Ką mes žinome apie magnetinio lauko jėgos linijas, be to, kad vietinėje erdvėje prie nuolatinių magnetų ar laidininkų, turinčių srovę, yra magnetinis laukas, kuris pasireiškia jėgos linijų pavidalu arba daugiau pažįstamas derinys – magnetinių jėgos linijų pavidalu?

Yra labai patogus būdas gaukite aiškų magnetinio lauko linijų vaizdą naudodami geležies drožles. Norėdami tai padaryti, ant popieriaus ar kartono lapo reikia užpilti šiek tiek geležies drožlių ir iš apačios atnešti vieną iš magneto polių. Pjuvenos yra įmagnetintos ir išdėstytos išilgai magnetinio lauko linijų mikromagnetų grandinių pavidalu. Klasikinėje fizikoje magnetinė jėgos linijos apibrėžiami kaip magnetinio lauko linijos, kurių liestinės kiekviename taške rodo lauko kryptį tame taške.

Kelių brėžinių su skirtingais magnetinių jėgos linijų išdėstymu pavyzdžiu panagrinėkime magnetinio lauko aplink srovės laidininkus ir nuolatinius magnetus pobūdį.

1 paveiksle parodytas apskritos ritės su srove magnetinių jėgos linijų vaizdas, o 2 paveiksle - magnetinių jėgos linijų aplink tiesią laidą su srove vaizdas. 2 pav. vietoj pjuvenų naudojamos mažos magnetinės adatėlės. Šiame paveikslėlyje parodyta, kaip keičiantis srovės krypčiai, keičiasi ir magnetinio lauko linijų kryptis. Ryšys tarp srovės krypties ir magnetinio lauko linijų krypties dažniausiai nustatomas taikant „smagistės taisyklę“, kurios rankenos sukimasis parodys magnetinio lauko linijų kryptį, jei įsukamas antgalis. srovės kryptimi.

3 paveiksle parodytas strypo magneto magnetinių jėgos linijų vaizdas, o 4 paveiksle – ilgo solenoido su srove magnetinių jėgos linijų vaizdas. Atkreipiamas dėmesys į magnetinio lauko linijų išorinės padėties panašumą abiejuose paveiksluose (3 pav. ir 4 pav.). Jėgos linijos nuo vieno srovę nešančio solenoido galo tęsiasi iki kito taip pat, kaip ir strypo magnetas. Pati magnetinio lauko linijų, esančių už solenoido su srove, forma yra identiška strypo magneto linijų formai. Srovę nešantis solenoidas taip pat turi šiaurės ir pietų polius bei neutralią zoną. Du srovę nešantys solenoidai arba solenoidas ir magnetas sąveikauja kaip du magnetai.

Ką galite pamatyti žiūrėdami į nuolatinių magnetų, tiesių laidininkų su srove arba ritinių su srove, naudojant geležies drožles, magnetinių laukų nuotraukas? Pagrindinis bruožas magnetinio lauko linijos, kaip rodo pjuvenų vietos nuotraukos, tai yra jų izoliacija. Kitas magnetinio lauko linijų bruožas yra jų kryptingumas. Maža magnetinė adata, esanti bet kuriame magnetinio lauko taške, su šiauriniu poliumi parodys magnetinių jėgos linijų kryptį. Tikslumui sutikome daryti prielaidą, kad magnetinio lauko linijos kyla iš strypo magneto šiaurinio magnetinio poliaus ir patenka į jo pietinį polių. Vietinė magnetinė erdvė šalia magnetų ar laidininkų su srove yra nuolatinė tampri terpė. Šios terpės elastingumą patvirtina daugybė eksperimentų, pavyzdžiui, kai atstumiami to paties pavadinimo nuolatinių magnetų poliai.

Dar anksčiau iškėliau hipotezę, kad magnetinis laukas aplink magnetus arba srovės laidininkus yra ištisinė elastinga terpė, turinti magnetinių savybių, kurioje susidaro trukdžių bangos. Kai kurios iš šių bangų yra uždarytos. Būtent šioje ištisinėje elastingoje terpėje susidaro magnetinio lauko linijų interferencinis raštas, kuris pasireiškia naudojant geležies drožles. Ištisinė terpė susidaro medžiagos mikrostruktūros šaltinių spinduliuote.

Prisiminkite eksperimentus su bangų trukdžiais iš fizikos vadovėlio, kuriame svyruojanti plokštė su dviem antgaliais atsitrenkia į vandenį. Šiame eksperimente matyti, kad abipusė sankirta pagal skirtingi kampai dvi bangos neturi jokios įtakos tolesniam jų judėjimui. Kitaip tariant, bangos praeina viena per kitą, nedarančios įtakos kiekvienos iš jų sklidimui. Tas pats dėsningumas galioja ir šviesos (elektromagnetinėms) bangoms.

Kas atsitinka tose erdvės srityse, kuriose susikerta dvi bangos (5 pav.) – jos yra viena ant kitos? Kiekviena terpės dalelė, esanti dviejų bangų kelyje, vienu metu dalyvauja šių bangų virpesiuose, t.y. jo judėjimas yra dviejų bangų svyravimų suma. Šie svyravimai yra interferencinių bangų modelis su maksimaliais ir minimumais, atsirandančiais dėl dviejų arba daugiau bangos, t.y. jų virpesių pridėjimas kiekviename terpės taške, per kurį praeina šios bangos. Eksperimentais nustatyta, kad trukdžių reiškinys stebimas tiek bangoms, sklindančioms terpėje, tiek elektromagnetines bangas, tai yra, trukdžiai yra išskirtinai bangų savybė ir nepriklauso nei nuo terpės savybių, nei nuo jos buvimo. Reikėtų prisiminti, kad bangų trukdžiai atsiranda su sąlyga, kad svyravimai yra koherentiniai (suderinti), t.y. svyravimai turi turėti pastovų fazių skirtumą ir vienodą dažnį.

Mūsų atveju su geležies drožlėmis magnetinio lauko linijos yra linijos su didžiausias skaičius pjuvenos, esančios interferencinių bangų maksimumuose, o linijos su mažesniu pjuvenų skaičiumi yra tarp interferencijos bangų maksimumų (minimalių).

Remiantis aukščiau pateikta hipoteze, galima padaryti tokias išvadas.

1. Magnetinis laukas – tai terpė, kuri susidaro šalia nuolatinio magneto arba srovę nešančio laidininko dėl magneto mikrostruktūroje esančių šaltinių spinduliuotės arba atskirų mikromagnetinių bangų laidininko.

2. Šios mikromagnetinės bangos sąveikauja kiekviename magnetinio lauko taške, sudarydamos interferencijos modelį magnetinių jėgos linijų pavidalu.

3. Mikromagnetinės bangos yra uždari mikro energijos sūkuriai su mikropoliais, galinčiais traukti vienas kitą, sudarydami elastingas uždaras linijas.

4. Medžiagos mikrostruktūroje esantys mikro šaltiniai, skleidžiantys mikromagnetines bangas, kurios sudaro magnetinio lauko interferencijos modelį, turi vienodą virpesių dažnį, o jų spinduliuotės fazių skirtumas yra pastovus laike.

Kaip vyksta kūnų įmagnetinimo procesas, dėl kurio aplink juos susidaro magnetinis laukas, t.y. kokie procesai vyksta magnetų ir srovės laidininkų mikrostruktūroje? Norint atsakyti į šį ir kitus klausimus, būtina prisiminti kai kuriuos atomo sandaros ypatumus.

Taigi, magnetinio lauko indukcija apskritos ritės ašyje su srove mažėja atvirkščiai proporcingai trečiajai atstumo nuo ritės centro iki ašies taško galiai. Magnetinės indukcijos vektorius ant ritės ašies yra lygiagretus ašiai. Jo kryptį galima nustatyti naudojant dešinįjį varžtą: jei nukreipiate dešinįjį varžtą lygiagrečiai ritės ašiai ir pasukate jį ritėje srovės kryptimi, tada varžto judėjimo kryptis parodys kryptį. magnetinės indukcijos vektoriaus.

3.5 Magnetinio lauko linijos

Magnetinis laukas, kaip ir elektrostatinis, patogiai pavaizduotas grafine forma – naudojant magnetinio lauko linijas.

Magnetinio lauko jėgos linija yra linija, kurios liestinė kiekviename taške sutampa su magnetinės indukcijos vektoriaus kryptimi.

Magnetinio lauko jėgos linijos nubrėžtos taip, kad jų tankis būtų proporcingas magnetinės indukcijos dydžiui: kuo didesnė magnetinė indukcija tam tikrame taške, tuo didesnis jėgos linijų tankis.

Taigi magnetinio lauko linijos yra panašios į elektrostatinio lauko linijas.

Tačiau jie turi ir tam tikrų ypatumų.

Apsvarstykite magnetinį lauką, kurį sukuria tiesus laidininkas, kurio srovė yra I.

Tegul šis laidininkas yra statmenas figūros plokštumai.

Skirtinguose taškuose, esančiuose tuo pačiu atstumu nuo laidininko, indukcija yra vienodo dydžio.

vektoriaus kryptis IN in skirtingus taškus parodyta paveiksle.

Tiesė, kurios liestinė visuose taškuose sutampa su magnetinės indukcijos vektoriaus kryptimi, yra apskritimas.

Todėl magnetinio lauko linijos šiuo atveju yra apskritimai, gaubiantys laidininką. Visų jėgos linijų centrai yra ant laidininko.

Taigi magnetinio lauko jėgos linijos yra uždaros (elektrostatinio lauko jėgos linijos negali būti uždarytos, jos prasideda ir baigiasi krūviais).

Todėl magnetinis laukas yra sūkurys(vadinamieji laukai, kurių jėgos linijos uždaros).

Jėgos linijų uždarumas reiškia dar vieną, labai svarbią magnetinio lauko savybę – gamtoje nėra (bent jau dar neatrastų) magnetinių krūvių, kurie būtų tam tikro poliškumo magnetinio lauko šaltinis.

Todėl nėra atskirai egzistuojančio magneto šiaurinio ar pietinio magnetinio poliaus.

Net jei pamatėte nuolatinį magnetą per pusę, gausite du magnetus, kurių kiekvienas turi abu polius.

3.6. Lorenco jėga

Eksperimentiškai nustatyta, kad magnetiniame lauke judantį krūvį veikia jėga. Ši jėga vadinama Lorenco jėga:

.

Lorenco jėgos modulis

,

kur a yra kampas tarp vektorių v Ir B .

Lorenco jėgos kryptis priklauso nuo vektoriaus krypties . Jį galima nustatyti naudojant dešiniosios arba kairės rankos taisyklę. Tačiau Lorenco jėgos kryptis nebūtinai sutampa su vektoriaus kryptimi!

Esmė ta, kad Lorenco jėga yra lygi vektoriaus sandaugos rezultatui [ v , IN ] į skaliarą q. Jei krūvis teigiamas, tada F l yra lygiagreti vektoriui [ v , IN ]. Jeigu q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , IN ] (žr. pav.).

Jei įkrauta dalelė juda lygiagrečiai magnetinio lauko linijoms, tai kampas a tarp greičio ir magnetinės indukcijos vektorių nulis. Todėl Lorenco jėga neveikia tokio krūvio (sin 0 = 0, F l = 0).

Jeigu krūvis juda statmenai magnetinio lauko linijoms, tai kampas a tarp greičio ir magnetinės indukcijos vektorių lygus 90 0 . Šiuo atveju Lorentzo jėga turi didžiausią galimą vertę: F l = q v B.

Lorenco jėga visada yra statmena krūvio greičiui. Tai reiškia, kad Lorenco jėga negali pakeisti judėjimo greičio dydžio, bet keičia jo kryptį.

Todėl vienodame magnetiniame lauke krūvis, įskridęs į magnetinį lauką, statmeną jo jėgos linijoms, judės ratu.

Jei tik Lorenco jėga veikia krūvį, tada krūvio judėjimas paklūsta šiai lygčiai, sudarytai remiantis antruoju Niutono dėsniu: mama = F l.

Kadangi Lorenco jėga yra statmena greičiui, įkrautos dalelės pagreitis yra įcentrinis (normalus): (čia R yra įkrautos dalelės trajektorijos kreivio spindulys).

Magnetinio lauko linijos

Magnetiniai laukai, kaip ir elektriniai laukai, gali būti pavaizduoti grafiškai naudojant jėgos linijas. Magnetinio lauko linija arba magnetinio lauko indukcijos linija yra linija, kurios liestinė kiekviename taške sutampa su magnetinio lauko indukcijos vektoriaus kryptimi.

bet)	b)	in)

Ryžiai. 1.2. Nuolatinės srovės magnetinio lauko jėgos linijos (a),

apskrita srovė (b), solenoidas (c)

Magnetinės jėgos linijos, kaip ir elektros linijos, nesikerta. Jie brėžiami tokiu tankiu, kad linijų, kertančių joms statmeną vienetinį paviršių, skaičius būtų lygus (arba proporcingas) magnetinio lauko magnetinės indukcijos dydžiui tam tikroje vietoje.

Ant pav. 1.2 bet parodytos nuolatinės srovės lauko jėgos linijos, kurios yra koncentriniai apskritimai, kurių centras yra ant srovės ašies, o kryptis nustatoma pagal dešiniojo varžto taisyklę (srovė laidininke nukreipta į skaitytojas).

Magnetinės indukcijos linijos gali būti „parodytos“ naudojant geležies drožles, kurios yra įmagnetintos tiriamame lauke ir elgiasi kaip mažos magnetinės adatos. Ant pav. 1.2 b rodo apskritimo srovės magnetinio lauko jėgos linijas. Solenoido magnetinis laukas parodytas fig. 1.2 in.

Magnetinio lauko jėgos linijos yra uždaros. Laukai su uždaromis jėgų linijomis vadinami sūkurių laukai. Akivaizdu, kad magnetinis laukas yra sūkurinis laukas. Tai yra esminis skirtumas tarp magnetinio lauko ir elektrostatinio lauko.

Elektrostatiniame lauke jėgos linijos visada atviros: jos prasideda ir baigiasi elektros krūviais. Magnetinės jėgos linijos neturi nei pradžios, nei pabaigos. Tai atitinka faktą, kad gamtoje nėra magnetinių krūvių.

1.4. Bioto-Savarto-Laplaso dėsnis

Prancūzų fizikai J. Biotas ir F. Savardas 1820 metais atliko magnetinių laukų, kuriuos sukuria plonais laidais tekančios srovės, tyrimą. įvairių formų. Laplasas išanalizavo Bioto ir Savarto gautus eksperimentinius duomenis ir nustatė ryšį, kuris buvo vadinamas Bioto – Savarto – Laplaso įstatymu.

Pagal šį dėsnį bet kokios srovės magnetinio lauko indukcija gali būti apskaičiuojama kaip atskirų elementariųjų srovės atkarpų sukurtų magnetinių laukų indukcijų vektorinė suma (superpozicija). Lauko magnetinei indukcijai, kurią sukuria srovės elementas, kurio ilgis, Laplasas gavo formulę:

, (1.3)

kur yra vektorius, modulis lygus laidininko elemento ilgiui ir kryptimi sutampa su srove (1.3 pav.); yra spindulio vektorius, nubrėžtas nuo elemento iki taško, kuriame ; yra spindulio vektoriaus modulis .

> Magnetinio lauko linijos

Kaip nustatyti magnetinio lauko linijos: magnetinio lauko linijų stiprumo ir krypties diagrama, naudojant kompasą magnetiniams poliams nustatyti, brėžinys.

Magnetinio lauko linijos naudinga vizualiai parodyti magnetinio lauko stiprumą ir kryptį.

Mokymosi užduotis

• Koreliuokite magnetinio lauko stiprumą su magnetinio lauko linijų tankiu.

Pagrindiniai klausimai

• Magnetinio lauko kryptis rodo, kad kompaso rodyklės liečia magnetinio lauko linijas bet kuriame nurodytame taške.
• B lauko stiprumas yra atvirkščiai proporcingas atstumui tarp linijų. Jis taip pat tiksliai proporcingas eilučių skaičiui ploto vienete. Viena linija niekada nekerta kitos.
• Magnetinis laukas yra unikalus kiekviename erdvės taške.
• Linijos nenutrūksta ir sukuria uždaras kilpas.
• Linijos driekiasi nuo šiaurės iki pietų ašigalio.

Sąlygos

• Magnetinio lauko linijos yra grafinis magnetinio lauko dydžio ir krypties vaizdas.
• B laukas yra magnetinio lauko sinonimas.

Magnetinio lauko linijos

Sakoma, kad vaikystėje Albertas Einšteinas mėgo žiūrėti į kompasą ir galvoti apie tai, kaip adata jaučia jėgą be tiesioginio fizinio kontakto. Gilus mąstymas ir rimtas susidomėjimas lėmė tai, kad vaikas užaugo ir sukūrė savo revoliucinę reliatyvumo teoriją.

Kadangi magnetinės jėgos veikia atstumus, apskaičiuojame magnetinius laukus, kad atspindėtų šias jėgas. Linijinė grafika yra naudinga vizualizuojant magnetinio lauko stiprumą ir kryptį. Linijų pailgėjimas rodo kompaso rodyklės orientaciją į šiaurę. Magnetinis laukas vadinamas B lauku.

(a) – jei magnetiniam laukui aplink strypo magnetą lyginti naudojamas mažas kompasas, jis parodys teisinga kryptis nuo šiaurės ašigalio į pietus. (b) - Pridėjus rodykles sukuriama ištisinės linijos magnetinis laukas. Stiprumas proporcingas linijų artumui. (c) - Jei galite ištirti magneto vidų, linijos bus rodomos uždarų kilpų pavidalu

Nėra nieko sudėtingo suderinti objekto magnetinį lauką. Pirmiausia apskaičiuokite magnetinio lauko stiprumą ir kryptį keliose vietose. Pažymėkite šiuos taškus vektoriais, nukreiptais į vietinio magnetinio lauko kryptį, kurios dydis proporcingas jo stiprumui. Galite derinti rodykles ir sudaryti magnetinio lauko linijas. Kryptis bet kuriame taške bus lygiagreti artimiausių lauko linijų krypčiai, o vietinis tankis gali būti proporcingas stiprumui.

Magnetinio lauko jėgos linijos primena kontūro linijas topografiniai žemėlapiai, nes jie rodo kažką tęstinio. Daugelis magnetizmo dėsnių gali būti suformuluoti paprastais žodžiais, pavyzdžiui, lauko linijų skaičius per paviršių.

Magnetinio lauko linijų kryptis, pavaizduota geležies drožlių išlygiavimu ant popieriaus, uždėto virš strypo magneto

Įvairūs reiškiniai turi įtakos linijų rodymui. Pavyzdžiui, geležies drožlės ant magnetinio lauko linijos sukuria linijas, atitinkančias magnetines. Jie taip pat vizualiai rodomi aurorose.

Mažas kompasas, išsiųstas į lauką, yra lygiagrečiai lauko linijai, o šiaurinis ašigalis nukreiptas į B.

Miniatiūriniai kompasai gali būti naudojami laukams rodyti. (a) - Apvalios srovės grandinės magnetinis laukas panašus į magnetinį. (b) - Ilgas ir tiesus laidas sudaro lauką su magnetinio lauko linijomis, sukuriančiomis apskritas kilpas. (c) – kai viela yra popieriaus plokštumoje, laukas atrodo statmenas popieriui. Atkreipkite dėmesį, kurie simboliai naudojami į vidų ir į išorę nukreiptam langeliui

Išsamus magnetinių laukų tyrimas padėjo nustatyti keletą svarbių taisyklių:

• Magnetinio lauko kryptis paliečia lauko liniją bet kuriame erdvės taške.
• Lauko stiprumas yra proporcingas linijos artumui. Jis taip pat tiksliai proporcingas eilučių skaičiui ploto vienete.
• Magnetinio lauko linijos niekada nesusiduria, o tai reiškia, kad bet kuriame erdvės taške magnetinis laukas bus unikalus.
• Linijos išlieka ištisinės ir eina iš šiaurės į pietų ašigalį.

Paskutinė taisyklė pagrįsta tuo, kad polių negalima atskirti. Ir tai skiriasi nuo eilučių elektrinis laukas, kuriame pabaiga ir pradžia pažymėti teigiamais ir neigiamais krūviais.

Temos NAUDOKITE kodifikatorių : magnetų sąveika, laidininko magnetinis laukas su srove.

Magnetinės medžiagos savybės žmonėms buvo žinomos nuo seno. Magnetai savo pavadinimą gavo nuo senovinio Magnezijos miesto: jo apylinkėse buvo plačiai paplitęs mineralas (vėliau vadinamas magnetine geležies rūda arba magnetitu), kurio gabalėliai traukė geležinius objektus.

Magnetų sąveika

Dviejose kiekvieno magneto pusėse yra Šiaurės ašigalis Ir Pietų ašigalis. Du magnetai vienas kitą traukia priešingais poliais ir atstumia panašiais poliais. Magnetai gali veikti vienas kitą net per vakuumą! Tačiau visa tai primena elektros krūvių sąveiką magnetų sąveika nėra elektrinė. Tai liudija šie eksperimentiniai faktai.

Magnetinė jėga susilpnėja, kai magnetas įkaista. Taškinių krūvių sąveikos stiprumas nepriklauso nuo jų temperatūros.

Magnetinė jėga susilpnėja purtant magnetą. Nieko panašaus neįvyksta su elektra įkrautais kūnais.

Teigiamas elektros krūviai gali būti atskirtos nuo neigiamų (pavyzdžiui, elektrifikuojant kūnus). Bet atskirti magneto polių neįmanoma: jei magnetą perpjaunate į dvi dalis, tada pjovimo vietoje taip pat atsiranda poliai, o magnetas skyla į du magnetus, kurių galuose yra priešingi poliai (orientuoti lygiai taip pat). kaip originalaus magneto poliai).

Taigi magnetai visada bipoliniai, jie egzistuoja tik forma dipoliai. Izoliuoti magnetiniai poliai (vadinamieji magnetiniai monopoliai- elektros krūvio analogai) gamtoje neegzistuoja (bet kuriuo atveju jie dar nebuvo eksperimentiškai aptikti). Tai bene įspūdingiausia elektros ir magnetizmo asimetrija.

Kaip ir elektra įkrauti kūnai, magnetai veikia elektros krūvius. Tačiau magnetas veikia tik juda mokestis; Jei krūvis yra ramybės būsenoje magneto atžvilgiu, tada jokia magnetinė jėga neveikia krūvio. Priešingai, elektrifikuotas kūnas veikia bet kokį krūvį, nesvarbu, ar jis yra ramybės būsenoje, ar juda.

Pagal šiuolaikines trumpojo nuotolio veikimo teorijos koncepcijas magnetų sąveika vykdoma per magnetinis laukas Būtent magnetas sukuria aplinkinėje erdvėje magnetinį lauką, kuris veikia kitą magnetą ir sukelia matomą šių magnetų trauką arba atstūmimą.

Magneto pavyzdys yra magnetinė adata kompasas. Magnetinės adatos pagalba galima spręsti apie magnetinio lauko buvimą tam tikrame erdvės regione, taip pat lauko kryptį.

Mūsų planeta Žemė yra milžiniškas magnetas. Netoli geografinio šiaurinio Žemės ašigalio yra pietinis magnetinis polius. Todėl šiaurinis kompaso adatos galas, pasisukęs į pietinį Žemės magnetinį polių, rodo į geografinę šiaurę. Taigi iš tikrųjų atsirado magneto pavadinimas „šiaurinis polius“.

Magnetinio lauko linijos

Prisimename, elektrinis laukas tiriamas naudojant mažus bandomuosius krūvius, pagal kuriuos galima spręsti apie lauko dydį ir kryptį. Bandomojo krūvio analogas esant magnetiniam laukui yra maža magnetinė adata.

Pavyzdžiui, galite susidaryti geometrinę magnetinio lauko idėją, įdėdami labai mažas kompaso adatas skirtinguose erdvės taškuose. Patirtis rodo, kad rodyklės išsirikiuos išilgai tam tikrų linijų – vadinamųjų magnetinio lauko linijos. Apibrėžkime šią sąvoką formoje kiti trys taškų.

1. Magnetinio lauko linijos arba magnetinės jėgos linijos yra nukreiptos erdvėje linijos, turinčios tokią savybę: maža kompaso rodyklė, esanti kiekviename tokios linijos taške, yra nukreipta liestinei šiai linijai..

2. Magnetinio lauko linijos kryptis yra šiaurinių kompaso rodyklių, esančių šios linijos taškuose, kryptis.

3. Kuo storesnės linijos, tuo stipresnis magnetinis laukas tam tikroje erdvės srityje..

Kompaso adatų vaidmenį sėkmingai gali atlikti geležinės drožlės: magnetiniame lauke mažos drožlės yra įmagnetintos ir elgiasi lygiai taip pat, kaip magnetinės adatos.

Taigi, išpylę geležies drožles aplink nuolatinį magnetą, pamatysime maždaug tokį magnetinio lauko linijų paveikslą (1 pav.).

Ryžiai. 1. Nuolatinio magneto laukas

Magneto šiaurinis polius pažymėtas mėlyna spalva ir raide ; pietų ašigalis - raudonai ir raide . Atkreipkite dėmesį, kad lauko linijos išeina iš šiaurinio magneto poliaus ir patenka į pietinį polių, nes būtent į pietinį magneto polių bus nukreiptas šiaurinis kompaso adatos galas.

Oerstedo patirtis

Nors elektros ir magnetiniai reiškiniai buvo žinomi žmonėms nuo antikos laikų, tarp jų nebuvo jokių santykių ilgas laikas nebuvo pastebėta. Keletą šimtmečių elektros ir magnetizmo tyrimai vyko lygiagrečiai ir nepriklausomai vienas nuo kito.

Nuostabus faktas, kad elektriniai ir magnetiniai reiškiniai iš tikrųjų yra susiję vienas su kitu, pirmą kartą buvo atrastas 1820 m. garsiajame Oerstedo eksperimente.

Oerstedo eksperimento schema parodyta fig. 2 (vaizdas iš rt.mipt.ru). Virš magnetinės adatos (ir - rodyklės šiaurės ir pietų polių) yra metalinis laidininkas, prijungtas prie srovės šaltinio. Jei uždarysite grandinę, rodyklė pasisuks statmenai laidininkui!
Šis paprastas eksperimentas tiesiogiai parodė elektros ir magnetizmo ryšį. Eksperimentai, atlikti remiantis Oersted patirtimi, tvirtai patvirtino tokį modelį: sukuriamas magnetinis laukas elektros srovės ir veikia sroves.

Ryžiai. 2. Oerstedo eksperimentas

Laidininko su srove generuojamo magnetinio lauko linijų vaizdas priklauso nuo laidininko formos.

Tiesiojo laido magnetinis laukas su srove

Tiesios vielos, nešančios srovę, magnetinio lauko linijos yra koncentriniai apskritimai. Šių apskritimų centrai guli ant vielos, o jų plokštumos statmenos vielai (3 pav.).

Ryžiai. 3. Tiesioginio laido su srove laukas

Yra dvi alternatyvios taisyklės, kaip nustatyti nuolatinės srovės magnetinio lauko linijų kryptį.

valandos rodyklės taisyklė. Lauko linijos eina prieš laikrodžio rodyklę žiūrint taip, kad srovė teka mūsų link..

varžto taisyklė(arba gimlet taisyklė, arba kamščiatraukio taisyklė- tai kažkam arčiau ;-)). Lauko linijos eina ten, kur reikia pasukti varžtą (su įprastiniu dešiniuoju sriegiu), kad jis judėtų išilgai sriegio srovės kryptimi.

Naudokite tą taisyklę, kuri jums labiausiai tinka. Geriau priprasti prie taisyklės pagal laikrodžio rodyklę – vėliau patys pamatysite, kad ji universalesnė ir lengviau naudojama (o tada su dėkingumu prisiminkite tai pirmaisiais metais, kai studijuojate analitinę geometriją).

Ant pav. 3, taip pat atsirado kažkas naujo: tai vektorius, kuris vadinamas magnetinio lauko indukcija, arba magnetinė indukcija. Magnetinės indukcijos vektorius yra elektrinio lauko stiprumo vektoriaus analogas: jis tarnauja galios charakteristika magnetinis laukas, nustatantis jėgą, kuria magnetinis laukas veikia judančius krūvius.

Apie jėgas magnetiniame lauke pakalbėsime vėliau, tačiau kol kas tik atkreipsime dėmesį, kad magnetinio lauko dydį ir kryptį lemia magnetinės indukcijos vektorius. Kiekviename erdvės taške vektorius nukreipiamas ta pačia kryptimi, kaip ir kompaso adatos šiaurinis galas, esantis šiame taške, ty lauko linijos liestine šios linijos kryptimi. Magnetinė indukcija matuojama teslach(Tl).

Kaip ir elektrinio lauko atveju, magnetinio lauko indukcijai, superpozicijos principas. Tai slypi tame, kad Tam tikrame taške įvairių srovių sukurtų magnetinių laukų indukcija pridedama vektoriniu būdu ir gaunamas magnetinės indukcijos vektorius:.

Ritės magnetinis laukas su srove

Panagrinėkime apskritą ritę, išilgai kurios cirkuliuoja D.C.. Paveiksle nerodome šaltinio, kuris sukuria srovę.

Mūsų posūkio lauko linijų paveikslėlis turės maždaug tokią formą (4 pav.).

Ryžiai. 4. Ritės laukas su srove

Mums bus svarbu nustatyti, į kurią puserdvę (ritės plokštumos atžvilgiu) nukreiptas magnetinis laukas. Vėlgi, turime dvi alternatyvias taisykles.

valandos rodyklės taisyklė. Lauko linijos eina ten, žiūrint iš to, kur atrodo, kad srovė cirkuliuoja prieš laikrodžio rodyklę.

varžto taisyklė. Lauko linijos eina ten, kur judėtų varžtas (su įprastiniais dešiniaisiais sriegiais), jei būtų sukamas srovės kryptimi.

Kaip matote, srovės ir lauko vaidmenys yra priešingi - palyginti su šių taisyklių formuluotėmis nuolatinės srovės atveju.

Ritės magnetinis laukas su srove

Ritė pasirodys, jei sandariai, ritė prie ritės, suvyniokite laidą į pakankamai ilgą spiralę (5 pav. - vaizdas iš svetainės en.wikipedia.org). Ritė gali turėti kelias dešimtis, šimtus ar net tūkstančius apsisukimų. Ritė taip pat vadinama solenoidas.

Ryžiai. 5. Ritė (solenoidas)

Vieno posūkio magnetinis laukas, kaip žinome, neatrodo labai paprastas. Laukai? atskiri ritės posūkiai yra uždėti vienas ant kito, ir atrodo, kad rezultatas turėtų būti labai painus vaizdas. Tačiau taip nėra: ilgos ritės laukas yra netikėtai paprastos struktūros (6 pav.).

Ryžiai. 6. ritės laukas su srove

Šiame paveiksle srovė ritėje eina prieš laikrodžio rodyklę žiūrint iš kairės (taip atsitiks, jei 5 pav. dešinysis ritės galas bus prijungtas prie srovės šaltinio „pliuso“, o kairysis – prie „minusas“). Matome, kad ritės magnetinis laukas turi dvi būdingas savybes.

1. Ritės viduje, toliau nuo jos kraštų, magnetinis laukas yra vienalytis: kiekviename taške magnetinės indukcijos vektorius yra vienodo dydžio ir krypties. Lauko linijos yra lygiagrečios tiesės; jie išeina tik šalia ritės kraštų.

2. Už ritės ribų laukas yra artimas nuliui. Kuo daugiau apsisukimų ritėje, tuo silpnesnis laukas už jos ribų.

Atkreipkite dėmesį, kad be galo ilga ritė visiškai neskleidžia lauko: už ritės ribų nėra magnetinio lauko. Tokios ritės viduje laukas visur vienodas.

Ar tai nieko neprimena? Ritė yra „magnetinis“ kondensatoriaus atitikmuo. Prisiminkite, kad kondensatorius sukuria vienalytę elektrinis laukas, kurio linijos išlenktos tik prie plokščių kraštų, o už kondensatoriaus ribų laukas artimas nuliui; kondensatorius su begalinėmis plokštelėmis lauko visiškai neatleidžia, o laukas visur vienodas jo viduje.

O dabar – pagrindinis pastebėjimas. Palyginkite magnetinio lauko linijų, esančių už ritės ribų, paveikslėlį (6 pav.) su magneto lauko linijomis pav. vienas . Tai tas pats dalykas, ar ne? Ir dabar mes prieiname prie klausimo, kurį tikriausiai turėjote jau seniai: jei magnetinis laukas susidaro srovės ir veikia sroves, tai dėl ko prie nuolatinio magneto atsiranda magnetinis laukas? Juk atrodo, kad šis magnetas nėra laidininkas su srove!

Ampero hipotezė. Elementariosios srovės

Iš pradžių buvo manoma, kad magnetų sąveiką nulėmė specialūs magnetiniai krūviai, sutelkti poliuose. Tačiau, skirtingai nei elektra, niekas negalėjo išskirti magnetinio krūvio; juk, kaip jau minėjome, nebuvo įmanoma atskirai gauti magneto šiaurinio ir pietų polių - poliai visada magnete yra poromis.

Abejones dėl magnetinių krūvių pagilino Oerstedo patirtis, kai paaiškėjo, kad magnetinį lauką sukuria elektros srovė. Be to, paaiškėjo, kad bet kuriam magnetui galima pasirinkti laidininką su atitinkamos konfigūracijos srove, kad šio laidininko laukas sutaptų su magneto lauku.

Ampere'as iškėlė drąsią hipotezę. Magnetinių krūvių nėra. Magneto veikimas paaiškinamas jo viduje esančiomis uždaromis elektros srovėmis..

Kokios tos srovės? Šie elementarios srovės cirkuliuoja atomuose ir molekulėse; jie siejami su elektronų judėjimu atominėmis orbitomis. Bet kurio kūno magnetinis laukas susideda iš šių elementariųjų srovių magnetinių laukų.

Elementariosios srovės gali būti atsitiktinai išdėstytos viena kitos atžvilgiu. Tada jų laukai vienas kitą panaikina, o kūnas neparodo magnetinių savybių.

Bet jei elementarios srovės yra suderintos, tada jų laukai, sumuojantys, sustiprina vienas kitą. Kūnas tampa magnetu (7 pav.; magnetinis laukas bus nukreiptas į mus; magneto šiaurinis polius taip pat bus nukreiptas į mus).

Ryžiai. 7. Elementariųjų magnetų srovės

Ampero hipotezė apie elementariąsias sroves išaiškino magnetų savybes.Magneto kaitinimas ir purtymas suardo jo elementariųjų srovių išsidėstymą, o. magnetines savybes susilpninti. Išryškėjo magnetų polių neatskiriamumas: toje vietoje, kur buvo nupjautas magnetas, galuose gauname tokias pačias elementarias sroves. Kūno gebėjimas būti įmagnetintas magnetiniame lauke paaiškinamas suderintu elementariųjų srovių, kurios „pasisuka“ tinkamai, išsidėstymu (apie žiedinės srovės sukimąsi magnetiniame lauke skaitykite kitame lape).

Ampère’o hipotezė pasirodė teisinga – ji parodė tolimesnis vystymas fizika. Elementariųjų srovių samprata tapo neatsiejama atomo teorijos, išplėtotos jau XX amžiuje, – praėjus beveik šimtui metų po puikių Ampère'o spėjimo, dalimi.