Apa yang kita ketahui tentang garis-garis gaya medan magnet, selain fakta bahwa di ruang lokal dekat magnet permanen atau konduktor dengan arus, ada medan magnet yang memanifestasikan dirinya dalam bentuk garis-garis gaya, atau lebih kombinasi akrab - dalam bentuk garis gaya magnet?

Ada yang sangat cara yang nyaman mendapatkan gambaran yang jelas tentang garis-garis medan magnet menggunakan serbuk besi. Untuk melakukan ini, Anda perlu menuangkan sedikit serbuk besi pada selembar kertas atau karton dan membawa salah satu kutub magnet dari bawah. Serbuk gergaji tersebut dimagnetisasi dan disusun sepanjang garis-garis medan magnet dalam bentuk rantai-rantai magnet mikro. Dalam fisika klasik, magnet garis kekuatan didefinisikan sebagai garis-garis medan magnet, garis singgung yang pada setiap titik menunjukkan arah medan pada titik tersebut.

Pada contoh beberapa gambar dengan pengaturan garis gaya magnet yang berbeda, mari kita perhatikan sifat medan magnet di sekitar konduktor pembawa arus dan magnet permanen.

Gambar 1 menunjukkan tampilan garis gaya magnet pada kumparan melingkar berarus, dan Gambar 2 menunjukkan gambar garis gaya magnet di sekitar kawat lurus berarus. Pada Gambar. 2, jarum magnet kecil digunakan sebagai pengganti serbuk gergaji. Gambar ini menunjukkan bagaimana ketika arah arus berubah, arah garis medan magnet juga berubah. Hubungan antara arah arus dan arah garis medan magnet biasanya ditentukan dengan menggunakan "aturan gimlet", putaran pegangan yang akan menunjukkan arah garis medan magnet jika gimlet disekrup. ke arah arus.

Gambar 3 menunjukkan gambar garis gaya magnet magnet batang, dan Gambar 4 menunjukkan gambar garis gaya magnet panjang solenoida yang dialiri arus. Perhatian diberikan pada kesamaan lokasi eksternal garis medan magnet di kedua gambar (Gbr. 3 dan Gbr. 4). Garis-garis gaya dari satu ujung solenoida pembawa arus meluas ke ujung lainnya dengan cara yang sama seperti magnet batang. Bentuk garis-garis medan magnet di luar solenoida dengan arus identik dengan bentuk garis-garis magnet batang. Sebuah solenoida pembawa arus juga memiliki kutub utara dan selatan serta zona netral. Dua solenoida pembawa arus atau solenoida dan magnet berinteraksi seperti dua magnet.

Apa yang dapat Anda lihat ketika melihat gambar medan magnet magnet permanen, konduktor lurus berarus, atau gulungan berarus menggunakan serbuk besi? Fitur utama garis medan magnet, seperti yang ditunjukkan oleh gambar lokasi serbuk gergaji, ini adalah isolasi mereka. Fitur lain dari garis medan magnet adalah arahnya. Jarum magnet kecil, ditempatkan di sembarang titik di medan magnet, dengan kutub utaranya akan menunjukkan arah garis gaya magnet. Untuk kepastian, kami sepakat untuk mengasumsikan bahwa garis-garis medan magnet berasal dari kutub magnet utara magnet batang dan memasuki kutub selatannya. Ruang magnet lokal di dekat magnet atau konduktor dengan arus adalah media elastis kontinu. Elastisitas media ini dikonfirmasi oleh berbagai eksperimen, misalnya, ketika kutub magnet permanen dengan nama yang sama ditolak.

Bahkan sebelumnya, saya berhipotesis bahwa medan magnet di sekitar magnet atau konduktor pembawa arus adalah media elastis kontinu dengan sifat magnetik, di mana gelombang interferensi terbentuk. Beberapa dari gelombang ini tertutup. Dalam media elastis kontinu inilah pola interferensi garis medan magnet terbentuk, yang memanifestasikan dirinya dengan penggunaan serbuk besi. Sebuah media terus menerus dibuat oleh radiasi sumber dalam struktur mikro materi.

Ingat eksperimen interferensi gelombang dari buku teks fisika, di mana pelat berosilasi dengan dua ujung menyentuh air. Dalam percobaan ini, dapat dilihat bahwa perpotongan timbal balik di bawah sudut yang berbeda dua gelombang tidak berpengaruh pada pergerakan selanjutnya. Dengan kata lain, gelombang melewati satu sama lain tanpa mempengaruhi lebih lanjut propagasi masing-masing. Untuk gelombang cahaya (elektromagnetik), keteraturan yang sama berlaku.

Apa yang terjadi di area ruang di mana dua gelombang berpotongan (Gbr. 5) - mereka ditumpangkan satu sama lain? Setiap partikel medium yang berada di jalur dua gelombang secara bersamaan berpartisipasi dalam osilasi gelombang ini, yaitu. gerakannya adalah jumlah getaran dua gelombang. Fluktuasi ini merupakan pola gelombang interferensi dengan maxima dan minimanya sebagai akibat dari superposisi dua or lagi gelombang, yaitu penambahan osilasi mereka pada setiap titik medium yang dilalui gelombang ini. Eksperimen telah menetapkan bahwa fenomena interferensi diamati baik untuk gelombang yang merambat di media dan untuk gelombang elektromagnetik, yaitu, interferensi secara eksklusif merupakan sifat gelombang dan tidak bergantung pada sifat medium atau keberadaannya. Harus diingat bahwa interferensi gelombang terjadi di bawah kondisi osilasi yang koheren (cocok), yaitu. osilasi harus memiliki perbedaan fasa yang konstan dan frekuensi yang sama.

Dalam kasus kami dengan serbuk besi garis medan magnet adalah garis dengan bilangan terbesar serbuk gergaji terletak pada maksimum gelombang interferensi, dan garis dengan jumlah serbuk gergaji yang lebih kecil terletak di antara maksimum (pada minimum) gelombang interferensi.

Berdasarkan hipotesis di atas, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.

1. Medan magnet adalah media yang terbentuk di dekat magnet permanen atau konduktor pembawa arus sebagai akibat dari radiasi dari sumber dalam struktur mikro magnet atau konduktor gelombang mikromagnetik individu.

2. Gelombang mikromagnetik ini berinteraksi pada setiap titik medan magnet, membentuk pola interferensi berupa garis-garis gaya magnet.

3. Gelombang mikromagnet adalah pusaran energi mikro tertutup dengan kutub mikro yang mampu saling tarik menarik, membentuk garis tertutup yang elastis.

4. Sumber mikro dalam struktur mikro suatu zat yang memancarkan gelombang mikromagnetik, yang membentuk pola interferensi medan magnet, memiliki frekuensi osilasi yang sama, dan radiasinya memiliki perbedaan fasa yang konstan terhadap waktu.

Bagaimana proses magnetisasi benda terjadi, yang mengarah pada pembentukan medan magnet di sekitar mereka, mis. proses apa yang terjadi dalam struktur mikro magnet dan konduktor pembawa arus? Untuk menjawab pertanyaan ini dan pertanyaan lainnya, perlu mengingat beberapa fitur struktur atom.

Jadi, induksi medan magnet pada sumbu kumparan melingkar dengan arus berkurang berbanding terbalik dengan pangkat tiga jarak dari pusat kumparan ke titik pada sumbu. Vektor induksi magnet pada sumbu kumparan sejajar dengan sumbu. Arahnya dapat ditentukan menggunakan sekrup kanan: jika Anda mengarahkan sekrup kanan sejajar dengan sumbu kumparan dan memutarnya ke arah arus dalam kumparan, maka arah gerakan translasi sekrup akan menunjukkan arah dari vektor induksi magnet.

3.5 Garis medan magnet

Medan magnet, seperti medan elektrostatik, mudah direpresentasikan dalam bentuk grafik - menggunakan garis medan magnet.

Garis gaya medan magnet adalah garis yang garis singgungnya pada setiap titik berimpit dengan arah vektor induksi magnet.

Garis-garis gaya medan magnet ditarik sedemikian rupa sehingga kerapatannya sebanding dengan besarnya induksi magnetik: semakin besar induksi magnet pada suatu titik tertentu, semakin besar kerapatan garis-garis gaya.

Dengan demikian, garis medan magnet mirip dengan garis medan elektrostatik.

Namun, mereka juga memiliki beberapa kekhasan.

Pertimbangkan medan magnet yang dibuat oleh konduktor lurus dengan arus I.

Biarkan konduktor ini tegak lurus terhadap bidang gambar.

Pada titik-titik berbeda yang terletak pada jarak yang sama dari konduktor, besarnya induksi sama.

arah vektor PADA di titik yang berbeda ditunjukkan pada gambar.

Garis, garis singgung yang pada semua titik berimpit dengan arah vektor induksi magnet, adalah lingkaran.

Oleh karena itu, garis-garis medan magnet dalam hal ini adalah lingkaran yang mengelilingi konduktor. Pusat dari semua garis gaya terletak pada konduktor.

Dengan demikian, garis-garis gaya medan magnet tertutup (garis-garis gaya medan elektrostatik tidak dapat ditutup, garis-garis itu dimulai dan diakhiri dengan muatan).

Jadi medan magnetnya adalah pusaran air(yang disebut medan yang garis gayanya tertutup).

Tertutupnya garis gaya berarti fitur lain yang sangat penting dari medan magnet - di alam tidak ada (setidaknya belum ditemukan) muatan magnet yang akan menjadi sumber medan magnet dengan polaritas tertentu.

Oleh karena itu, tidak ada kutub magnet utara atau selatan magnet yang ada secara terpisah.

Bahkan jika Anda melihat magnet permanen menjadi dua, Anda mendapatkan dua magnet, yang masing-masing memiliki kedua kutub.

3.6. gaya Lorentz

Secara eksperimental telah ditetapkan bahwa gaya bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnet. Gaya ini disebut gaya Lorentz:

.

Modulus gaya Lorentz

,

di mana a adalah sudut antara vektor v dan B .

Arah gaya Lorentz bergantung pada arah vektor. Ini dapat ditentukan dengan menggunakan aturan sekrup kanan atau aturan tangan kiri. Tetapi arah gaya Lorentz tidak selalu bertepatan dengan arah vektor !

Intinya adalah bahwa gaya Lorentz sama dengan hasil perkalian vektor [ v , PADA ] ke skalar q. Jika muatannya positif, maka F aku sejajar dengan vektor [ v , PADA ]. Jika q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , PADA ] (lihat gambar).

Jika partikel bermuatan bergerak sejajar dengan garis medan magnet, maka sudut a antara kecepatan dan vektor induksi magnet nol. Oleh karena itu, gaya Lorentz tidak bekerja pada muatan seperti itu (sin 0 = 0, F l = 0).

Jika muatan bergerak tegak lurus terhadap garis medan magnet, maka sudut a antara vektor kecepatan dan vektor induksi magnet adalah 90 0 . Dalam hal ini, gaya Lorentz memiliki nilai maksimum yang mungkin: F l = q v B.

Gaya Lorentz selalu tegak lurus terhadap kecepatan muatan. Artinya gaya Lorentz tidak dapat mengubah besar kecepatan gerak, tetapi mengubah arahnya.

Oleh karena itu, dalam medan magnet seragam, muatan yang telah mengalir ke medan magnet yang tegak lurus terhadap garis gayanya akan bergerak melingkar.

Jika hanya gaya Lorentz yang bekerja pada muatan, maka pergerakan muatan mengikuti persamaan berikut, yang disusun berdasarkan hukum kedua Newton: ibu = F l.

Karena gaya Lorentz tegak lurus terhadap kecepatan, percepatan partikel bermuatan adalah sentripetal (normal): (di sini R adalah jari-jari kelengkungan lintasan partikel bermuatan).

Garis medan magnet

Medan magnet, seperti medan listrik, dapat direpresentasikan secara grafis menggunakan garis gaya. Garis medan magnet, atau garis induksi medan magnet, adalah garis yang garis singgungnya pada setiap titik berimpit dengan arah vektor induksi medan magnet.

sebuah)	b)	di)

Beras. 1.2. Garis gaya medan magnet arus searah (a),

arus melingkar (b), solenoida (c)

Garis gaya magnet, seperti garis listrik, tidak berpotongan. Mereka digambar dengan kerapatan sedemikian rupa sehingga jumlah garis yang melintasi permukaan satuan yang tegak lurus terhadapnya sama dengan (atau sebanding dengan) besarnya induksi magnet dari medan magnet di tempat tertentu.

pada gambar. 1.2 sebuah garis-garis gaya medan arus searah ditunjukkan, yang merupakan lingkaran konsentris, yang pusatnya terletak pada sumbu arus, dan arahnya ditentukan oleh aturan sekrup kanan (arus dalam konduktor diarahkan ke pembaca).

Garis-garis induksi magnet dapat "ditunjukkan" menggunakan serbuk besi yang termagnetisasi di bidang yang diteliti dan berperilaku seperti jarum magnet kecil. pada gambar. 1.2 b menunjukkan garis-garis gaya medan magnet dari arus melingkar. Medan magnet solenoida ditunjukkan pada gambar. 1.2 di.

Garis-garis gaya medan magnet tertutup. Medan dengan garis gaya tertutup disebut bidang pusaran. Jelas, medan magnet adalah medan pusaran. Ini adalah perbedaan penting antara medan magnet dan medan elektrostatik.

Dalam medan elektrostatik, garis-garis gaya selalu terbuka: dimulai dan diakhiri dengan muatan listrik. Garis gaya magnet tidak memiliki awal dan akhir. Ini sesuai dengan fakta bahwa tidak ada muatan magnet di alam.

1.4. Hukum Biot-Savart-Laplace

Fisikawan Prancis J. Biot dan F. Savard pada tahun 1820 melakukan studi tentang medan magnet yang diciptakan oleh arus yang mengalir melalui kabel tipis. berbagai bentuk. Laplace menganalisis data eksperimen yang diperoleh Biot dan Savart dan menetapkan hubungan yang disebut hukum Biot-Savart-Laplace.

Menurut hukum ini, induksi medan magnet dari arus apa pun dapat dihitung sebagai jumlah vektor (superposisi) dari induksi medan magnet yang dibuat oleh masing-masing bagian dasar arus. Untuk induksi magnet dari medan yang dibuat oleh elemen arus dengan panjang, Laplace memperoleh rumus:

, (1.3)

di mana adalah vektor, modulo sama dengan panjang elemen konduktor dan searah dengan arus (Gbr. 1.3); adalah vektor radius yang ditarik dari elemen ke titik di mana ; adalah modulus dari vektor radius .

> Garis medan magnet

Bagaimana menentukan garis medan magnet: diagram kekuatan dan arah garis medan magnet, menggunakan kompas untuk menentukan kutub magnet, menggambar.

Garis medan magnet berguna untuk menampilkan kekuatan dan arah medan magnet secara visual.

tugas belajar

• Menghubungkan kekuatan medan magnet dengan kerapatan garis-garis medan magnet.

Poin-poin Penting

• Arah medan magnet menampilkan jarum kompas yang menyentuh garis medan magnet pada titik tertentu.
• Kekuatan medan B berbanding terbalik dengan jarak antar garis. Ini juga persis sebanding dengan jumlah garis per satuan luas. Satu baris tidak pernah melintasi yang lain.
• Medan magnet unik di setiap titik di ruang angkasa.
• Garis tidak terputus dan membuat loop tertutup.
• Garis-garis itu membentang dari utara ke kutub selatan.

Ketentuan

• Garis medan magnet adalah representasi grafis dari besar dan arah medan magnet.
• B-field adalah sinonim untuk medan magnet.

Garis medan magnet

Sebagai seorang anak, Albert Einstein dikatakan suka melihat kompas, memikirkan bagaimana jarum merasakan kekuatan tanpa kontak fisik langsung. Pemikiran yang mendalam dan minat yang serius, mengarah pada fakta bahwa anak itu tumbuh dan menciptakan teori relativitas revolusionernya.

Karena gaya magnet mempengaruhi jarak, kita menghitung medan magnet untuk mewakili gaya-gaya ini. Grafik garis berguna untuk memvisualisasikan kekuatan dan arah medan magnet. Perpanjangan garis menunjukkan arah utara jarum kompas. Magnetik disebut medan-B.

(a) - Jika kompas kecil digunakan untuk membandingkan medan magnet di sekitar magnet batang, itu akan menunjukkan arah yang benar dari kutub utara ke selatan. (b) - Menambahkan panah membuat garis kontinu Medan gaya. Kekuatan sebanding dengan kedekatan garis. (c) - Jika Anda dapat memeriksa bagian dalam magnet, maka garis akan ditampilkan dalam bentuk loop tertutup

Tidak ada yang sulit dalam mencocokkan medan magnet suatu benda. Pertama, hitung kuat dan arah medan magnet di beberapa lokasi. Tandai titik-titik ini dengan vektor yang menunjuk ke arah medan magnet lokal dengan besaran yang sebanding dengan kekuatannya. Anda dapat menggabungkan panah dan membentuk garis medan magnet. Arah pada setiap titik akan sejajar dengan arah garis medan terdekat, dan kerapatan lokal dapat sebanding dengan kekuatannya.

Garis-garis gaya medan magnet menyerupai garis kontur pada peta topografi, karena mereka menunjukkan sesuatu yang terus menerus. Banyak hukum magnet dapat dirumuskan dalam istilah sederhana, seperti jumlah garis medan melalui permukaan.

Arah garis-garis medan magnet, direpresentasikan dengan penjajaran serbuk besi di atas kertas yang diletakkan di atas magnet batang

Berbagai fenomena mempengaruhi tampilan garis. Misalnya, serbuk besi pada garis medan magnet membuat garis yang sesuai dengan garis magnet. Mereka juga ditampilkan secara visual dalam aurora.

Sebuah kompas kecil yang dikirim ke lapangan sejajar dengan garis lapangan, dengan kutub utara menunjuk ke B.

Kompas miniatur dapat digunakan untuk menunjukkan bidang. (a) - Medan magnet dari rangkaian arus melingkar menyerupai medan magnet. (b) - Sebuah kawat panjang dan lurus membentuk medan dengan garis-garis medan magnet menciptakan loop melingkar. (c) - Ketika kawat berada pada bidang kertas, medan tampak tegak lurus terhadap kertas. Perhatikan simbol mana yang digunakan untuk kotak yang menunjuk masuk dan keluar

Sebuah studi rinci tentang medan magnet membantu untuk memperoleh sejumlah aturan penting:

• Arah medan magnet menyentuh garis medan pada setiap titik di ruang angkasa.
• Kekuatan medan sebanding dengan kedekatan garis. Ini juga persis sebanding dengan jumlah garis per satuan luas.
• Garis-garis medan magnet tidak pernah bertabrakan, yang berarti bahwa pada titik mana pun dalam ruang, medan magnet akan unik.
• Garis tetap menerus dan mengikuti dari utara ke kutub selatan.

Aturan terakhir didasarkan pada kenyataan bahwa kutub tidak dapat dipisahkan. Dan itu berbeda dari garis Medan listrik, di mana akhir dan awal ditandai dengan muatan positif dan negatif.

Tema GUNAKAN pengkode : interaksi magnet, medan magnet konduktor dengan arus.

Sifat magnetik materi telah diketahui orang sejak lama. Magnet mendapatkan namanya dari kota kuno Magnesia: sebuah mineral (kemudian disebut bijih besi magnetik atau magnetit) tersebar luas di sekitarnya, potongan-potongannya menarik benda-benda besi.

Interaksi magnet

Di dua sisi masing-masing magnet terletak kutub Utara dan kutub selatan. Dua buah magnet saling tarik menarik oleh kutub yang berlawanan dan saling tolak menolak oleh kutub yang sejenis. Magnet dapat bekerja satu sama lain bahkan melalui ruang hampa! Semua ini mengingatkan pada interaksi muatan listrik, namun interaksi magnet bukan listrik. Ini dibuktikan dengan fakta eksperimental berikut.

Gaya magnet melemah ketika magnet dipanaskan. Kekuatan interaksi muatan titik tidak bergantung pada suhunya.

Gaya magnet diperlemah dengan cara menggoyangkan magnet. Tidak ada hal serupa yang terjadi dengan benda bermuatan listrik.

Positif muatan listrik dapat dipisahkan dari yang negatif (misalnya, saat menyetrum badan). Tetapi tidak mungkin untuk memisahkan kutub magnet: jika Anda memotong magnet menjadi dua bagian, maka kutub juga muncul di tempat pemotongan, dan magnet pecah menjadi dua magnet dengan kutub yang berlawanan di ujungnya (berorientasi tepat dengan cara yang sama seperti kutub magnet asli).

Jadi magnetnya selalu bipolar, mereka hanya ada dalam bentuk dipol. Kutub magnet terisolasi (disebut monopol magnetik- analog muatan listrik) di alam tidak ada (dalam hal apa pun, mereka belum terdeteksi secara eksperimental). Ini mungkin asimetri yang paling mengesankan antara listrik dan magnet.

Seperti benda bermuatan listrik, magnet bekerja berdasarkan muatan listrik. Namun, magnet hanya bekerja pada bergerak mengenakan biaya; Jika muatan dalam keadaan diam relatif terhadap magnet, maka tidak ada gaya magnet yang bekerja pada muatan tersebut. Sebaliknya, benda yang dialiri listrik bekerja dengan muatan apa pun, terlepas dari apakah benda itu diam atau bergerak.

Menurut konsep modern teori aksi jarak pendek, interaksi magnet dilakukan melalui Medan gaya Yaitu, magnet menciptakan medan magnet di ruang sekitarnya, yang bekerja pada magnet lain dan menyebabkan daya tarik atau tolakan magnet yang terlihat.

Contoh magnet adalah jarum magnet kompas. Dengan bantuan jarum magnet, seseorang dapat menilai keberadaan medan magnet di wilayah ruang tertentu, serta arah medan.

Planet Bumi kita adalah magnet raksasa. Tidak jauh dari kutub utara geografis bumi terdapat kutub magnet selatan. Oleh karena itu, ujung utara jarum kompas, berbelok ke kutub magnet selatan Bumi, menunjuk ke utara geografis. Oleh karena itu, sebenarnya, nama "kutub utara" magnet muncul.

Garis medan magnet

Medan listrik, kita ingat, diselidiki dengan bantuan muatan uji kecil, dengan tindakan di mana seseorang dapat menilai besar dan arah medan. Analog dari muatan uji dalam kasus medan magnet adalah jarum magnet kecil.

Misalnya, Anda bisa mendapatkan ide geometris medan magnet dengan menempatkan jarum kompas yang sangat kecil di berbagai titik di ruang angkasa. Pengalaman menunjukkan bahwa anak panah akan berbaris di sepanjang garis tertentu - yang disebut garis medan magnet. Mari kita definisikan konsep ini dalam bentuk tiga berikutnya poin.

1. Garis-garis medan magnet, atau garis gaya magnet, adalah garis-garis berarah di ruang angkasa yang memiliki sifat sebagai berikut: jarum kompas kecil yang ditempatkan pada setiap titik dari garis tersebut berorientasi tangensial ke garis ini.

2. Arah garis medan magnet adalah arah ujung utara jarum kompas yang terletak pada titik-titik garis tersebut.

3. Semakin tebal garisnya, semakin kuat medan magnet di wilayah ruang tertentu..

Peran jarum kompas dapat berhasil dilakukan oleh serbuk besi: dalam medan magnet, serbuk kecil dimagnetisasi dan berperilaku persis seperti jarum magnet.

Jadi, setelah menuangkan serbuk besi di sekitar magnet permanen, kita akan melihat kira-kira gambar garis medan magnet berikut (Gbr. 1).

Beras. 1. Medan magnet permanen

Kutub utara magnet ditunjukkan dengan warna biru dan huruf; kutub selatan - berwarna merah dan huruf . Perhatikan bahwa garis-garis medan keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan, karena ke kutub selatan magnet itulah ujung utara dari jarum kompas akan menunjuk.

Pengalaman Oersted

Meskipun listrik dan fenomena magnet dikenal orang sejak zaman kuno, tidak ada hubungan di antara mereka lama tidak diamati. Selama beberapa abad, penelitian tentang listrik dan magnetisme berjalan secara paralel dan independen satu sama lain.

Fakta luar biasa bahwa fenomena listrik dan magnet sebenarnya terkait satu sama lain pertama kali ditemukan pada tahun 1820 dalam eksperimen terkenal Oersted.

Skema percobaan Oersted ditunjukkan pada gambar. 2 (gambar dari rt.mipt.ru). Di atas jarum magnet (dan - kutub utara dan selatan panah) adalah konduktor logam yang terhubung ke sumber arus. Jika Anda menutup sirkuit, maka panah berubah tegak lurus terhadap konduktor!
Eksperimen sederhana ini menunjukkan langsung hubungan antara listrik dan magnet. Eksperimen yang mengikuti pengalaman Oersted dengan kuat membentuk pola berikut: medan magnet yang dihasilkan arus listrik dan bekerja pada arus.

Beras. 2. Eksperimen Oersted

Gambar garis-garis medan magnet yang ditimbulkan oleh suatu penghantar berarus tergantung pada bentuk penghantar tersebut.

Medan magnet dari kawat lurus dengan arus

Garis-garis medan magnet pada kawat lurus yang dialiri arus adalah lingkaran konsentris. Pusat lingkaran ini terletak pada kawat, dan bidangnya tegak lurus terhadap kawat (Gbr. 3).

Beras. 3. Bidang kabel langsung dengan arus

Ada dua alternatif aturan untuk menentukan arah garis medan magnet arus searah.

aturan jarum jam. Garis-garis medan berlawanan arah jarum jam jika dilihat sehingga arus mengalir ke arah kita..

aturan sekrup(atau aturan gimlet, atau aturan pembuka botol- itu lebih dekat dengan seseorang ;-)). Garis medan menuju ke mana sekrup (dengan ulir kanan konvensional) harus diputar untuk bergerak di sepanjang ulir ke arah arus.

Gunakan aturan mana pun yang paling cocok untuk Anda. Lebih baik membiasakan diri dengan aturan searah jarum jam - Anda sendiri nantinya akan melihat bahwa itu lebih universal dan lebih mudah digunakan (dan kemudian mengingatnya dengan rasa terima kasih di tahun pertama Anda ketika Anda mempelajari geometri analitik).

pada gambar. 3, sesuatu yang baru juga muncul: ini adalah vektor, yang disebut induksi medan magnet, atau induksi magnet. Vektor induksi magnetik adalah analog dari vektor kekuatan medan listrik: ia berfungsi karakteristik kekuatan medan magnet, menentukan gaya yang digunakan medan magnet pada muatan yang bergerak.

Kita akan berbicara tentang gaya dalam medan magnet nanti, tetapi untuk saat ini kita hanya akan mencatat bahwa besar dan arah medan magnet ditentukan oleh vektor induksi magnet. Pada setiap titik dalam ruang, vektor diarahkan ke arah yang sama dengan ujung utara jarum kompas yang ditempatkan di titik ini, yaitu bersinggungan dengan garis medan dalam arah garis ini. Induksi magnetik diukur dalam teslach(Tl).

Seperti dalam kasus medan listrik, untuk induksi medan magnet, prinsip superposisi. Itu terletak pada kenyataan bahwa induksi medan magnet yang dibuat pada titik tertentu oleh berbagai arus ditambahkan secara vektor dan memberikan vektor induksi magnet yang dihasilkan:.

Medan magnet kumparan dengan arus

Mari kita perhatikan kumparan melingkar yang bersirkulasi D.C.. Kami tidak menunjukkan sumber yang menciptakan arus pada gambar.

Gambar garis bidang belokan kita kira-kira akan memiliki bentuk sebagai berikut (Gbr. 4).

Beras. 4. Bidang kumparan dengan arus

Penting bagi kita untuk dapat menentukan di setengah ruang (relatif terhadap bidang kumparan) medan magnet diarahkan. Sekali lagi kami memiliki dua aturan alternatif.

aturan jarum jam. Garis medan menuju ke sana, melihat dari mana arus tampaknya bersirkulasi berlawanan arah jarum jam.

aturan sekrup. Garis medan menuju ke mana sekrup (dengan ulir kanan konvensional) akan bergerak jika diputar ke arah arus.

Seperti yang Anda lihat, peran arus dan medan dibalik - dibandingkan dengan formulasi aturan ini untuk kasus arus searah.

Medan magnet kumparan dengan arus

Gulungan ternyata, jika erat, melilit ke lilitan, melilitkan kawat menjadi spiral yang cukup panjang (Gbr. 5 - gambar dari situs en.wikipedia.org). Kumparan mungkin memiliki beberapa puluh, ratusan atau bahkan ribuan putaran. Kumparan juga disebut solenoida.

Beras. 5. Kumparan (solenoid)

Medan magnet satu putaran, seperti yang kita ketahui, tidak terlihat sangat sederhana. bidang? belokan individu dari kumparan ditumpangkan satu sama lain, dan tampaknya hasilnya akan menjadi gambar yang sangat membingungkan. Namun, ini tidak terjadi: bidang kumparan panjang memiliki struktur sederhana yang tidak terduga (Gbr. 6).

Beras. 6. medan kumparan dengan arus

Pada gambar ini, arus dalam kumparan berlawanan arah jarum jam jika dilihat dari kiri (ini akan terjadi jika, pada Gambar. 5, ujung kanan kumparan dihubungkan ke "plus" dari sumber arus, dan ujung kiri ke "minusnya"). Kita melihat bahwa medan magnet kumparan memiliki dua sifat karakteristik.

1. Di dalam kumparan, jauh dari tepinya, medan magnetnya adalah homogen: pada setiap titik, vektor induksi magnet adalah sama besar dan arahnya. Garis medan adalah garis lurus sejajar; mereka menekuk hanya di dekat tepi kumparan ketika mereka keluar.

2. Di luar kumparan, medannya mendekati nol. Semakin banyak lilitan dalam kumparan, semakin lemah medan di luarnya.

Perhatikan bahwa kumparan yang panjangnya tak terhingga tidak memancarkan medan sama sekali: tidak ada medan magnet di luar kumparan. Di dalam kumparan seperti itu, medannya seragam di mana-mana.

Tidakkah itu mengingatkanmu pada sesuatu? Kumparan adalah pasangan "magnetik" dari kapasitor. Anda ingat bahwa kapasitor menciptakan homogen Medan listrik, yang garis-garisnya hanya ditekuk di dekat tepi pelat, dan di luar kapasitor, medannya mendekati nol; kapasitor dengan pelat tak terbatas tidak melepaskan medan sama sekali, dan medan seragam di mana-mana di dalamnya.

Dan sekarang - pengamatan utama. Coba bandingkan gambar garis medan magnet di luar kumparan (Gbr. 6) dengan garis medan magnet di Gbr. satu . Itu hal yang sama, bukan? Dan sekarang kita sampai pada pertanyaan yang mungkin sudah lama Anda miliki: jika medan magnet dihasilkan oleh arus dan bekerja pada arus, lalu apa alasan munculnya medan magnet di dekat magnet permanen? Lagi pula, magnet ini tampaknya bukan konduktor dengan arus!

Hipotesis Ampere. Arus dasar

Pada awalnya, diperkirakan bahwa interaksi magnet disebabkan oleh muatan magnet khusus yang terkonsentrasi di kutub. Tapi, tidak seperti listrik, tidak ada yang bisa mengisolasi muatan magnet; lagi pula, seperti yang telah kami katakan, tidak mungkin untuk mendapatkan kutub utara dan selatan magnet secara terpisah - kutub selalu ada dalam magnet berpasangan.

Keraguan tentang muatan magnet diperparah oleh pengalaman Oersted, ketika ternyata medan magnet dihasilkan oleh arus listrik. Selain itu, ternyata untuk magnet apa pun dimungkinkan untuk memilih konduktor dengan arus dengan konfigurasi yang sesuai, sehingga medan konduktor ini bertepatan dengan medan magnet.

Ampere mengajukan hipotesis yang berani. Tidak ada muatan magnet. Aksi magnet dijelaskan oleh arus listrik tertutup di dalamnya..

Apa arus-arus ini? Ini arus dasar beredar di dalam atom dan molekul; mereka terkait dengan pergerakan elektron dalam orbit atom. Medan magnet benda apa pun terdiri dari medan magnet arus elementer ini.

Arus dasar dapat ditempatkan secara acak relatif satu sama lain. Kemudian medannya saling meniadakan, dan benda itu tidak menunjukkan sifat magnetik.

Tetapi jika arus dasar dikoordinasikan, maka medannya, bertambah, saling memperkuat. Tubuh menjadi magnet (Gbr. 7; medan magnet akan diarahkan ke kita; kutub utara magnet juga akan diarahkan ke kita).

Beras. 7. Arus magnet dasar

Hipotesis Ampere tentang arus elementer menjelaskan sifat-sifat magnet Pemanasan dan pengocokan magnet merusak susunan arus elementernya, dan sifat magnetik melemahkan. Ketidakterpisahan kutub magnet menjadi jelas: di tempat magnet dipotong, kita mendapatkan arus dasar yang sama di ujungnya. Kemampuan suatu benda untuk menjadi magnet dalam medan magnet dijelaskan oleh keselarasan terkoordinasi dari arus dasar yang "berputar" dengan benar (baca tentang rotasi arus melingkar dalam medan magnet di lembar berikutnya).

Hipotesis Ampère ternyata benar - ini menunjukkan pengembangan lebih lanjut fisika. Konsep arus dasar telah menjadi bagian integral dari teori atom, yang sudah dikembangkan pada abad kedua puluh - hampir seratus tahun setelah dugaan brilian Ampere.