Какво знаем за силовите линии на магнитно поле, освен факта, че в локалното пространство в близост до постоянни магнити или проводници с ток има магнитно поле, което се проявява под формата на силови линии или в повече позната комбинация - под формата на магнитни силови линии?

Има много удобен начинполучите ясна картина на линиите на магнитното поле с помощта на железни стърготини. За да направите това, трябва да излеете малко железни стърготини върху лист хартия или картон и да донесете един от полюсите на магнита отдолу. Стърготините се магнетизират и се подреждат по линиите на магнитното поле под формата на вериги от микро магнити. В класическата физика магнитно линии на силасе дефинират като линии на магнитно поле, допирателните към които във всяка точка показват посоката на полето в тази точка.

Използвайки примера на няколко чертежа с различни подреждания на магнитните силови линии, нека разгледаме естеството на магнитното поле около проводници с ток и постоянни магнити.

Фигура 1 показва изглед на линиите на магнитна сила на кръгла намотка с ток, а Фигура 2 показва картина на магнитни силови линии около прав проводник с ток. На фиг. 2 вместо дървени стърготини се използват малки магнитни игли. Тази фигура показва как когато посоката на тока се промени, посоката на линиите на магнитното поле също се променя. Връзката между посоката на тока и посоката на линиите на магнитното поле обикновено се определя с помощта на "правилото на джоба", чието въртене на дръжката ще покаже посоката на линиите на магнитното поле, ако джобът е завинтен. в посока на течението.

Фигура 3 показва картина на магнитните силови линии на прътов магнит, а Фигура 4 показва картина на магнитните силови линии на дълъг соленоид с ток. Обръща се внимание на сходството на външното разположение на линиите на магнитното поле на двете фигури (фиг. 3 и фиг. 4). Силовите линии от единия край на токопроводящия соленоид се простират до другия по същия начин като прътов магнит. Самата форма на линиите на магнитното поле извън соленоида с ток е идентична с формата на линиите на лентов магнит. Токопроводящият соленоид също има северен и южен полюс и неутрална зона. Два токопроводящи соленоида или соленоид и магнит взаимодействат като два магнита.

Какво можете да видите, когато гледате снимки на магнитните полета на постоянни магнити, прави проводници с ток или намотки с ток, използващи железни стърготини? основна характеристикалинии на магнитно поле, както показват снимките на местоположението на дървените стърготини, това е тяхната изолация. Друга особеност на линиите на магнитното поле е тяхната насоченост. Малка магнитна игла, поставена във всяка точка на магнитното поле, ще посочи посоката на линиите на магнитното поле със своя северен полюс. За категоричност се съгласихме да приемем, че линиите на магнитното поле излизат от северния магнитен полюс на лентовия магнит и влизат в южния му полюс. Локалното магнитно пространство в близост до магнити или проводници с ток е непрекъсната еластична среда. Еластичността на тази среда се потвърждава от многобройни експерименти, например, когато едноименните полюси на постоянни магнити се отблъскват.

Още по-рано предположих, че магнитното поле около магнити или проводници с ток е непрекъсната еластична среда с магнитни свойства, в която се образуват интерференционни вълни. Някои от тези вълни са затворени. Именно в тази непрекъсната еластична среда се образува интерференционна картина от линии на магнитно поле, която се проявява с използването на железни стърготини. Непрекъсната среда се създава от излъчването на източници в микроструктурата на материята.

Припомнете си експериментите за интерференция на вълните от учебник по физика, при които осцилираща пластина с два накрайника удря водата. В този експеримент може да се види, че взаимното пресичане под различни ъглидве вълни нямат ефект върху по-нататъшното им движение. С други думи, вълните преминават една през друга, без да влияят допълнително на разпространението на всяка от тях. За светлинните (електромагнитни) вълни е вярна същата закономерност.

Какво се случва в онези области на пространството, в които се пресичат две вълни (фиг. 5) - те се наслагват една върху друга? Всяка частица от средата, която се намира по пътя на две вълни, участва едновременно в трептенията на тези вълни, т.е. движението му е сумата от трептенията на две вълни. Тези флуктуации са модел на интерференционни вълни с техните максимуми и минимуми в резултат на суперпозицията на две или Повече ▼вълни, т.е. добавяне на техните трептения във всяка точка на средата, през която преминават тези вълни. Експериментите установяват, че явлението интерференция се наблюдава както при вълни, разпространяващи се в средата, така и при електромагнитни вълни, тоест интерференцията е изключително свойство на вълните и не зависи нито от свойствата на средата, нито от нейното присъствие. Трябва да се помни, че вълновата интерференция възниква при условие, че трептенията са кохерентни (съгласувани), т.е. трептенията трябва да имат постоянна фазова разлика и една и съща честота.

В нашия случай с железни стърготини линии на магнитно полеса линии с най-голямото числодървени стърготини, разположени в максимумите на интерференционните вълни, а линиите с по-малко количество стърготини са разположени между максимумите (при минимумите) на интерференционните вълни.

Въз основа на горната хипотеза могат да се направят следните изводи.

1. Магнитно поле е среда, която се образува в близост до постоянен магнит или проводник с ток в резултат на излъчване от източници в микроструктурата на магнит или проводник на отделни микромагнитни вълни.

2. Тези микромагнитни вълни взаимодействат във всяка точка на магнитното поле, образувайки интерференционна картина под формата на магнитни силови линии.

3. Микромагнитните вълни са затворени микроенергийни вихри с микро полюси, способни да се привличат един към друг, образувайки еластични затворени линии.

4. Микроизточниците в микроструктурата на вещество, които излъчват микромагнитни вълни, които образуват интерференционна картина на магнитно поле, имат една и съща честота на трептене, а излъчването им има постоянна във времето фазова разлика.

Как протича процесът на намагнитване на телата, което води до образуване на магнитно поле около тях, т.е. какви процеси протичат в микроструктурата на магнитите и проводниците с ток? За да отговорим на този и други въпроси, е необходимо да си припомним някои особености на структурата на атома.

По този начин, индукцията на магнитно поле по оста на кръгова намотка с ток намалява обратно пропорционално на третата степен на разстоянието от центъра на намотката до точка на оста. Векторът на магнитната индукция по оста на намотката е успореден на оста. Посоката му може да се определи с помощта на десния винт: ако насочите десния винт успоредно на оста на бобината и го завъртите по посока на тока в намотката, тогава посоката на транслационно движение на винта ще покаже посоката на вектора на магнитната индукция.

3.5 Линии на магнитно поле

Магнитното поле, подобно на електростатичното, е удобно представено в графична форма - с помощта на линии на магнитно поле.

Силовата линия на магнитното поле е линия, допирателната към която във всяка точка съвпада с посоката на вектора на магнитната индукция.

Силовите линии на магнитното поле са начертани по такъв начин, че тяхната плътност да е пропорционална на величината на магнитната индукция: колкото по-голяма е магнитната индукция в определена точка, толкова по-голяма е плътността на силовите линии.

По този начин линиите на магнитно поле са подобни на линиите на електростатичното поле.

Те обаче имат и някои особености.

Помислете за магнитно поле, създадено от прав проводник с ток I.

Нека този проводник е перпендикулярен на равнината на фигурата.

В различни точки, разположени на едно и също разстояние от проводника, индукцията е еднаква по големина.

векторна посока IN в различни точкипоказано на фигурата.

Правата, допирателната към която във всички точки съвпада с посоката на вектора на магнитната индукция, е окръжност.

Следователно линиите на магнитното поле в този случай са кръгове, обхващащи проводника. Центровете на всички силови линии са разположени върху проводника.

По този начин силовите линии на магнитното поле са затворени (силовите линии на електростатичното поле не могат да бъдат затворени, те започват и завършват на заряди).

Следователно магнитното поле е вихър(т.нар. полета, чиито силови линии са затворени).

Затвореността на силовите линии означава още една, много важна характеристика на магнитното поле – в природата няма (поне още неоткрити) магнитни заряди, които биха били източник на магнитно поле с определена полярност.

Следователно няма отделно съществуващ северен или южен магнитен полюс на магнит.

Дори ако сте видели постоянен магнит наполовина, получавате два магнита, всеки от които има и двата полюса.

3.6. Сила на Лоренц

Експериментално е установено, че върху заряд, движещ се в магнитно поле, действа сила. Тази сила се нарича сила на Лоренц:

.

Модул на силата на Лоренц

,

където a е ъгълът между векторите v И Б .

Посоката на силата на Лоренц зависи от посоката на вектора. Може да се определи с помощта на правилото за десния винт или правилото за лявата ръка. Но посоката на силата на Лоренц не съвпада непременно с посоката на вектора!

Въпросът е, че силата на Лоренц е равна на резултата от произведението на вектора [ v , IN ] към скалар q. Ако зарядът е положителен, тогава Ф ле успоредна на вектора [ v , IN ]. Ако q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , IN ] (виж фигурата).

Ако заредена частица се движи успоредно на линиите на магнитното поле, тогава ъгълът а между векторите на скоростта и магнитната индукция нула. Следователно силата на Лоренц не действа върху такъв заряд (sin 0 = 0, F l = 0).

Ако зарядът се движи перпендикулярно на линиите на магнитното поле, тогава ъгълът a между векторите на скоростта и магнитната индукция е 90 0 . В този случай силата на Лоренц има максималната възможна стойност: F l = q vБ.

Силата на Лоренц винаги е перпендикулярна на скоростта на заряда. Това означава, че силата на Лоренц не може да промени стойността на скоростта на движение, а променя посоката си.

Следователно в еднородно магнитно поле заряд, който е влязъл в магнитно поле, перпендикулярно на силовите му линии, ще се движи в кръг.

Ако върху заряда действа само силата на Лоренц, тогава движението на заряда се подчинява на следното уравнение, съставено въз основа на втория закон на Нютон: ма = F l.

Тъй като силата на Лоренц е перпендикулярна на скоростта, ускорението на заредена частица е центростремително (нормално): (тук Ре радиусът на кривината на траекторията на заредените частици).

Линии на магнитно поле

Магнитните полета, подобно на електрическите, могат да бъдат представени графично с помощта на силови линии. Линия на магнитно поле или линия на индукция на магнитно поле е линия, допирателната към която във всяка точка съвпада с посоката на вектора на индукция на магнитното поле.

но)	б)	в)

Ориз. 1.2. Силови линии на магнитното поле на постоянен ток (а),

кръгов ток (b), соленоид (c)

Магнитните силови линии, подобно на електрическите линии, не се пресичат. Те са начертани с такава плътност, че броят на линиите, пресичащи единична повърхност, перпендикулярно на тях, е равен (или пропорционален) на величината на магнитната индукция на магнитното поле на дадено място.

На фиг. 1.2 носа показани силовите линии на полето на постоянен ток, които са концентрични кръгове, чийто център е разположен върху оста на тока, а посоката се определя по правилото на десния винт (токът в проводника е насочен към читател).

Линиите на магнитна индукция могат да бъдат "показани" с помощта на железни стърготини, които са намагнетизирани в изследваното поле и се държат като малки магнитни игли. На фиг. 1.2 бпоказва силовите линии на магнитното поле на кръговия ток. Магнитното поле на соленоида е показано на фиг. 1.2 в.

Силовите линии на магнитното поле са затворени. Полета със затворени силови линии се наричат вихрови полета. Очевидно магнитното поле е вихрово поле. Това е съществената разлика между магнитно поле и електростатично.

В електростатично поле силовите линии са винаги отворени: те започват и завършват с електрически заряди. Магнитните силови линии нямат нито начало, нито край. Това съответства на факта, че в природата няма магнитни заряди.

1.4. Закон на Био-Савар-Лаплас

Френските физици Ж. Био и Ф. Савар през 1820 г. проведоха изследване на магнитните полета, създадени от токове, протичащи през тънки проводници различни форми. Лаплас анализира експерименталните данни, получени от Био и Саварт, и установява връзка, наречена закон Био-Савар-Лаплас.

Съгласно този закон, индукцията на магнитното поле на всеки ток може да се изчисли като векторна сума (суперпозиция) от индукциите на магнитни полета, създадени от отделни елементарни участъци на тока. За магнитната индукция на полето, създадено от токов елемент с дължина, Лаплас получава формулата:

, (1.3)

където е вектор, равен по модул на дължината на проводящия елемент и съвпадащ по посока с тока (фиг. 1.3); е радиус векторът, изтеглен от елемента до точката, където ; е модулът на радиус вектора.

> Линии на магнитно поле

Как да определим линии на магнитно поле: диаграма на силата и посоката на линиите на магнитното поле, с помощта на компас за определяне на магнитните полюси, чертеж.

Линии на магнитно полеполезно за визуално показване на силата и посоката на магнитно поле.

Учебна задача

• Съпоставете силата на магнитното поле с плътността на линиите на магнитното поле.

Ключови точки

• Посоката на магнитното поле показва, че стрелките на компаса докосват линиите на магнитното поле във всяка определена точка.
• Силата на B-полето е обратно пропорционална на разстоянието между линиите. Също така е точно пропорционален на броя на линиите на единица площ. Една линия никога не пресича друга.
• Магнитното поле е уникално във всяка точка от пространството.
• Линиите не се прекъсват и създават затворени контури.
• Линиите се простират от северния до южния полюс.

Условия

• Линиите на магнитното поле са графично представяне на величината и посоката на магнитното поле.
• B-поле е синоним на магнитно поле.

Линии на магнитно поле

Казват, че като дете Алберт Айнщайн е обичал да гледа компаса, да си мисли как иглата усеща сила без директен физически контакт. Задълбочено мислене и сериозен интерес доведоха до факта, че детето порасна и създаде своята революционна теория на относителността.

Тъй като магнитните сили влияят на разстоянията, ние изчисляваме магнитните полета, за да представим тези сили. Линейните графики са полезни за визуализиране на силата и посоката на магнитно поле. Удължението на линиите показва северната ориентация на стрелката на компаса. Магнитното се нарича B-поле.

(a) - Ако се използва малък компас за сравняване на магнитното поле около лентов магнит, той ще се покаже правилна посокаот северния полюс на юг. (b) - Добавянето на стрелки създава непрекъснати линиимагнитно поле. Силата е пропорционална на близостта на линиите. (c) - Ако можете да разгледате вътрешността на магнита, тогава линиите ще бъдат показани под формата на затворени контури

Няма нищо трудно в съпоставянето на магнитното поле на обект. Първо, изчислете силата и посоката на магнитното поле на няколко места. Маркирайте тези точки с вектори, сочещи в посоката на локалното магнитно поле с величина, пропорционална на неговата сила. Можете да комбинирате стрелки и да образувате линии на магнитно поле. Посоката във всяка точка ще бъде успоредна на посоката на най-близките силови линии, а локалната плътност може да бъде пропорционална на силата.

Силовите линии на магнитното поле приличат на контурни линии топографски карти, защото показват нещо непрекъснато. Много от законите на магнетизма могат да бъдат формулирани с прости думи, като например броя на силовите линии през повърхността.

Посока на линиите на магнитното поле, представена от подравняването на железни стърготини върху хартия, поставена над лентов магнит

Различни явления влияят върху показването на линиите. Например, железни стърготини върху линия на магнитно поле създават линии, които съответстват на магнитните. Те също така се показват визуално в сияния.

Малък компас, изпратен в полето, се подравнява успоредно на линията на полето, като северният полюс сочи към B.

За показване на полета могат да се използват миниатюрни компаси. (а) - Магнитното поле на кръговата токова верига прилича на магнитно. (б) - Дълъг и прав проводник образува поле с линии на магнитно поле, създаващи кръгови бримки. (c) - Когато жицата е в равнината на хартията, полето изглежда перпендикулярно на хартията. Обърнете внимание кои символи се използват за полето, сочещо навътре и навън

Подробно изследване на магнитните полета помогна да се изведат редица важни правила:

• Посоката на магнитното поле докосва силовата линия във всяка точка от пространството.
• Силата на полето е пропорционална на близостта на линията. Също така е точно пропорционален на броя на линиите на единица площ.
• Линиите на магнитното поле никога не се сблъскват, което означава, че във всяка точка от пространството магнитното поле ще бъде уникално.
• Линиите остават непрекъснати и следват от северния към южния полюс.

Последното правило се основава на факта, че полюсите не могат да бъдат разделени. И е различно от линиите електрическо поле, в който краят и началото са белязани с положителни и отрицателни заряди.

Теми ИЗПОЛЗВАЙТЕ кодификатор : взаимодействие на магнити, магнитно поле на проводник с ток.

Магнитните свойства на материята са известни на хората от дълго време. Магнитите са получили името си от древния град Магнезия: в околностите му е бил широко разпространен минерал (по-късно наречен магнитна желязна руда или магнетит), парчета от които привличат железни предмети.

Взаимодействие на магнити

От двете страни на всеки магнит са разположени Северен полюсИ Южен полюс. Два магнита се привличат един към друг от противоположни полюси и се отблъскват от подобни полюси. Магнитите могат да действат един върху друг дори във вакуум! Всичко това обаче напомня за взаимодействието на електрическите заряди взаимодействието на магнитите не е електрическо. Това се доказва от следните експериментални факти.

Магнитната сила отслабва, когато магнитът се нагрее. Силата на взаимодействието на точковите заряди не зависи от тяхната температура.

Магнитната сила се отслабва чрез разклащане на магнита. Нищо подобно не се случва с електрически заредени тела.

Положителен електрически зарядимогат да се отделят от отрицателните (например при наелектризиране на тела). Но е невъзможно да се разделят полюсите на магнита: ако разрежете магнита на две части, тогава полюсите също се появяват в точката на срязване и магнитът се разпада на два магнита с противоположни полюси в краищата (ориентирани в абсолютно еднакви начин като полюсите на оригиналния магнит).

Така че магнитите винагибиполярни, те съществуват само във формата диполи. Изолирани магнитни полюси (т.нар магнитни монополи- аналози на електрически заряд) в природата не съществуват (във всеки случай те все още не са експериментално открити). Това е може би най-впечатляващата асиметрия между електричеството и магнетизма.

Подобно на електрически заредени тела, магнитите действат върху електрически заряди. Въпреки това, магнитът действа само върху движещ сезареждане; Ако зарядът е в покой спрямо магнита, тогава върху заряда не действа никаква магнитна сила. Напротив, наелектризираното тяло действа върху всеки заряд, независимо дали е в покой или в движение.

Според съвременните концепции на теорията на действието на къси разстояния, взаимодействието на магнитите се осъществява чрез магнитно полеА именно, магнитът създава магнитно поле в околното пространство, което действа върху друг магнит и предизвиква видимо привличане или отблъскване на тези магнити.

Пример за магнит е магнитна иглакомпас. С помощта на магнитна игла може да се прецени наличието на магнитно поле в дадена област на пространството, както и посоката на полето.

Нашата планета Земя е гигантски магнит. Недалеч от географския северен полюс на Земята е южният магнитен полюс. Следователно северният край на стрелката на компаса, обръщайки се към южния магнитен полюс на Земята, сочи към географския север. Оттук всъщност е възникнало и името "северен полюс" на магнита.

Линии на магнитно поле

Припомняме, че електрическото поле се изследва с помощта на малки пробни заряди, по действието, по които може да се прецени величината и посоката на полето. Аналог на тестов заряд в случай на магнитно поле е малка магнитна игла.

Например, можете да получите някаква геометрична представа за магнитното поле, като поставите много малки игли на компас в различни точки в пространството. Опитът показва, че стрелките ще се подредят по определени линии – т.нар линии на магнитно поле. Нека дефинираме това понятие във формата следващите триточки.

1. Линиите на магнитно поле или магнитните силови линии са насочени линии в пространството, които имат следното свойство: малка стрелка на компас, поставена във всяка точка на такава линия, е ориентирана тангенциално към тази линия.

2. Посоката на линията на магнитното поле е посоката на северните краища на стрелките на компаса, разположени в точките на тази линия.

3. Колкото по-дебели са линиите, толкова по-силно е магнитното поле в дадена област от пространството..

Ролята на стрелките на компаса може да се изпълнява успешно от железни стърготини: в магнитно поле малките стърготини се намагнетизират и се държат точно като магнитни игли.

И така, след като изсипем железни стърготини около постоянен магнит, ще видим приблизително следната картина на линиите на магнитното поле (фиг. 1).

Ориз. 1. Постоянно магнитно поле

Северният полюс на магнита е обозначен със синьо и буквата; южният полюс - в червено и буквата . Имайте предвид, че линиите на полето излизат от северния полюс на магнита и влизат в южния полюс, тъй като северният край на стрелката на компаса ще сочи точно към южния полюс на магнита.

Опитът на Ерстед

Въпреки че електрически и магнитни явленияса били известни на хората от древността, няма връзка между тях дълго времене се наблюдаваше. В продължение на няколко века изследванията на електричеството и магнетизма протичат паралелно и независимо едно от друго.

Забележителният факт, че електрическите и магнитните явления всъщност са свързани помежду си, е открит за първи път през 1820 г. в известния експеримент на Ерстед.

Схемата на експеримента на Ерстед е показана на фиг. 2 (изображение от rt.mipt.ru). Над магнитната игла (и - северния и южния полюс на стрелката) има метален проводник, свързан към източник на ток. Ако затворите веригата, тогава стрелката се завърта перпендикулярно на проводника!
Този прост експеримент насочва директно към връзката между електричеството и магнетизма. Експериментите, последвали опита на Ерстед, твърдо установиха следния модел: генерира се магнитно поле електрически токовеи действа на токове.

Ориз. 2. Експеримент на Ерстед

Картината на линиите на магнитното поле, генерирано от проводник с ток, зависи от формата на проводника.

Магнитно поле на прав проводник с ток

Линиите на магнитното поле на прав проводник, по който тече ток, са концентрични кръгове. Центровете на тези окръжности лежат върху жицата, а равнините им са перпендикулярни на жицата (фиг. 3).

Ориз. 3. Поле на директен проводник с ток

Има две алтернативни правила за определяне на посоката на линиите на постоянен ток на магнитно поле.

правило за часовата стрелка. Линиите на полето вървят обратно на часовниковата стрелка, когато се гледат, така че токът да тече към нас..

винтово правило(или правило на гимлета, или правило за тирбушон- по-близо е до някого ;-)). Линиите на полето отиват там, където винтът (с конвенционална дясна резба) трябва да се завърти, за да се движи по резбата в посоката на тока.

Използвайте това правило, което ви подхожда най-добре. По-добре е да свикнете с правилото на часовниковата стрелка - по-късно ще видите, че е по-универсален и по-лесен за използване (и след това го запомнете с благодарност през първата си година, когато изучавате аналитична геометрия).

На фиг. 3 се появи и нещо ново: това е вектор, който се нарича индукция на магнитно поле, или магнитна индукция. Векторът на магнитната индукция е аналог на вектора на силата на електрическото поле: той служи мощностна характеристикамагнитно поле, определящо силата, с която магнитното поле действа върху движещи се заряди.

За силите в магнитно поле ще говорим по-късно, но засега ще отбележим само, че величината и посоката на магнитното поле се определят от вектора на магнитната индукция. Във всяка точка от пространството векторът е насочен в същата посока като северния край на стрелката на компаса, поставена в тази точка, а именно допирателна към линията на полето в посоката на тази линия. Магнитната индукция се измерва в teslach(Tl).

Както в случая на електрическо поле, за индукцията на магнитно поле, принцип на суперпозиция. То се крие във факта, че индукцията на магнитни полета, създадени в дадена точка от различни токове, се добавят векторно и дават получения вектор на магнитна индукция:.

Магнитното поле на намотка с ток

Нека разгледаме една кръгла намотка, по която циркулира Д.К.. Не показваме източника, който създава тока на фигурата.

Картината на линиите на полето на нашия ред ще има приблизително следната форма (фиг. 4).

Ориз. 4. Поле на бобината с ток

За нас ще бъде важно да можем да определим в кое полупространство (спрямо равнината на бобината) е насочено магнитното поле. Отново имаме две алтернативни правила.

правило за часовата стрелка. Полевите линии отиват там, гледайки откъдето изглежда, че токът циркулира обратно на часовниковата стрелка.

винтово правило. Линиите на полето отиват там, където винтът (с конвенционална дясна резба) би се движил, ако се завърти в посоката на тока.

Както можете да видите, ролите на тока и полето са обърнати - в сравнение с формулировките на тези правила за случая на постоянен ток.

Магнитното поле на намотка с ток

Намоткаще се окаже, ако стегнато, намотка до намотка, навийте жицата в достатъчно дълга спирала (фиг. 5 - изображение от сайта en.wikipedia.org). Бобината може да има няколко десетки, стотици или дори хиляди завъртания. Бобината също се нарича соленоид.

Ориз. 5. Бобина (соленоид)

Магнитното поле на един завой, както знаем, не изглежда много просто. Полета? отделните завои на намотката се наслагват един върху друг и изглежда, че резултатът трябва да бъде много объркваща картина. Това обаче не е така: полето на дълга намотка има неочаквано проста структура (фиг. 6).

Ориз. 6. поле на намотка с ток

На тази фигура токът в бобината върви обратно на часовниковата стрелка, когато се гледа отляво (това ще се случи, ако на фиг. 5 десният край на бобината е свързан към „плюса” на източника на ток, а левият край към "минус"). Виждаме, че магнитното поле на бобината има две характерни свойства.

1. Вътре в намотката, далеч от ръбовете й, е магнитното поле хомогенна: във всяка точка векторът на магнитната индукция е еднакъв по големина и посока. Полевите линии са успоредни прави линии; те се огъват само близо до ръбовете на намотката, когато излязат.

2. Извън намотката полето е близко до нула. Колкото повече завои в намотката, толкова по-слабо е полето извън нея.

Имайте предвид, че една безкрайно дълга намотка изобщо не излъчва поле: няма магнитно поле извън намотката. Вътре в такава намотка полето е равномерно навсякъде.

Не ти ли напомня за нищо? Бобината е "магнитният" аналог на кондензатора. Спомняте си, че кондензаторът създава хомогенност електрическо поле, чиито линии са огънати само близо до ръбовете на плочите, а извън кондензатора полето е близко до нула; кондензатор с безкрайни пластини изобщо не освобождава полето и полето е равномерно навсякъде в него.

И сега - основното наблюдение. Сравнете, моля, картината на линиите на магнитното поле извън бобината (фиг. 6) с силовите линии на магнита на фиг. един . Това е едно и също нещо, нали? И сега стигаме до въпрос, който вероятно сте имали отдавна: ако магнитно поле се генерира от токове и действа върху токове, тогава каква е причината за появата на магнитно поле близо до постоянен магнит? В крайна сметка този магнит не изглежда да е проводник с ток!

Хипотезата на Ампер. Елементарни токове

Първоначално се смяташе, че взаимодействието на магнитите се дължи на специални магнитни заряди, концентрирани в полюсите. Но, за разлика от електричеството, никой не може да изолира магнитния заряд; в края на краищата, както вече казахме, не беше възможно да се получат отделно северния и южния полюс на магнита - полюсите винаги присъстват в магнита по двойки.

Съмненията относно магнитните заряди се задълбочават от опита на Ерстед, когато се оказва, че магнитното поле се генерира от електрически ток. Освен това се оказа, че за всеки магнит е възможно да се избере проводник с ток с подходяща конфигурация, така че полето на този проводник да съвпада с полето на магнита.

Ампер изложи смела хипотеза. Няма магнитни заряди. Действието на магнита се обяснява със затворени електрически токове вътре в него..

Какви са тези течения? Тези елементарни токовециркулират в атомите и молекулите; те са свързани с движението на електроните по атомни орбити. Магнитното поле на всяко тяло се състои от магнитните полета на тези елементарни токове.

Елементарните токове могат да бъдат разположени произволно един спрямо друг. Тогава техните полета се отменят взаимно и тялото не показва магнитни свойства.

Но ако елементарните токове са координирани, тогава техните полета, събирайки се, се подсилват взаимно. Тялото се превръща в магнит (фиг. 7; магнитното поле ще бъде насочено към нас; северният полюс на магнита също ще бъде насочен към нас).

Ориз. 7. Елементарни магнитни токове

Хипотезата на Ампер за елементарните токове изяснява свойствата на магнитите.Нагряването и разклащането на магнит разрушава реда на неговите елементарни токове и магнитни свойстваотслабвам. Неразделността на магнитните полюси стана очевидна: на мястото, където магнитът е бил срязан, получаваме същите елементарни токове в краищата. Способността на тялото да бъде намагнетизирано в магнитно поле се обяснява с координираното подравняване на елементарни токове, които се „въртят“ правилно (прочетете за въртенето на кръгов ток в магнитно поле в следващия лист).

Хипотезата на Ампер се оказа вярна – показа по-нататъчно развитиефизика. Концепцията за елементарните токове се превърна в неразделна част от теорията на атома, разработена още през ХХ век - почти сто години след брилянтната хипотеза на Ампер.