Основные свойства магнитного поля

Коротко и по делу — главные свойства магнитного поля (с примерами и минимумом формул):

1. Источник поля

• Поле создают движущиеся электрические заряды (токи) и намагниченные тела (по сути — «связанные» микротоки электронов в веществе).

• В классической электродинамике магнитных монополей нет: поле не начинается и не заканчивается на «магнитных зарядах».

2. Линии магнитной индукции замкнуты

• Линии B образуют замкнутые петли и не пересекаются.

• Через любую замкнутую поверхность суммарный магнитный поток равен нулю (аналог закона Гаусса для магнетизма): ∮∮ B·dS = 0.

3. Вихревой характер

• Поле «вихревое»: его рождение связано с токами и меняющимся электрическим полем (уравнение Максвелла–Ампера).

• В стационарном случае циркуляция H вокруг проводника пропорциональна текущему по нему току: ∮ H·dl = Iₛвоб.

4. Две основные векторные величины

• Магнитная индукция B (Тл) — «силовая» величина, напрямую входит в силы, потоки и индукцию.

• Напряжённость H (А/м) — «источниковая» величина, удобна для расчётов с токами и материалами. В линейной среде B = μH (в вакууме μ = μ₀).

5. Принцип суперпозиции

• Для любых полей верно: B_итог = B₁ + B₂ + … (векторная сумма). Это работает как для полей от разных проводников, так и от магнитов.

6. Воздействие на заряды и токи (силовые эффекты)

• На заряд q, движущийся со скоростью v, действует сила Лоренца: F = q(v × B). На покоящийся заряд чисто магнитное поле не действует.

• Поле не совершает работы над зарядом: мощность P = F·v = q v·(v × B) = 0 (скалярное произведение перпендикулярно).

• Сила на прямой ток I длиной l: F = I(l × B).

• На рамку с магнитным моментом m действует момент τ = m × B и энергия U = −m·B (основы работы электродвигателей и датчиков).

7. Магнитный поток и индукция ЭДС

• Магнитный поток Φ = ∫ B·dS.

• Изменение потока рождает электрическое поле и ЭДС: ∮ E·dl = −dΦ/dt (закон Фарадея). Это суть трансформаторов, генераторов, индуктивностей.

8. Граничные условия на границах сред

• Нормальная составляющая B непрерывна (нет «магнитных зарядов»).

• Тангенциальная составляющая H испытывает скачок, равный поверхностной плотности тока.

9. Энергия магнитного поля

• Поле хранит энергию. В вакууме плотность энергии w = B²/(2μ₀).

• В линейной среде w = B·H/2 = B²/(2μ) = μH²/2.

10. Взаимодействие с материалами

• Диамагнетики слабо выталкиваются из области сильного поля; парамагнетики слабо втягиваются; ферромагнетики сильно намагничиваются (μ ≫ 1), есть гистерезис.

• Сверхпроводник демонстрирует идеальный диамагнетизм (эффект Майснера): поле вытесняется из объёма.

11. Невозможность «идеальной» экранировки как у электрических полей

• Нет аналога замкнутого проводящего экрана: обычно линии B перенаправляют в материалы с высокой μ (мягкие ферромагнетики) или подавляют источники (токовые контуры).

12. Связь с электрическим полем и волнaми

• Изменяющееся во времени магнитное поле неразрывно связано с электрическим: вместе они образуют электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью c.

Это и есть базовый набор свойств: источники — токи/намагниченность, замкнутые линии и отсутствие монополей, вихревая природа, суперпозиция, действие на движущиеся заряды/токи, поток и индукция ЭДС, граничные условия, энергия поля, материалы и экранирование, связь с Е-полем и волнами.