Физика. Электромагнетизм

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Л.И. Тришкина, Т.В. Черкасова, Ю.В. Соловьева

ФИЗИКА

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

Учебное пособие

Томск

Издательство ТГАСУ

2021

УДК 537.8
ББК 22.33я73

Т698

Тришкина, Л.И.

Физика. Электромагнетизм : учебное пособие /

Л.И. Тришкина, Т.В. Черкасова, Ю.В. Соловьева. – Томск : 
Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2021. – 56 с. – Текст : 
непосредственный.

ISBN 978-5-93057-988-8

Учебное пособие составлено в соответствии с ФГОС ВПО (3++) 

по дисциплине «Физика» для инженерно-технических профилей 
направлений подготовки бакалавров. В учебном пособии излагаются 
теоретические основы раздела курса физики «Электромагнетизм». 
Теоретический материал сопровождается контрольными вопросами 
и примерами решения задач. Пособие содержит задачи для самостоятельного решения и выполнения контрольных работ. Предназначено 
для студентов высших технических учебных заведений очной, очнозаочной и заочной форм обучения. Может быть использовано при реализации электронного обучения и дистанционных образовательных 
технологий.

УДК 537.8
ББК 22.33я73

Рецензенты:
А.А. Клопотов, докт. физ.-мат. наук, профессор ТГАСУ;
И.А. Курзина, докт. физ.-мат. наук, профессор ИСЭ СО РАН.

ISBN 978-5-93057-988-8
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2021

© Тришкина Л.И., Черкасова Т.В.,

Соловьева Ю.В., 2021

Т698

ПРЕДИСЛОВИЕ

Физика является фундаментальной базой теоретической под
готовки инженеров, без которой успешная деятельность профессионала невозможна. В связи с переходом высших учебных заведений на новые федеральные государственные образовательные
стандарты третьего поколения (ФГОС ВПО 3++), актуальным методическим вопросом преподавания различных дисциплин становится организация самостоятельной работы студентов.

В настоящем пособии представлен опорный конспект крат
кого курса лекций по основным темам электромагнетизма. Главная идея этого пособия – органически совместить изложение 
принципов теории и практики решения задач по рассматриваемым темам. При изложении теоретического материала с учетом
дальнейшего его применения при решении задач, моделировании 
процессов, при экспериментальном применении материала к физическим исследованиям необходимо было исключить из текста 
все второстепенное, сконцентрировав внимание на основном содержании и, в частности, на вопросах, наиболее трудных для понимания студентами. В пособии приводятся задачи с методикой 
их решения, а также задачи для самостоятельного решения. Примеры типовых задач с подробными решениями и объяснениями 
позволяют углубить понимание физических законов и поясняют 
применение формул, позволяют эффективно использовать пособие для самостоятельной работы. Каждый подраздел пособия содержит вопросы для самоподготовки. В конце пособия приведено 
приложение со справочными материалами, список литературы, 
а также таблица для выбора варианта контрольного задания.

Данный подход позволяет решить многие актуальные во
просы самоподготовки студентов как при очной форме обучения, 
так и при работе с применением дистантных технологий.

1. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

1.1. Магнитное поле и его характеристики

Магнитное поле – это силовое поле, окружающее токи и по
стоянные магниты. Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами и телами, проводниками с током, постоянными магнитами. О наличии магнитного поля судят по силовому действию его на движущиеся заряженные частицы и тела, 
на проводники с током, постоянные магниты, на рамку с током. 
Магнитное поле является вихревым, т. е. не имеет источника.
Магнитное поле − это один из видов материи.

Однородное магнитное поле – это магнитное поле, у кото
рого в любой его точке вектор магнитной индукции неизменен по 
величине и направлению; наблюдается, например, внутри соленоида (если его диаметр много меньше его длины).

Магнитное поле можно описать с помощью вектора магнит
ной индукции ( В

 ) и напряжённости магнитного поля ( Н

 ).

Магнитная индукция – это силовая характеристика магнит
ного поля. Измеряется магнитная индукция в Теслах (1 Тл):
1 Тл = 1 Н/(А·м).

Графическое изображение магнитного поля. Графически 

магнитное поле изображают линиями магнитной индукции, которые проводят так, чтобы направление силовой линии в каждой 
точке поля совпадало с направлением вектора магнитной индукции В

 (рис. 1.1). Магнитные силовые линии всегда являются не
прерывными и замкнутыми. Направление магнитного поля в каждой точке может быть определено по правилу буравчика и совпадает с направлением силы, действующей на северный полюс 
магнитной стрелки.

Правило буравчика, или правого винта: при поступательном 

движении винта в направлении тока (I) его вращение указывает 
на направление силовых линий (на рис. 1.1 обозначены пунктиром) магнитного поля этого тока. Вектор магнитной индукции 

направлен по касательной к силовой линии и совпадает с направлением обхода.

Если направление выбранного вектора перпендикулярно 

рассматриваемой плоскости и вектор направлен к нам, то его 
обозначают
, а от нас – .

 

I

B

B
B

 

I

B

B
B

B

 

I

B

B
B

B

Рис. 1.1

Пример 1.1. Определить направление вектора магнитной 

индукции для бесконечно длинного проводника с током I: в а) т. А
и В, б) т. С и D, расположенных на расстоянии а от проводника 
(рис. 1.2).

Дано:
I,
a

 

I

А
B

BВ
а

I

D
B

С
B

Найти:
а)
ВА


, 
ВВ


,

б) 
ВС


,
ВD


Рис. 1.2

Направление вектора магнитной индукции B найдем по 

правилу буравчика: поступательное движение винта совпадает 
с направлением тока (I), вращение ручки буравчика совпадает 
с направлением силовой линии магнитного поля (на рис. 1.2 она 
обозначена пунктирной линией радиуса а). Вектор магнитной индукции 
ВА
в т. А направлен по касательной к силовой линии 

влево. В т. В направление вектора 
ВВ
перпендикулярно плоско
сти чертежа, вектор направлен от нас –  , также и в т. D. В т. С
вектор 
ВС
направлен вверх.

Вопросы и задания для самоподготовки

1. Приведите примеры источников, создающих магнитное 

поле.

2. Что называют индукцией магнитного поля?
3. Как графически изобразить магнитное поле?
4. Каково направление вектора B

 ?

5. Какое поле называется однородным?

1.2. Правило суперпозиции магнитных полей. 

Закон Био – Савара – Лапласа

Правило суперпозиции магнитных полей: магнитная индук
ция поля, созданного одним проводником с током, равна векторной сумме (интегралу) магнитных индукций, созданных всеми 
элементами тока проводника:

.i
B
dB
=

Магнитная индукция поля, созданного несколькими про
водниками с током, равна векторной сумме магнитных индукций 
полей, созданных каждым проводником в отдельности: