

Отношение m = В / m 0 Н , определяющее магнитные свойства вещества, называется его магнитной проницаемостью. В зависимости от величины m вещества делят на диамагнетики (m < 1) и парамагнетики (m > 1), вещества с m >> 1 называются ферромагнетиками.

Объёмная плотность энергии М. п. в отсутствии ферромагнетиков: w M= m H 2/ 8p или w M= BH / 8p (в единицах СГС); w M= mm 0 H 2/ 2 или BH / 2 (в единицах СИ). В общем случае w M= 1/ 2ò HdB, где пределы интегрирования определяются начальными и конечными значениями магнитной индукции В , сложным образом зависящей от поля Н .

Для измерения характеристик М. п. и магнитных свойств веществ применяют различного типа магнитометры. Единицей индукции М. п. в системе единиц СГС является гаусс ( гс ) , в Международной системе единиц — тесла ( тл ) , 1 тл = 10 4 гс. Напряжённость измеряется, соответственно, в эрстедах ( э ) и амперах на метр ( а / м , 1 а/м = 4p/10 3 э » 0,01256 э ; энергия М. п. — в эрг/см 2 или дж/м 2, 1 дж/м 2= 10 эрг/см 2.

Магнитные поля в природечрезвычайно разнообразны как по своим масштабам, так и по вызываемым ими эффектам. М. п. Земли, образующее земную магнитосферу, простирается до расстояния в 70—80 тысяч км в направлении на Солнце и на многие миллионы км в противоположном направлении (см. Земля ) . У поверхности Земли М. п. равно в среднем 0,5 гс, на границе магнитосферы ~ 10 -3 гс. Геомагнитное поле экранирует поверхность Земли и биосферу от потока заряженных частиц солнечного ветра и частично космических лучей. Влияние самого геомагнитного поля на жизнедеятельность организмов изучает магнитобиология. В околоземном пространстве М. п. образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий — радиационный пояс Земли. Содержащиеся в радиационном поясе частицы представляют значительную опасность при полётах в космос. Происхождение М. п. Земли связывают с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре (см. Земной магнетизм ) .

Непосредственные измерения при помощи космических аппаратов показали, что ближайшие к Земле космические тела — Луна, планеты Венера и Марс не имеют собственного М. п., подобного земному. Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и, по-видимому, Сатурн обладают собственными М. п., достаточными для создания планетарных магнитных ловушек. На Юпитере обнаружены М. п. до 10 гс и ряд характерных явлений ( магнитные бури, синхротронное радиоизлучение и другие), указывающих на значительную роль М. п. в планетарных процессах.

Межпланетное М. п. — это главным образом поле солнечного ветра (непрерывно расширяющейся плазмы солнечной короны). Вблизи орбиты Земли межпланетное поле ~ 10 -4—10 -5 гс. Силовые линии регулярного межпланетного М. п. имеют вид идущих от Солнца раскручивающихся спиралей (их форма обусловлена сложением радиального движения плазмы и вращения Солнца). М. п. межпланетной плазмы имеет секторную структуру: в одних секторах оно направлено от Солнца, в других — к Солнцу. Регулярность межпланетного М. п. может нарушаться из-за развития различных видов плазменной неустойчивости, прохождения ударных волн и распространения потоков быстрых частиц, рожденных солнечными вспышками (см. Космическая магнитогидродинамика ) .

Во всех процессах на Солнце — вспышках, появлении пятен и протуберанцев, рождении солнечных космических лучей М. п. играет важнейшую роль (см. Солнечный магнетизм ) . Измерения, основанные на эффекте Зеемана, показали, что М. п. солнечных пятен достигает нескольких тысяч гс, протуберанцы удерживаются полями ~ 10—100 гс (при среднем значении общего М. п. Солнца ~ 1 гс ) . Удалённость звёзд не позволяет пока наблюдать у них М. п. типа солнечных. В то же время более чем у двухсот так называемых магнитных звёзд обнаружены аномально большие поля (до 3,4·10 4 гс ) . Поля ~ 10 7 гс измерены у нескольких звёзд — белых карликов. Особенно большие (~ 10 10—10 12 гс ) М. п. должны быть, по современным представлениям, у нейтронных звёзд. С М. п. космических объектов тесно связано ускорение заряженных частиц (электронов протонов, ядер) до релятивистских скоростей (близких к скорости света). При движении таких частиц в космических М. п. возникает электромагнитное синхротронное излучение. Индукция межзвёздного М. п., определённая по Зеемана эффекту (в радиолинии 21 см спектра водорода) и по Фарадея эффекту (вращению плоскости поляризации электромагнитного излучения в М. п.), составляет всего ~ 5·10 -6 гс. Однако общая энергия межзвёздного (галактического) М. п. превышает энергию хаотического движения частиц межзвёздного газа и сравнима с энергией космических лучей.