Cosa sappiamo delle linee di forza di un campo magnetico, oltre al fatto che nello spazio locale vicino a magneti permanenti o conduttori di corrente, c'è un campo magnetico che si manifesta sotto forma di linee di forza, o in modo più combinazione familiare - sotto forma di linee di forza magnetiche?

C'è un molto strada conveniente ottenere un quadro chiaro delle linee del campo magnetico usando la limatura di ferro. Per fare questo, è necessario versare un po' di limatura di ferro su un foglio di carta o cartone e portare uno dei poli del magnete dal basso. La segatura viene magnetizzata e disposta lungo le linee del campo magnetico sotto forma di catene di micromagneti. Nella fisica classica, magnetico linee di forza sono definite come linee di un campo magnetico, le tangenti alle quali in ogni punto indicano la direzione del campo in quel punto.

Utilizzando l'esempio di diversi disegni con diverse disposizioni di linee di forza magnetiche, consideriamo la natura del campo magnetico attorno ai conduttori che trasportano corrente e ai magneti permanenti.

La Figura 1 mostra una vista delle linee di forza magnetica di una bobina circolare con corrente e la Figura 2 mostra un'immagine di linee di forza magnetica attorno a un filo rettilineo con corrente. In Fig. 2, al posto della segatura vengono utilizzati piccoli aghi magnetici. Questa figura mostra come quando cambia la direzione della corrente, cambia anche la direzione delle linee del campo magnetico. La relazione tra la direzione della corrente e la direzione delle linee del campo magnetico è solitamente determinata utilizzando la "regola del succhiello", la cui rotazione dell'impugnatura mostrerà la direzione delle linee del campo magnetico se il succhiello è avvitato nella direzione della corrente.

La Figura 3 mostra un'immagine delle linee di forza magnetica di una barra magnetica e la Figura 4 mostra un'immagine delle linee di forza magnetica di un lungo solenoide con corrente. Si richiama l'attenzione sulla somiglianza della posizione esterna delle linee del campo magnetico in entrambe le figure (Fig. 3 e Fig. 4). Le linee di forza da un'estremità del solenoide che trasporta corrente si estendono all'altra allo stesso modo di una barra magnetica. La forma stessa delle linee del campo magnetico all'esterno del solenoide con la corrente è identica alla forma delle linee di una barra magnetica. Un solenoide che trasporta corrente ha anche i poli nord e sud e una zona neutra. Due solenoidi che trasportano corrente o un solenoide e un magnete interagiscono come due magneti.

Cosa puoi vedere quando guardi le immagini dei campi magnetici di magneti permanenti, conduttori rettilinei con corrente o bobine con corrente utilizzando limatura di ferro? caratteristica principale le linee del campo magnetico, come mostrano le immagini della posizione della segatura, questo è il loro isolamento. Un'altra caratteristica delle linee del campo magnetico è la loro direzionalità. Un piccolo ago magnetico, posizionato in qualsiasi punto del campo magnetico, con il suo polo nord indicherà la direzione delle linee di forza magnetiche. Per chiarezza, abbiamo convenuto di presumere che le linee del campo magnetico emanino dal polo nord magnetico di una barra magnetica ed entrino nel suo polo sud. Lo spazio magnetico locale vicino a magneti o conduttori con corrente è un mezzo elastico continuo. L'elasticità di questo mezzo è confermata da numerosi esperimenti, ad esempio quando gli omonimi poli dei magneti permanenti vengono respinti.

Anche prima, ho ipotizzato che il campo magnetico attorno ai magneti o ai conduttori di corrente sia un mezzo elastico continuo con proprietà magnetiche, in cui si formano onde di interferenza. Alcune di queste onde sono chiuse. È in questo mezzo elastico continuo che si forma uno schema di interferenza di linee di campo magnetico, che si manifesta con l'uso della limatura di ferro. Un mezzo continuo è creato dalla radiazione di sorgenti nella microstruttura della materia.

Ricorda gli esperimenti sull'interferenza delle onde da un libro di testo di fisica, in cui una piastra oscillante con due punte colpisce l'acqua. In questo esperimento, si può vedere che l'intersezione reciproca sotto angoli diversi due onde non hanno effetto sul loro ulteriore movimento. In altre parole, le onde si attraversano senza influenzare ulteriormente la propagazione di ciascuna. Per le onde luminose (elettromagnetiche), vale la stessa regolarità.

Cosa succede in quelle aree dello spazio in cui due onde si intersecano (Fig. 5) - sono sovrapposte l'una all'altra? Ogni particella del mezzo che si trova nel percorso di due onde partecipa contemporaneamente alle oscillazioni di queste onde, cioè il suo movimento è la somma delle oscillazioni di due onde. Queste fluttuazioni sono un modello di onde di interferenza con i loro massimi e minimi come risultato della sovrapposizione di due o di più onde, cioè somma delle loro oscillazioni in ogni punto del mezzo attraverso il quale passano queste onde. Gli esperimenti hanno stabilito che il fenomeno dell'interferenza si osserva sia per le onde che si propagano nel mezzo che per onde elettromagnetiche, cioè l'interferenza è esclusivamente una proprietà delle onde e non dipende né dalle proprietà del mezzo né dalla sua presenza. Va ricordato che l'interferenza dell'onda si verifica a condizione che le oscillazioni siano coerenti (abbinate), cioè le oscillazioni devono avere una differenza di fase costante e la stessa frequenza.

Nel nostro caso con la limatura di ferro linee di campo magnetico sono linee con il numero più grande segatura situata al massimo delle onde di interferenza e linee con una quantità minore di segatura si trovano tra i massimi (ai minimi) delle onde di interferenza.

Sulla base dell'ipotesi di cui sopra si possono trarre le seguenti conclusioni.

1. Un campo magnetico è un mezzo che si forma vicino a un magnete permanente o un conduttore che trasporta corrente come risultato della radiazione proveniente da sorgenti nella microstruttura di un magnete o conduttore di singole onde micromagnetiche.

2. Queste onde micromagnetiche interagiscono in ogni punto del campo magnetico, formando uno schema di interferenza sotto forma di linee di forza magnetica.

3. Le onde micromagnetiche sono micro vortici di energia chiusi con micro poli in grado di essere attratti l'uno dall'altro, formando linee elastiche chiuse.

4. Micro sorgenti nella microstruttura di una sostanza che emettono onde micromagnetiche, che formano un pattern di interferenza di un campo magnetico, hanno la stessa frequenza di oscillazione e la loro radiazione ha una differenza di fase costante nel tempo.

Come avviene il processo di magnetizzazione dei corpi, che porta alla formazione di un campo magnetico attorno a loro, ad es. quali processi si verificano nella microstruttura dei magneti e dei conduttori di corrente? Per rispondere a questa e ad altre domande, è necessario ricordare alcune caratteristiche della struttura dell'atomo.

Pertanto, l'induzione del campo magnetico sull'asse di una bobina circolare con corrente diminuisce in proporzione inversa alla terza potenza della distanza dal centro della bobina a un punto sull'asse. Il vettore di induzione magnetica sull'asse della bobina è parallelo all'asse. La sua direzione può essere determinata usando la vite giusta: se si dirige la vite destra parallelamente all'asse della bobina e la si ruota nella direzione della corrente nella bobina, allora la direzione del movimento di traslazione della vite mostrerà la direzione del vettore di induzione magnetica.

3.5 Linee del campo magnetico

Il campo magnetico, come quello elettrostatico, è convenientemente rappresentato in forma grafica, utilizzando linee di campo magnetico.

La linea di forza di un campo magnetico è una linea, la tangente alla quale in ogni punto coincide con la direzione del vettore di induzione magnetica.

Le linee di forza del campo magnetico sono disegnate in modo tale che la loro densità sia proporzionale all'entità dell'induzione magnetica: maggiore è l'induzione magnetica in un certo punto, maggiore è la densità delle linee di forza.

Pertanto, le linee del campo magnetico sono simili alle linee del campo elettrostatico.

Tuttavia, hanno anche alcune particolarità.

Consideriamo un campo magnetico creato da un conduttore rettilineo di corrente I.

Sia questo conduttore perpendicolare al piano della figura.

In punti diversi situati alla stessa distanza dal conduttore, l'induzione è la stessa in grandezza.

direzione del vettore A in punti diversi mostrato in figura.

La retta, la tangente alla quale in tutti i punti coincide con la direzione del vettore di induzione magnetica, è un cerchio.

Pertanto, le linee del campo magnetico in questo caso sono cerchi che racchiudono il conduttore. I centri di tutte le linee di forza si trovano sul conduttore.

Pertanto, le linee di forza del campo magnetico sono chiuse (le linee di forza di un campo elettrostatico non possono essere chiuse, iniziano e finiscono con le cariche).

Quindi il campo magnetico è eddy(i cosiddetti campi le cui linee di forza sono chiuse).

La chiusura delle linee di forza significa un'altra caratteristica molto importante del campo magnetico: in natura non ci sono (almeno non ancora scoperte) cariche magnetiche che sarebbero la fonte di un campo magnetico di una certa polarità.

Pertanto, non esiste un polo magnetico nord o sud separatamente esistente di un magnete.

Anche se hai visto un magnete permanente a metà, ottieni due magneti, ognuno dei quali ha entrambi i poli.

3.6. forza di Lorentz

È stato sperimentalmente stabilito che una forza agisce su una carica che si muove in un campo magnetico. Questa forza è chiamata forza di Lorentz:

.

Modulo di forza di Lorentz

,

dove a è l'angolo tra i vettori v e B .

La direzione della forza di Lorentz dipende dalla direzione del vettore. Può essere determinato utilizzando la regola della vite destra o la regola della mano sinistra. Ma la direzione della forza di Lorentz non coincide necessariamente con la direzione del vettore!

Il punto è che la forza di Lorentz è uguale al risultato del prodotto del vettore [ v , A ] a uno scalare q. Se la carica è positiva, allora F lè parallelo al vettore [ v , A ]. Se q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , A ] (Guarda la figura).

Se una particella carica si muove parallelamente alle linee del campo magnetico, allora l'angolo a tra i vettori di velocità e di induzione magnetica zero. Pertanto, la forza di Lorentz non agisce su tale carica (sin 0 = 0, F l = 0).

Se la carica si muove perpendicolarmente alle linee del campo magnetico, l'angolo a tra i vettori di velocità e di induzione magnetica è 90 0 . In questo caso, la forza di Lorentz ha il massimo valore possibile: F l = q v B.

La forza di Lorentz è sempre perpendicolare alla velocità della carica. Ciò significa che la forza di Lorentz non può cambiare l'entità della velocità di movimento, ma cambia la sua direzione.

Pertanto, in un campo magnetico uniforme, una carica che è volata in un campo magnetico perpendicolare alle sue linee di forza si muoverà in un cerchio.

Se solo la forza di Lorentz agisce sulla carica, allora il movimento della carica obbedisce alla seguente equazione, compilata sulla base della seconda legge di Newton: ma = F l.

Poiché la forza di Lorentz è perpendicolare alla velocità, l'accelerazione di una particella carica è centripeta (normale): (qui Rè il raggio di curvatura della traiettoria della particella carica).

Linee di campo magnetico

I campi magnetici, come i campi elettrici, possono essere rappresentati graficamente utilizzando linee di forza. Una linea del campo magnetico, o linea di induzione del campo magnetico, è una linea la cui tangente in ogni punto coincide con la direzione del vettore di induzione del campo magnetico.

un)	b)	in)

Riso. 1.2. Linee di forza del campo magnetico in corrente continua (a),

corrente circolare (b), solenoide (c)

Le linee di forza magnetiche, come le linee elettriche, non si intersecano. Sono disegnati con una densità tale che il numero di linee che attraversano una superficie unitaria perpendicolare ad esse è uguale (o proporzionale) all'entità dell'induzione magnetica del campo magnetico in un dato luogo.

Sulla fig. 1.2 un vengono mostrate le linee di forza del campo di corrente continua, che sono cerchi concentrici, il cui centro si trova sull'asse di corrente, e la direzione è determinata dalla regola della vite destra (la corrente nel conduttore è diretta verso il lettore).

Le linee di induzione magnetica possono essere "mostrate" utilizzando limatura di ferro che sono magnetizzate nel campo in studio e si comportano come piccoli aghi magnetici. Sulla fig. 1.2 b mostra le linee di forza del campo magnetico della corrente circolare. Il campo magnetico del solenoide è mostrato in fig. 1.2 in.

Le linee di forza del campo magnetico sono chiuse. Si chiamano campi con linee di forza chiuse campi di vortice. Ovviamente, il campo magnetico è un campo a vortice. Questa è la differenza essenziale tra un campo magnetico e uno elettrostatico.

In un campo elettrostatico, le linee di forza sono sempre aperte: iniziano e finiscono per cariche elettriche. Le linee di forza magnetiche non hanno né inizio né fine. Ciò corrisponde al fatto che non ci sono cariche magnetiche in natura.

1.4. Legge di Biot-Savart-Laplace

I fisici francesi J. Biot e F. Savard nel 1820 condussero uno studio sui campi magnetici creati dalle correnti che fluiscono attraverso fili sottili varie forme. Laplace analizzò i dati sperimentali ottenuti da Biot e Savart e stabilì una relazione che fu chiamata legge di Biot-Savart-Laplace.

Secondo questa legge, l'induzione del campo magnetico di qualsiasi corrente può essere calcolata come somma vettoriale (sovrapposizione) delle induzioni dei campi magnetici create dalle singole sezioni elementari della corrente. Per l'induzione magnetica del campo creato da un elemento di corrente di lunghezza, Laplace ha ottenuto la formula:

, (1.3)

dove è un vettore, modulo uguale alla lunghezza dell'elemento conduttore e coincidente in direzione con la corrente (Fig. 1.3); è il vettore raggio disegnato dall'elemento al punto in cui ; è il modulo del vettore raggio.

> Linee di campo magnetico

Come determinare linee di campo magnetico: un diagramma della forza e della direzione delle linee del campo magnetico, utilizzando una bussola per determinare i poli magnetici, disegnando.

Linee di campo magnetico utile per visualizzare visivamente l'intensità e la direzione di un campo magnetico.

Compito di apprendimento

• Correlare la forza del campo magnetico con la densità delle linee del campo magnetico.

Punti chiave

• La direzione del campo magnetico mostra gli aghi della bussola che toccano le linee del campo magnetico in qualsiasi punto specificato.
• La forza del campo B è inversamente proporzionale alla distanza tra le linee. È anche esattamente proporzionale al numero di linee per unità di area. Una linea non ne incrocia mai un'altra.
• Il campo magnetico è unico in ogni punto dello spazio.
• Le linee non sono interrotte e creano anelli chiusi.
• Le linee si estendono dal polo nord al polo sud.

Termini

• Le linee del campo magnetico sono una rappresentazione grafica dell'intensità e della direzione di un campo magnetico.
• B-field è sinonimo di campo magnetico.

Linee di campo magnetico

Da bambino, si dice che Albert Einstein amasse guardare la bussola, pensando a come l'ago sentiva la forza senza un contatto fisico diretto. Il pensiero profondo e il serio interesse hanno portato al fatto che il bambino è cresciuto e ha creato la sua rivoluzionaria teoria della relatività.

Poiché le forze magnetiche influiscono sulle distanze, calcoliamo i campi magnetici per rappresentare queste forze. I grafici a linee sono utili per visualizzare l'intensità e la direzione di un campo magnetico. L'allungamento delle linee indica l'orientamento nord dell'ago della bussola. Il magnetico è chiamato campo B.

(a) - Se si utilizza una piccola bussola per confrontare il campo magnetico attorno a una barra magnetica, verrà visualizzato giusta direzione dal polo nord a sud. (b) - L'aggiunta di frecce crea linee continue campo magnetico. La forza è proporzionale alla vicinanza delle linee. (c) - Se è possibile esaminare l'interno del magnete, le linee verranno visualizzate sotto forma di anelli chiusi

Non c'è niente di difficile nell'abbinare il campo magnetico di un oggetto. Innanzitutto, calcola l'intensità e la direzione del campo magnetico in diverse posizioni. Segna questi punti con vettori che puntano nella direzione del campo magnetico locale con una grandezza proporzionale alla sua forza. Puoi combinare frecce e formare linee di campo magnetico. La direzione in qualsiasi punto sarà parallela alla direzione delle linee di campo più vicine e la densità locale può essere proporzionale alla forza.

Le linee di forza del campo magnetico assomigliano a linee di contorno mappe topografiche, perché mostrano qualcosa di continuo. Molte delle leggi del magnetismo possono essere formulate in termini semplici, come il numero di linee di campo attraverso una superficie.

Direzione delle linee del campo magnetico, rappresentata dall'allineamento della limatura di ferro su carta posta sopra una barra magnetica

Vari fenomeni influenzano la visualizzazione delle linee. Ad esempio, la limatura di ferro su una linea di campo magnetico crea linee che corrispondono a quelle magnetiche. Sono anche visualizzati visivamente nelle aurore.

Una piccola bussola inviata nel campo si allinea parallelamente alla linea del campo, con il polo nord rivolto verso B.

Bussole in miniatura possono essere utilizzate per mostrare i campi. (a) - Il campo magnetico del circuito di corrente circolare è simile a quello magnetico. (b) - Un filo lungo e diritto forma un campo con linee di campo magnetico che creano anelli circolari. (c) - Quando il filo è nel piano della carta, il campo appare perpendicolare alla carta. Nota quali simboli sono usati per la casella che punta all'interno e all'esterno

Uno studio dettagliato dei campi magnetici ha aiutato a derivare una serie di regole importanti:

• La direzione del campo magnetico tocca la linea del campo in qualsiasi punto dello spazio.
• L'intensità del campo è proporzionale alla prossimità della linea. È anche esattamente proporzionale al numero di linee per unità di area.
• Le linee del campo magnetico non si scontrano mai, il che significa che in qualsiasi punto dello spazio il campo magnetico sarà unico.
• Le linee rimangono continue e seguono dal polo nord al polo sud.

L'ultima regola si basa sul fatto che i poli non possono essere separati. Ed è diverso dalle linee campo elettrico, in cui la fine e l'inizio sono segnati da cariche positive e negative.

Temi UTILIZZA il codificatore : interazione di magneti, campo magnetico di un conduttore con la corrente.

Le proprietà magnetiche della materia sono note alle persone da molto tempo. I magneti prendono il nome dall'antica città di Magnesia: nelle sue vicinanze era diffuso un minerale (in seguito chiamato minerale di ferro magnetico o magnetite), i cui pezzi attiravano oggetti di ferro.

Interazione dei magneti

Su due lati di ciascun magnete si trovano Polo Nord e Polo Sud. Due magneti sono attratti l'uno dall'altro da poli opposti e si respingono da poli simili. I magneti possono agire l'uno sull'altro anche attraverso il vuoto! Tutto ciò ricorda però l'interazione delle cariche elettriche l'interazione dei magneti non è elettrica. Ciò è dimostrato dai seguenti fatti sperimentali.

La forza magnetica si indebolisce quando il magnete viene riscaldato. La forza dell'interazione delle cariche puntiformi non dipende dalla loro temperatura.

La forza magnetica viene indebolita scuotendo il magnete. Non succede nulla di simile con i corpi caricati elettricamente.

Positivo cariche elettriche possono essere separati da quelli negativi (ad esempio, quando si elettrizzano i corpi). Ma è impossibile separare i poli del magnete: se si taglia il magnete in due parti, nel punto del taglio compaiono anche i poli e il magnete si rompe in due magneti con poli opposti alle estremità (orientati esattamente in allo stesso modo dei poli del magnete originale).

Quindi i magneti sempre bipolare, esistono solo nella forma dipoli. Poli magnetici isolati (cosiddetti monopoli magnetici- analoghi della carica elettrica) in natura non esistono (in ogni caso non sono stati ancora rilevati sperimentalmente). Questa è forse l'asimmetria più impressionante tra elettricità e magnetismo.

Come i corpi caricati elettricamente, i magneti agiscono sulle cariche elettriche. Tuttavia, il magnete agisce solo su in movimento caricare; Se la carica è ferma rispetto al magnete, nessuna forza magnetica agisce sulla carica. Al contrario, un corpo elettrificato agisce su qualsiasi carica, indipendentemente dal fatto che sia fermo o in movimento.

Secondo i concetti moderni della teoria dell'azione a corto raggio, l'interazione dei magneti viene eseguita attraverso campo magnetico Vale a dire, un magnete crea un campo magnetico nello spazio circostante, che agisce su un altro magnete e provoca un'attrazione o repulsione visibile di questi magneti.

Un esempio di magnete è ago magnetico bussola. Con l'aiuto di un ago magnetico, si può giudicare la presenza di un campo magnetico in una determinata regione dello spazio, nonché la direzione del campo.

Il nostro pianeta Terra è un magnete gigante. Non lontano dal polo nord geografico della Terra si trova il polo sud magnetico. Pertanto, l'estremità nord dell'ago della bussola, girando verso il polo sud magnetico della Terra, punta al nord geografico. Da qui, infatti, è nato il nome "polo nord" del magnete.

Linee di campo magnetico

Il campo elettrico, ricordiamo, viene investigato con l'ausilio di piccole cariche di prova, dall'azione sulla quale si può giudicare l'ampiezza e la direzione del campo. Un analogo di una carica di prova nel caso di un campo magnetico è un piccolo ago magnetico.

Ad esempio, puoi avere un'idea geometrica del campo magnetico posizionando aghi di bussola molto piccoli in diversi punti dello spazio. L'esperienza mostra che le frecce si allineeranno lungo determinate linee, le cosiddette linee di campo magnetico. Definiamo questo concetto nella forma prossimi tre punti.

1. Le linee di un campo magnetico, o linee di forza magnetiche, sono linee dirette nello spazio che hanno la seguente proprietà: un piccolo ago della bussola posto in ogni punto di tale linea è orientato tangenzialmente a questa linea.

2. La direzione della linea del campo magnetico è la direzione delle estremità settentrionali degli aghi della bussola situati nei punti di questa linea.

3. Più spesse sono le linee, più forte è il campo magnetico in una data regione dello spazio..

Il ruolo degli aghi della bussola può essere svolto con successo dalla limatura di ferro: in un campo magnetico, le piccole limature sono magnetizzate e si comportano esattamente come gli aghi magnetici.

Quindi, dopo aver versato la limatura di ferro attorno a un magnete permanente, vedremo approssimativamente la seguente immagine delle linee del campo magnetico (Fig. 1).

Riso. 1. Campo a magneti permanenti

Il polo nord del magnete è indicato in blu e la lettera; il polo sud - in rosso e la lettera. Si noti che le linee di campo escono dal polo nord del magnete ed entrano nel polo sud, perché è al polo sud del magnete che punterà l'estremità nord dell'ago della bussola.

L'esperienza di Oersted

Sebbene elettrico e fenomeni magnetici erano noti alle persone fin dall'antichità, nessuna relazione tra loro a lungo non è stato osservato. Per diversi secoli, la ricerca sull'elettricità e sul magnetismo è proseguita in parallelo e indipendentemente l'una dall'altra.

Il fatto straordinario che i fenomeni elettrici e magnetici siano effettivamente correlati tra loro fu scoperto per la prima volta nel 1820 nel famoso esperimento di Oersted.

Lo schema dell'esperimento di Oersted è mostrato in fico. 2 (immagine da rt.mipt.ru). Sopra l'ago magnetico (e - i poli nord e sud della freccia) c'è un conduttore metallico collegato a una fonte di corrente. Se chiudi il circuito, la freccia diventa perpendicolare al conduttore!
Questo semplice esperimento ha indicato direttamente la relazione tra elettricità e magnetismo. Gli esperimenti che seguirono l'esperienza di Oersted stabilirono fermamente il seguente schema: viene generato un campo magnetico correnti elettriche e agisce sulle correnti.

Riso. 2. L'esperimento di Oersted

L'immagine delle linee del campo magnetico generate da un conduttore con corrente dipende dalla forma del conduttore.

Campo magnetico di un filo rettilineo con corrente

Le linee del campo magnetico di un filo rettilineo che trasporta corrente sono cerchi concentrici. I centri di questi cerchi giacciono sul filo e i loro piani sono perpendicolari al filo (Fig. 3).

Riso. 3. Campo di un filo diretto con corrente

Esistono due regole alternative per determinare la direzione delle linee del campo magnetico in corrente continua.

regola della lancetta delle ore. Le linee di campo vanno in senso antiorario se viste in modo che la corrente fluisca verso di noi..

regola della vite(o regola del succhiello, o regola del cavatappi- è più vicino a qualcuno ;-)). Le linee di campo vanno dove la vite (con filettatura destrorsa convenzionale) deve essere ruotata per spostarsi lungo la filettatura nella direzione della corrente.

Usa la regola più adatta a te. È meglio abituarsi alla regola del senso orario: tu stesso in seguito vedrai che è più universale e più facile da usare (e poi ricordalo con gratitudine nel tuo primo anno quando studi la geometria analitica).

Sulla fig. 3, è apparso anche qualcosa di nuovo: questo è un vettore, che si chiama induzione del campo magnetico, o induzione magnetica. Il vettore di induzione magnetica è un analogo del vettore di intensità del campo elettrico: serve caratteristica di potenza campo magnetico, determinando la forza con cui il campo magnetico agisce sulle cariche in movimento.

Parleremo più avanti delle forze in un campo magnetico, ma per ora noteremo solo che l'intensità e la direzione del campo magnetico sono determinate dal vettore di induzione magnetica. In ogni punto dello spazio, il vettore è diretto nella stessa direzione dell'estremità nord dell'ago della bussola posto in questo punto, cioè tangente alla linea di campo nella direzione di questa linea. L'induzione magnetica è misurata in teslach(Tl).

Come nel caso di un campo elettrico, per l'induzione di un campo magnetico, principio di sovrapposizione. Sta nel fatto che l'induzione di campi magnetici creati in un dato punto da varie correnti vengono sommati vettorialmente e danno il vettore di induzione magnetica risultante:.

Il campo magnetico di una bobina con corrente

Consideriamo una spira circolare lungo la quale circola DC. Non mostriamo la sorgente che crea la corrente nella figura.

L'immagine delle linee del campo del nostro turno avrà approssimativamente la forma seguente (Fig. 4).

Riso. 4. Campo della bobina con corrente

Sarà importante per noi essere in grado di determinare in quale semispazio (rispetto al piano della bobina) è diretto il campo magnetico. Anche in questo caso abbiamo due regole alternative.

regola della lancetta delle ore. Le linee di campo vanno lì, guardando da dove la corrente sembra circolare in senso antiorario.

regola della vite. Le linee di campo vanno dove la vite (con filettature destrorse convenzionali) si sposterebbe se ruotata nella direzione della corrente.

Come puoi vedere, i ruoli della corrente e del campo sono invertiti, rispetto alle formulazioni di queste regole per il caso della corrente continua.

Il campo magnetico di una bobina con corrente

Bobina risulterà, se strettamente, bobina per bobina, avvolgere il filo in una spirale sufficientemente lunga (Fig. 5 - immagine dal sito en.wikipedia.org). La bobina può avere diverse decine, centinaia o addirittura migliaia di giri. La bobina è anche chiamata solenoide.

Riso. 5. Bobina (solenoide)

Il campo magnetico di un giro, come sappiamo, non sembra molto semplice. Campi? i singoli giri della bobina sono sovrapposti l'uno all'altro e sembrerebbe che il risultato dovrebbe essere un'immagine molto confusa. Tuttavia, non è così: il campo di una lunga bobina ha una struttura inaspettatamente semplice (Fig. 6).

Riso. 6. campo bobina con corrente

In questa figura, la corrente nella bobina va in senso antiorario se vista da sinistra (questo accadrà se, in Fig. 5, l'estremità destra della bobina è collegata al "più" della sorgente di corrente e l'estremità sinistra a il "meno"). Vediamo che il campo magnetico della bobina ha due proprietà caratteristiche.

1. All'interno della bobina, lontano dai suoi bordi, c'è il campo magnetico omogeneo: in ogni punto, il vettore di induzione magnetica è lo stesso in grandezza e direzione. Le linee di campo sono rette parallele; si piegano solo vicino ai bordi della bobina quando escono.

2. Al di fuori della bobina, il campo è prossimo allo zero. Più giri nella bobina, più debole è il campo al di fuori di essa.

Si noti che una bobina infinitamente lunga non emette alcun campo: non c'è campo magnetico all'esterno della bobina. All'interno di una tale bobina, il campo è uniforme ovunque.

Non ti ricorda niente? Una bobina è la controparte "magnetica" di un condensatore. Ricordi che un condensatore crea un omogeneo campo elettrico, le cui linee sono piegate solo vicino ai bordi delle piastre, e all'esterno del condensatore, il campo è prossimo allo zero; un condensatore con piastre infinite non rilascia affatto il campo e il campo è uniforme ovunque al suo interno.

E ora - l'osservazione principale. Confronta, per favore, l'immagine delle linee di campo magnetico all'esterno della bobina (Fig. 6) con le linee di campo del magnete in Fig. uno . È la stessa cosa, no? E ora arriviamo a una domanda che probabilmente ti sei fatto molto tempo fa: se un campo magnetico è generato da correnti e agisce sulle correnti, allora qual è il motivo della comparsa di un campo magnetico vicino a un magnete permanente? Dopotutto, questo magnete non sembra essere un conduttore di corrente!

L'ipotesi di Ampère. Correnti elementari

All'inizio si pensava che l'interazione dei magneti fosse dovuta a speciali cariche magnetiche concentrate ai poli. Ma, a differenza dell'elettricità, nessuno poteva isolare la carica magnetica; del resto, come abbiamo già detto, non è stato possibile ottenere separatamente i poli nord e sud del magnete: i poli sono sempre presenti nel magnete a coppie.

I dubbi sulle cariche magnetiche sono stati aggravati dall'esperienza di Oersted, quando si è scoperto che il campo magnetico è generato da una corrente elettrica. Inoltre, si è scoperto che per qualsiasi magnete è possibile scegliere un conduttore con una corrente di configurazione appropriata, tale che il campo di questo conduttore coincida con il campo del magnete.

Ampere ha avanzato un'ipotesi audace. Non ci sono cariche magnetiche. L'azione di un magnete è spiegata da correnti elettriche chiuse al suo interno..

Quali sono queste correnti? Questi correnti elementari circolano all'interno di atomi e molecole; sono associati al movimento degli elettroni nelle orbite atomiche. Il campo magnetico di qualsiasi corpo è costituito dai campi magnetici di queste correnti elementari.

Le correnti elementari possono essere posizionate casualmente l'una rispetto all'altra. Quindi i loro campi si annullano a vicenda e il corpo non mostra proprietà magnetiche.

Ma se le correnti elementari sono coordinate, allora i loro campi, sommandosi, si rafforzano a vicenda. Il corpo diventa un magnete (Fig. 7; il campo magnetico sarà diretto verso di noi; anche il polo nord del magnete sarà diretto verso di noi).

Riso. 7. Correnti magnetiche elementari

L'ipotesi di Ampere sulle correnti elementari ha chiarito le proprietà dei magneti: riscaldare e scuotere un magnete distrugge l'ordine delle sue correnti elementari e proprietà magnetiche indebolire. L'inseparabilità dei poli del magnete è diventata evidente: nel punto in cui è stato tagliato il magnete, otteniamo le stesse correnti elementari alle estremità. La capacità di un corpo di essere magnetizzato in un campo magnetico è spiegata dall'allineamento coordinato di correnti elementari che "ruotano" correttamente (leggi sulla rotazione di una corrente circolare in un campo magnetico nel foglio successivo).

L'ipotesi di Ampère si è rivelata corretta - lo ha mostrato ulteriori sviluppi fisica. Il concetto di correnti elementari è diventato parte integrante della teoria dell'atomo, sviluppata già nel XX secolo, a quasi cento anni dalla brillante congettura di Ampère.