Što znamo o linijama sile magnetskog polja, osim činjenice da u lokalnom prostoru u blizini trajnih magneta ili vodiča sa strujom postoji magnetsko polje koje se manifestira u obliku linija sile, ili u više poznata kombinacija - u obliku magnetskih linija sile?

Postoji vrlo zgodan način dobiti jasnu sliku linija magnetskog polja pomoću željeznih strugotina. Da biste to učinili, morate sipati malo željeznih strugotina na list papira ili kartona i donijeti jedan od polova magneta odozdo. Piljevina se magnetizira i poreda duž linija magnetskog polja u obliku lanaca mikro magneta. U klasičnoj fizici, magnetski linije sile definirane su kao linije magnetskog polja, tangente na koje u svakoj točki pokazuju smjer polja u toj točki.

Na primjeru nekoliko crteža s različitim rasporedom magnetskih linija sile, razmotrimo prirodu magnetskog polja oko vodiča sa strujom i trajnih magneta.

Na slici 1 prikazan je prikaz linija magnetske sile kružne zavojnice sa strujom, a na slici 2 prikazan je prikaz linija magnetske sile oko ravne žice sa strujom. Na slici 2 umjesto piljevine koriste se male magnetske igle. Ova slika pokazuje kako se, kada se promijeni smjer struje, mijenja i smjer linija magnetskog polja. Odnos između smjera struje i smjera linija magnetskog polja obično se određuje korištenjem "pravila vrča", čija će rotacija ručke pokazati smjer linija magnetskog polja ako se vrč uvije u smjeru struje.

Slika 3 prikazuje sliku linija magnetske sile šipkastog magneta, a slika 4 prikazuje sliku linija magnetske sile dugog solenoida sa strujom. Skreće se pozornost na sličnost vanjskog položaja linija magnetskog polja na obje slike (sl. 3. i sl. 4.). Linije sile s jednog kraja solenoida koji teče struju protežu se do drugog na isti način kao i šipkasti magnet. Sam oblik linija magnetskog polja izvan solenoida sa strujom identičan je obliku linija šipkastog magneta. Solenoid koji provodi struju također ima sjeverni i južni pol i neutralnu zonu. Dva solenoida sa strujom ili solenoid i magnet međusobno djeluju poput dva magneta.

Što možete vidjeti kada gledate slike magnetskih polja trajnih magneta, ravnih vodiča sa strujom ili zavojnica koje nose struju koristeći željezne strugotine? glavna značajka linije magnetskog polja, kao što pokazuju slike lokacije piljevine, to je njihova izolacija. Druga značajka linija magnetskog polja je njihova usmjerenost. Mala magnetska igla, postavljena u bilo kojoj točki magnetskog polja, sa svojim sjevernim polom pokazat će smjer magnetskih linija sile. Radi određenosti, složili smo se pretpostaviti da linije magnetskog polja izlaze iz sjevernog magnetskog pola šipkastog magneta i ulaze u njegov južni pol. Lokalni magnetski prostor u blizini magneta ili vodiča sa strujom je kontinuirani elastični medij. Elastičnost ovog medija potvrđuju brojni pokusi, na primjer, kada se odbijaju istoimeni polovi trajnih magneta.

Još ranije sam pretpostavio da je magnetsko polje oko magneta ili vodiča sa strujom kontinuirani elastični medij s magnetskim svojstvima, u kojem se formiraju interferentni valovi. Neki od tih valova su zatvoreni. U tom kontinuiranom elastičnom mediju nastaje interferentni uzorak linija magnetskog polja, koji se očituje upotrebom željeznih strugotina. Kontinuirani medij nastaje zračenjem izvora u mikrostrukturi materije.

Prisjetite se pokusa s interferencijom valova iz udžbenika fizike, u kojima oscilirajuća ploča s dva vrha udara u vodu. U ovom eksperimentu se može vidjeti da je međusobno sjecište pod različitim kutovima dva vala nema utjecaja na njihovo daljnje kretanje. Drugim riječima, valovi prolaze jedan kroz drugi bez daljnjeg utjecaja na širenje svakog od njih. Za svjetlosne (elektromagnetske) valove vrijedi ista pravilnost.

Što se događa u onim područjima prostora u kojima se sijeku dva vala (slika 5) - oni se nalažu jedan na drugi? Svaka čestica medija koja se nalazi na putu dvaju valova istovremeno sudjeluje u oscilacijama tih valova, t.j. njegovo kretanje je zbroj oscilacija dvaju vala. Ove fluktuacije su uzorak interferentnih valova s ​​njihovim maksimumima i minimumima kao rezultat superpozicije dva ili više valovi, t.j. zbrajanje njihovih oscilacija u svakoj točki medija kroz koju ti valovi prolaze. Eksperimentima je utvrđeno da se fenomen interferencije opaža i za valove koji se šire u medijima i za Elektromagnetski valovi, odnosno interferencija je isključivo svojstvo valova i ne ovisi ni o svojstvima medija ni o njegovoj prisutnosti. Treba imati na umu da do interferencije valova dolazi pod uvjetom da su oscilacije koherentne (podudarne), t.j. oscilacije moraju imati konstantnu faznu razliku i istu frekvenciju.

U našem slučaju sa željeznim strugotinama linije magnetskog polja su linije sa najveći broj piljevina koja se nalazi na maksimumima interferentnih valova, a linije s manjom količinom piljevine nalaze se između maksimuma (na minimumima) interferentnih valova.

Na temelju gornje hipoteze mogu se izvesti sljedeći zaključci.

1. Magnetsko polje je medij koji nastaje u blizini stalnog magneta ili vodiča koji nosi struju kao posljedica zračenja izvora u mikrostrukturi magneta ili vodiča pojedinih mikromagnetskih valova.

2. Ovi mikromagnetski valovi međusobno djeluju u svakoj točki magnetskog polja, tvoreći interferencijski uzorak u obliku linija magnetske sile.

3. Mikromagnetski valovi su zatvoreni mikroenergetski vrtlozi s mikro polovima koji se mogu međusobno privlačiti, tvoreći elastične zatvorene linije.

4. Mikroizvori u mikrostrukturi tvari koji emitiraju mikromagnetske valove, koji tvore interferencijski uzorak magnetskog polja, imaju istu frekvenciju titranja, a njihovo zračenje ima faznu razliku koja je konstantna u vremenu.

Kako se odvija proces magnetizacije tijela, što dovodi do stvaranja magnetskog polja oko njih, t.j. koji se procesi odvijaju u mikrostrukturi magneta i vodiča koji vode struju? Da bismo odgovorili na ovo i druga pitanja, potrebno je prisjetiti se nekih značajki strukture atoma.

Dakle, indukcija magnetskog polja na osi kružne zavojnice sa strujom opada u obrnutom razmjeru s trećom potencijom udaljenosti od središta zavojnice do točke na osi. Vektor magnetske indukcije na osi zavojnice je paralelan s osi. Njegov smjer se može odrediti pomoću desnog vijka: ako desni vijak usmjerite paralelno s osi zavojnice i zakrenete ga u smjeru struje u zavojnici, tada će smjer translacijskog kretanja vijka pokazati smjer vektora magnetske indukcije.

3.5 Linije magnetskog polja

Magnetno polje, kao i elektrostatičko, prikladno je predstavljeno u grafičkom obliku - pomoću linija magnetskog polja.

Linija sile magnetskog polja je pravac čija se tangenta u svakoj točki poklapa sa smjerom vektora magnetske indukcije.

Linije sile magnetskog polja povučene su na način da je njihova gustoća proporcionalna veličini magnetske indukcije: što je veća magnetska indukcija u određenoj točki, to je veća gustoća linija sile.

Dakle, linije magnetskog polja su slične linijama elektrostatičkog polja.

Međutim, oni također imaju neke osobitosti.

Razmotrimo magnetsko polje koje stvara ravni vodič sa strujom I.

Neka je ovaj vodič okomit na ravninu figure.

U različitim točkama koje se nalaze na istoj udaljenosti od vodiča, indukcija je jednaka po veličini.

vektorski smjer NA u različite točke prikazano na slici.

Prava, tangenta na koju se u svim točkama poklapa sa smjerom vektora magnetske indukcije, je kružnica.

Stoga su linije magnetskog polja u ovom slučaju kružnice koje okružuju vodič. Središta svih linija sila nalaze se na vodiču.

Dakle, linije sile magnetskog polja su zatvorene (linije sile elektrostatičkog polja ne mogu se zatvoriti, počinju i završavaju na nabojima).

Stoga je magnetsko polje vrtlog(tzv. polja čije su linije sile zatvorene).

Zatvorenost linija sile znači još jednu, vrlo važnu značajku magnetskog polja – u prirodi nema (barem još neotkrivenih) magnetskih naboja koji bi bili izvor magnetskog polja određenog polariteta.

Stoga ne postoji odvojeno postojeći sjeverni ili južni magnetni pol magneta.

Čak i ako ste vidjeli trajni magnet na pola, dobit ćete dva magneta, od kojih svaki ima oba pola.

3.6. Lorentzova sila

Eksperimentalno je utvrđeno da na naboj koji se kreće u magnetskom polju djeluje sila. Ova sila se zove Lorentzova sila:

.

Modul Lorentzove sile

,

gdje je a kut između vektora v i B .

Smjer Lorentzove sile ovisi o smjeru vektora . Može se odrediti pomoću pravila desnog vijka ili pravila lijeve ruke. Ali smjer Lorentzove sile ne mora se podudarati sa smjerom vektora!

Stvar je u tome da je Lorentzova sila jednaka rezultatu umnoška vektora [ v , NA ] na skalar q. Ako je naboj pozitivan, onda F l je paralelna s vektorom [ v , NA ]. Ako q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , NA ] (vidi sliku).

Ako se nabijena čestica kreće paralelno s linijama magnetskog polja, tada je kut a između vektora brzine i magnetske indukcije nula. Dakle, Lorentzova sila ne djeluje na takav naboj (sin 0 = 0, F l = 0).

Ako se naboj pomiče okomito na linije magnetskog polja, tada je kut a između vektora brzine i magnetske indukcije 90 0 . U ovom slučaju, Lorentzova sila ima najveću moguću vrijednost: F l = q v B.

Lorentzova sila je uvijek okomita na brzinu naboja. To znači da Lorentzova sila ne može promijeniti veličinu brzine kretanja, već mijenja svoj smjer.

Stoga će se u jednoličnom magnetskom polju naboj koji je uletio u magnetsko polje okomito na njegove linije sile kretati kružno.

Ako na naboj djeluje samo Lorentzova sila, tada se kretanje naboja pokorava sljedećoj jednadžbi, sastavljenoj na temelju Newtonovog drugog zakona: ma = F l.

Budući da je Lorentzova sila okomita na brzinu, ubrzanje nabijene čestice je centripetalno (normalno): (ovdje R je polumjer zakrivljenosti putanje nabijene čestice).

Linije magnetskog polja

Magnetska polja, kao i električna polja, mogu se grafički prikazati pomoću linija sile. Linija magnetskog polja ili linija indukcije magnetskog polja je pravac čija se tangenta u svakoj točki poklapa sa smjerom vektora indukcije magnetskog polja.

a)	b)	u)

Riža. 1.2. Linije sile magnetskog polja istosmjerne struje (a),

kružna struja (b), solenoid (c)

Magnetske linije sile, kao i električne linije, ne sijeku se. Nacrtani su takvom gustoćom da je broj linija koje prelaze jediničnu površinu okomito na njih jednak (ili proporcionalan) veličini magnetske indukcije magnetskog polja na danom mjestu.

Na sl. 1.2 a prikazane su linije sile polja istosmjerne struje koje su koncentrične kružnice čije se središte nalazi na strujnoj osi, a smjer je određen pravilom desnog vijka (struja u vodiču je usmjerena prema čitač).

Linije magnetske indukcije mogu se "prikazati" pomoću željeznih strugotina koje su magnetizirane u proučavanom polju i ponašaju se poput malih magnetskih iglica. Na sl. 1.2 b prikazuje linije sile magnetskog polja kružne struje. Magnetno polje solenoida prikazano je na sl. 1.2 u.

Linije sile magnetskog polja su zatvorene. Polja sa zatvorenim linijama sila nazivaju se vrtložna polja. Očito je magnetsko polje vrtložno polje. To je bitna razlika između magnetskog i elektrostatičkog polja.

U elektrostatičkom polju linije sile su uvijek otvorene: počinju i završavaju na električnim nabojima. Magnetske linije sile nemaju ni početak ni kraj. To odgovara činjenici da u prirodi nema magnetskih naboja.

1.4. Biot-Savart-Laplaceov zakon

Francuski fizičari J. Biot i F. Savard 1820. godine proveli su istraživanje magnetskih polja stvorenih strujama koje teku kroz tanke žice raznih oblika. Laplace je analizirao eksperimentalne podatke koje su dobili Biot i Savart i uspostavio odnos koji je nazvan Biot–Savart–Laplaceov zakon.

Prema ovom zakonu, indukcija magnetskog polja bilo koje struje može se izračunati kao vektorski zbroj (superpozicija) indukcija magnetskih polja koje stvaraju pojedini elementarni dijelovi struje. Za magnetsku indukciju polja koju stvara strujni element s duljinom, Laplace je dobio formulu:

, (1.3)

gdje je vektor, po modulu jednak duljini elementa vodiča i koji se podudara u smjeru sa strujom (slika 1.3); je vektor radijusa povučen od elementa do točke u kojoj je ; je modul radijus vektora .

> Linije magnetskog polja

Kako odrediti linije magnetskog polja: dijagram jakosti i smjera linija magnetskog polja, pomoću kompasa za određivanje magnetskih polova, crtež.

Linije magnetskog polja korisno za vizualno prikazivanje jačine i smjera magnetskog polja.

Zadatak učenja

• Povežite jačinu magnetskog polja s gustoćom linija magnetskog polja.

Ključne točke

• Smjer magnetskog polja prikazuje igle kompasa koje dodiruju linije magnetskog polja u bilo kojoj navedenoj točki.
• Jačina B-polja obrnuto je proporcionalna udaljenosti između linija. Također je točno proporcionalan broju linija po jedinici površine. Jedna linija nikada ne prelazi drugu.
• Magnetno polje je jedinstveno u svakoj točki u svemiru.
• Linije se ne prekidaju i stvaraju zatvorene petlje.
• Linije se protežu od sjevernog do južnog pola.

Pojmovi

• Linije magnetskog polja su grafički prikaz veličine i smjera magnetskog polja.
• B-polje je sinonim za magnetsko polje.

Linije magnetskog polja

Kaže se da je Albert Einstein kao dijete volio gledati u kompas, razmišljajući o tome kako igla osjeća silu bez izravnog fizičkog kontakta. Duboko razmišljanje i ozbiljan interes doveli su do činjenice da je dijete odraslo i stvorilo svoju revolucionarnu teoriju relativnosti.

Budući da magnetske sile utječu na udaljenosti, izračunavamo magnetska polja koja predstavljaju te sile. Linijska grafika korisna je za vizualizaciju jačine i smjera magnetskog polja. Produljenje linija označava sjevernu orijentaciju igle kompasa. Magnetsko se zove B-polje.

(a) - Ako se mali kompas koristi za usporedbu magnetskog polja oko šipkastog magneta, prikazat će se pravi smjer od sjevernog pola prema jugu. (b) - Dodavanje strelica stvara neprekidne linije magnetsko polje. Snaga je proporcionalna blizini linija. (c) - Ako možete ispitati unutrašnjost magneta, tada će linije biti prikazane u obliku zatvorenih petlji

Nema ništa teško uskladiti magnetsko polje objekta. Najprije izračunajte snagu i smjer magnetskog polja na nekoliko mjesta. Označite ove točke vektorima usmjerenim u smjeru lokalnog magnetskog polja s veličinom proporcionalnom njegovoj jakosti. Možete kombinirati strelice i oblikovati linije magnetskog polja. Smjer u bilo kojoj točki bit će paralelan sa smjerom najbližih linija polja, a lokalna gustoća može biti proporcionalna jakosti.

Linije sile magnetskog polja nalikuju konturnim linijama na topografske karte, jer pokazuju nešto kontinuirano. Mnogi zakoni magnetizma mogu se formulirati jednostavnim terminima, kao što je broj linija polja kroz površinu.

Smjer linija magnetskog polja, predstavljen poravnanjem željeznih strugotina na papiru postavljenom iznad šipkastog magneta

Različite pojave utječu na prikaz linija. Na primjer, željezne strugotine na liniji magnetskog polja stvaraju linije koje odgovaraju magnetskim. Oni su također vizualno prikazani u aurorama.

Mali kompas poslan u polje poravnat je paralelno s linijom polja, pri čemu je sjeverni pol usmjeren na B.

Za prikaz polja mogu se koristiti minijaturni kompasi. (a) - Magnetsko polje kružnog strujnog kruga nalikuje magnetskom. (b) - Duga i ravna žica tvori polje s linijama magnetskog polja koje stvaraju kružne petlje. (c) - Kada je žica u ravnini papira, polje izgleda okomito na papir. Zabilježite koji se simboli koriste za okvir koji pokazuje prema unutra i prema van

Detaljno proučavanje magnetskih polja pomoglo je da se izvuku niz važnih pravila:

• Smjer magnetskog polja dodiruje liniju polja u bilo kojoj točki u prostoru.
• Jačina polja je proporcionalna blizini linije. Također je točno proporcionalan broju linija po jedinici površine.
• Linije magnetskog polja se nikada ne sudaraju, što znači da će u bilo kojoj točki u prostoru magnetsko polje biti jedinstveno.
• Linije ostaju kontinuirane i slijede od sjevernog prema južnom polu.

Posljednje pravilo temelji se na činjenici da se polovi ne mogu odvojiti. I razlikuje se od redaka električno polje, u kojem su kraj i početak obilježeni pozitivnim i negativnim nabojem.

Teme KORISTI kodifikator : interakcija magneta, magnetsko polje vodiča sa strujom.

Magnetska svojstva materije poznata su ljudima od davnina. Magneti su dobili ime po drevnom gradu Magneziji: u njegovoj blizini bio je raširen mineral (kasnije nazvan magnetska željezna ruda ili magnetit) čiji su komadići privlačili željezne predmete.

Interakcija magneta

Na dvije strane svakog magneta nalaze se Sjeverni pol i Južni pol. Dva magneta međusobno privlače suprotni polovi i odbijaju se od sličnih polova. Magneti mogu djelovati jedni na druge čak i kroz vakuum! Međutim, sve to podsjeća na interakciju električnih naboja interakcija magneta nije električna. O tome svjedoče sljedeće eksperimentalne činjenice.

Magnetska sila slabi kada se magnet zagrije. Jačina međudjelovanja točkastih naboja ne ovisi o njihovoj temperaturi.

Magnetska sila slabi se tresenjem magneta. Ništa slično se ne događa s električnim nabijenim tijelima.

Pozitivan električni naboji mogu se odvojiti od negativnih (npr. pri naelektriziranju tijela). Ali nemoguće je razdvojiti polove magneta: ako magnet presiječete na dva dijela, tada se na mjestu reza pojavljuju i polovi, a magnet se raspada na dva magneta s suprotnim polovima na krajevima (orijentirani na potpuno isti način kao polovi izvornog magneta).

Dakle, magneti stalno bipolarni, postoje samo u obliku dipola. Izolirani magnetski polovi (tzv magnetski monopoli- analozi električnog naboja) u prirodi ne postoje (u svakom slučaju, još nisu eksperimentalno otkriveni). Ovo je možda najimpresivnija asimetrija između elektriciteta i magnetizma.

Poput električno nabijenih tijela, magneti djeluju na električne naboje. Međutim, magnet djeluje samo na krećući se naplatiti; Ako naboj miruje u odnosu na magnet, tada na naboj ne djeluje magnetska sila. Naprotiv, naelektrizirano tijelo djeluje na bilo koji naboj, bez obzira da li miruje ili se kreće.

Prema suvremenim konceptima teorije djelovanja kratkog dometa, interakcija magneta se provodi kroz magnetsko polje Naime, magnet stvara magnetsko polje u okolnom prostoru, koje djeluje na drugi magnet i uzrokuje vidljivo privlačenje ili odbijanje tih magneta.

Primjer magneta je magnetska igla kompas. Uz pomoć magnetske igle može se suditi o prisutnosti magnetskog polja u određenom području prostora, kao io smjeru polja.

Naš planet Zemlja je divovski magnet. Nedaleko od geografskog sjevernog pola Zemlje nalazi se južni magnetski pol. Stoga sjeverni kraj igle kompasa, okrenut prema južnom magnetskom polu Zemlje, pokazuje na geografski sjever. Otuda je zapravo nastao naziv "sjeverni pol" magneta.

Linije magnetskog polja

Električno polje, podsjetimo, istražuje se uz pomoć malih probnih naboja, djelovanjem na temelju kojih se može suditi o veličini i smjeru polja. Analog probnog naboja u slučaju magnetskog polja je mala magnetska igla.

Na primjer, možete dobiti neku geometrijsku ideju o magnetskom polju postavljanjem vrlo malih iglica kompasa na različite točke u prostoru. Iskustvo pokazuje da će se strelice poredati po određenim linijama – tzv linije magnetskog polja. Definirajmo ovaj koncept u obliku sljedeća tri bodova.

1. Linije magnetskog polja ili magnetske linije sile su usmjerene linije u prostoru koje imaju sljedeće svojstvo: mala igla kompasa postavljena u svakoj točki takve linije orijentirana je tangencijalno na ovu liniju.

2. Smjer linije magnetskog polja je smjer sjevernih krajeva igala kompasa koji se nalaze u točkama ove linije.

3. Što su linije deblje, to je jače magnetsko polje u određenom području prostora..

Ulogu igle kompasa mogu uspješno obavljati željezne strugotine: u magnetskom polju male se strugotine magnetiziraju i ponašaju se točno kao magnetske igle.

Dakle, izlivši željezne strugotine oko trajnog magneta, vidjet ćemo otprilike sljedeću sliku linija magnetskog polja (slika 1).

Riža. 1. Polje trajnog magneta

Sjeverni pol magneta označen je plavom bojom i slovom; južni pol - crvenom bojom i slovom . Imajte na umu da linije polja izlaze iz sjevernog pola magneta i ulaze u južni pol, jer je sjeverni kraj igle kompasa usmjeren na južni pol magneta.

Oerstedovo iskustvo

Iako električni i magnetske pojave bili su poznati ljudima od antike, među njima nema veze Dugo vrijeme nije uočeno. Nekoliko stoljeća istraživanja elektriciteta i magnetizma odvijala su se paralelno i neovisno jedno o drugom.

Izvanredna činjenica da su električni i magnetski fenomeni zapravo povezani jedni s drugima prvi put je otkrivena 1820. u poznatom Oerstedovom eksperimentu.

Shema Oerstedova pokusa prikazana je na sl. 2 (slika s rt.mipt.ru). Iznad magnetske igle (i - sjevernog i južnog pola strelice) je metalni vodič spojen na izvor struje. Ako zatvorite krug, strelica se okreće okomito na vodič!
Ovaj jednostavan eksperiment izravno je ukazao na odnos između elektriciteta i magnetizma. Eksperimenti koji su slijedili Oerstedovo iskustvo čvrsto su utvrdili sljedeći obrazac: stvara se magnetsko polje električne struje i djeluje na struje.

Riža. 2. Oerstedov pokus

Slika linija magnetskog polja koje stvara vodič sa strujom ovisi o obliku vodiča.

Magnetno polje ravne žice sa strujom

Linije magnetskog polja ravne žice kojom teče struja su koncentrične kružnice. Središta ovih kružnica leže na žici, a njihove ravnine su okomite na žicu (slika 3.).

Riža. 3. Polje jednosmjerne žice sa strujom

Postoje dva alternativna pravila za određivanje smjera linija magnetskog polja istosmjerne struje.

pravilo satne kazaljke. Linije polja idu suprotno od kazaljke na satu kada se gledaju tako da struja teče prema nama..

pravilo vijka(ili pravilo gimleta, ili pravilo vadičepa- nekome je bliže ;-)). Linije polja idu tamo gdje se vijak (s konvencionalnim desnim navojem) mora okrenuti kako bi se kretao duž navoja u smjeru struje.

Koristite bilo koje pravilo koje vam najviše odgovara. Bolje je da se naviknete na pravilo u smjeru kazaljke na satu – kasnije ćete i sami vidjeti da je univerzalniji i lakši za korištenje (i onda ga se sa zahvalnošću prisjetite na prvoj godini studija analitičke geometrije).

Na sl. 3, pojavilo se i nešto novo: ovo je vektor, koji se zove indukcija magnetskog polja, ili magnetska indukcija. Vektor magnetske indukcije je analog vektora jakosti električnog polja: on služi karakteristika snage magnetsko polje, određujući silu kojom magnetsko polje djeluje na pokretne naboje.

O silama u magnetskom polju ćemo kasnije, ali za sada ćemo samo napomenuti da je veličina i smjer magnetskog polja određen vektorom magnetske indukcije. U svakoj točki u prostoru vektor je usmjeren u istom smjeru kao i sjeverni kraj igle kompasa postavljenog u ovoj točki, odnosno tangenta na liniju polja u smjeru ove linije. Magnetska indukcija se mjeri u teslach(Tl).

Kao iu slučaju električnog polja, za indukciju magnetskog polja, princip superpozicije. Leži u činjenici da indukcija magnetskih polja stvorena u danoj točki raznim strujama vektorski se zbrajaju i daju rezultirajući vektor magnetske indukcije:.

Magnetsko polje zavojnice sa strujom

Razmotrimo kružnu zavojnicu duž koje kruži D.C.. Na slici ne prikazujemo izvor koji stvara struju.

Slika linija našeg polja imat će otprilike sljedeći oblik (slika 4).

Riža. 4. Polje svitka sa strujom

Bit će nam važno znati u kojem je poluprostoru (u odnosu na ravninu zavojnice) usmjereno magnetsko polje. Opet imamo dva alternativna pravila.

pravilo satne kazaljke. Linije polja idu tamo, gledajući odakle se čini da struja kruži u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

pravilo vijka. Linije polja idu tamo gdje bi se vijak (s konvencionalnim desnim navojem) pomaknuo ako bi se rotirao u smjeru struje.

Kao što vidite, uloge struje i polja su obrnute - u usporedbi s formulacijama ovih pravila za slučaj istosmjerne struje.

Magnetsko polje zavojnice sa strujom

Zavojnica ispostavit će se, ako je čvrsto, zavojnica do zavojnica, namotati žicu u dovoljno dugu spiralu (slika 5 - slika sa stranice en.wikipedia.org). Zavojnica može imati nekoliko desetaka, stotina ili čak tisuća zavoja. Zavojnica se također naziva solenoid.

Riža. 5. Zavojnica (solenoid)

Magnetno polje jednog zavoja, kao što znamo, ne izgleda baš jednostavno. Polja? pojedinačni zavoji zavojnice su postavljeni jedan na drugi, i, čini se, rezultat bi trebao biti vrlo zbunjujuća slika. Međutim, to nije slučaj: polje dugog svitka ima neočekivano jednostavnu strukturu (slika 6).

Riža. 6. polje zavojnice sa strujom

Na ovoj slici struja u zavojnici ide u smjeru suprotnom od kazaljke na satu kada se gleda s lijeve strane (to će se dogoditi ako je, na slici 5, desni kraj zavojnice spojen na "plus" izvora struje, a lijevi kraj na "minus"). Vidimo da magnetsko polje zavojnice ima dva karakteristična svojstva.

1. Unutar zavojnice, daleko od njegovih rubova, magnetsko polje je homogena: u svakoj točki vektor magnetske indukcije je jednak po veličini i smjeru. Linije polja su paralelne ravne linije; savijaju se samo u blizini rubova zavojnice kad izađu.

2. Izvan zavojnice, polje je blizu nule. Što je više zavoja u zavojnici, slabije je polje izvan nje.

Imajte na umu da beskonačno duga zavojnica uopće ne emitira polje: izvan zavojnice nema magnetskog polja. Unutar takve zavojnice polje je posvuda jednolično.

Ne podsjeća li vas ni na što? Zavojnica je "magnetski" pandan kondenzatoru. Sjećate se da kondenzator stvara homogenu električno polje, čije su linije savijene samo blizu rubova ploča, a izvan kondenzatora, polje je blizu nule; kondenzator s beskonačnim pločama uopće ne oslobađa polje, a polje je svuda unutar njega jednolično.

A sada - glavno opažanje. Usporedite, molim vas, sliku linija magnetskog polja izvan zavojnice (slika 6) s linijama polja magneta na sl. jedan . To je ista stvar, zar ne? A sada dolazimo do pitanja koje ste vjerojatno davno imali: ako magnetsko polje nastaje strujama i djeluje na struje, koji je onda razlog za pojavu magnetskog polja u blizini stalnog magneta? Uostalom, čini se da ovaj magnet nije vodič sa strujom!

Amperova hipoteza. Elementarne struje

Isprva se smatralo da je interakcija magneta posljedica posebnih magnetskih naboja koncentriranih na polovima. Ali, za razliku od elektriciteta, nitko nije mogao izolirati magnetski naboj; uostalom, kao što smo već rekli, nije bilo moguće dobiti odvojeno sjeverni i južni pol magneta - polovi su uvijek prisutni u magnetu u paru.

Sumnje o magnetskim nabojima pojačalo je iskustvo Oersteda, kada se pokazalo da magnetsko polje stvara električna struja. Štoviše, pokazalo se da je za bilo koji magnet moguće odabrati vodič sa strujom odgovarajuće konfiguracije, tako da se polje ovog vodiča podudara s poljem magneta.

Ampere je iznio hrabru hipotezu. Nema magnetskih naboja. Djelovanje magneta objašnjava se zatvorenim električnim strujama unutar njega..

Kakve su to struje? Ove elementarne struje cirkuliraju unutar atoma i molekula; povezani su s kretanjem elektrona u atomskim orbitama. Magnetsko polje bilo kojeg tijela sastoji se od magnetskih polja ovih elementarnih struja.

Elementarne struje mogu biti nasumično locirane jedna u odnosu na drugu. Tada se njihova polja međusobno poništavaju, a tijelo ne pokazuje magnetska svojstva.

Ali ako su elementarne struje koordinirane, tada se njihova polja, zbrajajući, međusobno pojačavaju. Tijelo postaje magnet (slika 7; magnetsko polje će biti usmjereno prema nama; sjeverni pol magneta također će biti usmjeren prema nama).

Riža. 7. Elementarne struje magneta

Amperova hipoteza o elementarnim strujama razjasnila je svojstva magneta. Zagrijavanjem i potresanjem magneta uništava se raspored njegovih elementarnih struja, a magnetska svojstva oslabiti. Nerazdvojivost polova magneta postala je očita: na mjestu gdje je magnet bio izrezan, dobivamo iste elementarne struje na krajevima. Sposobnost tijela da se magnetizira u magnetskom polju objašnjava se koordiniranim poravnanjem elementarnih struja koje se pravilno "okreću" (o rotaciji kružne struje u magnetskom polju pročitajte u sljedećem listu).

Amperova hipoteza se pokazala točnom – pokazalo se daljnji razvoj fizika. Koncept elementarnih struja postao je sastavni dio teorije atoma, razvijene već u dvadesetom stoljeću - gotovo stotinu godina nakon Ampèreova briljantnog nagađanja.