Ko mēs zinām par magnētiskā lauka spēka līnijām, izņemot to, ka lokālajā telpā pie pastāvīgajiem magnētiem vai vadītājiem ar strāvu ir magnētiskais lauks, kas izpaužas spēka līniju veidā vai vairāk pazīstama kombinācija - magnētisko spēka līniju veidā?

Ir ļoti ērts veids iegūstiet skaidru priekšstatu par magnētiskā lauka līnijām, izmantojot dzelzs vīles. Lai to izdarītu, uz papīra vai kartona loksnes jāieber nedaudz dzelzs vīles un no apakšas jāatnes viens no magnēta poliem. Zāģskaidas tiek magnetizētas un sakārtotas pa magnētiskā lauka līnijām mikro magnētu ķēdīšu veidā. Klasiskajā fizikā magnētiskā spēka līnijas ir definētas kā magnētiskā lauka līnijas, kuru pieskares katrā punktā norāda lauka virzienu šajā punktā.

Izmantojot vairāku zīmējumu piemēru ar dažādiem magnētisko spēka līniju izvietojumiem, aplūkosim magnētiskā lauka raksturu ap strāvu nesošiem vadītājiem un pastāvīgajiem magnētiem.

1. attēlā parādīts apļveida spoles ar strāvu magnētisko spēka līniju skats, un 2. attēlā parādīts magnētisko spēka līniju attēls ap taisnu vadu ar strāvu. 2. attēlā zāģu skaidu vietā izmantotas mazas magnētiskas adatas. Šis attēls parāda, kā, mainoties strāvas virzienam, mainās arī magnētiskā lauka līniju virziens. Attiecību starp strāvas virzienu un magnētiskā lauka līniju virzienu parasti nosaka, izmantojot "siksnas likumu", kura roktura griešanās rādīs magnētiskā lauka līniju virzienu, ja karkass ir ieskrūvēts. straumes virzienā.

3. attēlā parādīts stieņa magnēta magnētisko spēka līniju attēls, un 4. attēlā parādīts gara solenoīda ar strāvu magnētisko spēka līniju attēls. Uzmanība tiek vērsta uz magnētiskā lauka līniju ārējās atrašanās vietas līdzību abos attēlos (3. un 4. att.). Spēka līnijas no viena strāvu nesošā solenoīda gala stiepjas uz otru tāpat kā stieņa magnēts. Pati magnētiskā lauka līniju forma ārpus solenoīda ar strāvu ir identiska stieņa magnēta līniju formai. Strāvu nesošajam solenoīdam ir arī ziemeļu un dienvidu pols un neitrāla zona. Divi strāvu nesošie solenoīdi vai solenoīds un magnēts mijiedarbojas kā divi magnēti.

Ko jūs varat redzēt, aplūkojot attēlus ar pastāvīgo magnētu magnētiskajiem laukiem, taisniem vadītājiem ar strāvu vai spolēm ar strāvu, izmantojot dzelzs vīles? galvenā iezīme magnētiskā lauka līnijas, kā liecina zāģu skaidu atrašanās vietas attēli, tā ir to izolācija. Vēl viena magnētiskā lauka līniju iezīme ir to virziens. Neliela magnētiskā adata, kas novietota jebkurā magnētiskā lauka punktā, ar savu ziemeļpolu norādīs magnētisko spēka līniju virzienu. Precizitātes labad mēs piekritām pieņemt, ka magnētiskā lauka līnijas izplūst no stieņa magnēta ziemeļu magnētiskā pola un nonāk tā dienvidu polā. Vietējā magnētiskā telpa pie magnētiem vai vadītājiem ar strāvu ir nepārtraukta elastīga vide. Šīs vides elastību apstiprina daudzi eksperimenti, piemēram, kad tiek atvairīti pastāvīgo magnētu tāda paša nosaukuma stabi.

Jau agrāk es izvirzīju hipotēzi, ka magnētiskais lauks ap magnētiem vai strāvu nesošiem vadītājiem ir nepārtraukta elastīga vide ar magnētiskām īpašībām, kurā veidojas traucējumu viļņi. Daži no šiem viļņiem ir slēgti. Tieši šajā nepārtrauktajā elastīgajā vidē veidojas magnētiskā lauka līniju interferences modelis, kas izpaužas, izmantojot dzelzs vīles. Nepārtrauktu vidi rada vielas mikrostruktūras avotu starojums.

Atgādiniet fizikas mācību grāmatas eksperimentus par viļņu traucējumiem, kuros oscilējoša plāksne ar diviem galiem ietriecas ūdenī. Šajā eksperimentā var redzēt, ka savstarpējais krustojums zem dažādi leņķi divi viļņi neietekmē to turpmāko kustību. Citiem vārdiem sakot, viļņi šķērso viens otru, turpmāk neietekmējot katra izplatīšanos. Tāda pati likumsakarība ir arī gaismas (elektromagnētiskajiem) viļņiem.

Kas notiek tajās telpas zonās, kurās krustojas divi viļņi (5. att.) – tie ir uzlikti viens otram? Katra barotnes daļiņa, kas atrodas divu viļņu ceļā, vienlaikus piedalās šo viļņu svārstībās, t.i. tā kustība ir divu viļņu svārstību summa. Šīs svārstības ir traucējumu viļņu modelis ar to maksimumiem un minimumiem, kas rodas divu vai vairāk viļņi, t.i. to svārstību pievienošana katrā vides punktā, caur kuru šie viļņi iet. Eksperimentos noskaidrots, ka traucējumu fenomens tiek novērots gan viļņiem, kas izplatās vidē, gan arī elektromagnētiskie viļņi, tas ir, traucējumi ir tikai viļņu īpašība un nav atkarīgi ne no vides īpašībām, ne no tā klātbūtnes. Jāatceras, ka viļņu traucējumi rodas ar nosacījumu, ka svārstības ir koherentas (saskaņotas), t.i. svārstībām jābūt ar nemainīgu fāzes starpību un vienādu frekvenci.

Mūsu gadījumā ar dzelzs vīlēm magnētiskā lauka līnijas ir līnijas ar lielākais skaits zāģskaidas, kas atrodas interferences viļņu maksimumos, un līnijas ar mazāku zāģu skaidu daudzumu atrodas starp traucējumu viļņu maksimumiem (pie minimumiem).

Pamatojoties uz iepriekš minēto hipotēzi, var izdarīt šādus secinājumus.

1. Magnētiskais lauks ir vide, kas veidojas pastāvīgā magnēta vai strāvu nesoša vadītāja tuvumā starojuma rezultātā no avotiem magnēta vai atsevišķu mikromagnētisko viļņu vadītāja mikrostruktūrā.

2. Šie mikromagnētiskie viļņi mijiedarbojas katrā magnētiskā lauka punktā, veidojot traucējumu rakstu magnētisko spēka līniju veidā.

3. Mikromagnētiskie viļņi ir slēgti mikro enerģijas virpuļi ar mikro poliem, kas spēj pievilkties viens pie otra, veidojot elastīgas slēgtas līnijas.

4. Vielas mikrostruktūras mikroavoti, kas izstaro mikromagnētiskos viļņus, kas veido magnētiskā lauka interferences modeli, ir ar vienādu svārstību frekvenci, un to starojumam ir laikā nemainīga fāzu starpība.

Kā notiek ķermeņu magnetizācijas process, kas noved pie magnētiskā lauka veidošanās ap tiem, t.i. kādi procesi notiek magnētu un strāvu nesošo vadītāju mikrostruktūrā? Lai atbildētu uz šo un citiem jautājumiem, ir jāatgādina dažas atoma struktūras iezīmes.

Tādējādi magnētiskā lauka indukcija uz apļveida spoles ass ar strāvu samazinās apgriezti proporcionāli trešajai jaudai attālumam no spoles centra līdz punktam uz ass. Magnētiskās indukcijas vektors uz spoles ass ir paralēls asij. Tās virzienu var noteikt, izmantojot labo skrūvi: ja virzīsiet labo skrūvi paralēli spoles asij un pagriežat to spolē esošās strāvas virzienā, tad skrūves translācijas kustības virziens parādīs virzienu. magnētiskās indukcijas vektors.

3.5 Magnētiskā lauka līnijas

Magnētiskais lauks, tāpat kā elektrostatiskais, ir ērti attēlots grafiskā formā - izmantojot magnētiskā lauka līnijas.

Magnētiskā lauka spēka līnija ir līnija, kuras pieskare katrā punktā sakrīt ar magnētiskās indukcijas vektora virzienu.

Magnētiskā lauka spēka līnijas ir novilktas tā, lai to blīvums būtu proporcionāls magnētiskās indukcijas lielumam: jo lielāka ir magnētiskā indukcija noteiktā punktā, jo lielāks ir spēka līniju blīvums.

Tādējādi magnētiskā lauka līnijas ir līdzīgas elektrostatiskā lauka līnijām.

Tomēr tiem ir arī dažas īpatnības.

Apsveriet magnētisko lauku, ko rada taisns vadītājs ar strāvu I.

Lai šis vadītājs būtu perpendikulārs figūras plaknei.

Dažādos punktos, kas atrodas vienādā attālumā no vadītāja, indukcija ir vienāda.

vektora virziens IN iekšā dažādi punkti parādīts attēlā.

Līnija, kuras pieskare visos punktos sakrīt ar magnētiskās indukcijas vektora virzienu, ir aplis.

Tāpēc magnētiskā lauka līnijas šajā gadījumā ir apļi, kas aptver vadītāju. Visu spēka līniju centri atrodas uz vadītāja.

Tādējādi magnētiskā lauka spēka līnijas ir slēgtas (elektrostatiskā lauka spēka līnijas nevar aizvērt, tās sākas un beidzas uz lādiņiem).

Tāpēc magnētiskais lauks ir virpulis(tā sauktie lauki, kuru spēka līnijas ir slēgtas).

Spēka līniju noslēgtība nozīmē vēl vienu, ļoti svarīgu magnētiskā lauka iezīmi - dabā nav (vismaz vēl nav atklātu) magnētisko lādiņu, kas būtu noteiktas polaritātes magnētiskā lauka avots.

Tāpēc nav atsevišķi esoša magnēta ziemeļu vai dienvidu magnētiskā pola.

Pat ja jūs redzējāt pastāvīgo magnētu uz pusēm, jūs saņemat divus magnētus, no kuriem katram ir abi stabi.

3.6. Lorenca spēks

Eksperimentāli ir noskaidrots, ka spēks iedarbojas uz lādiņu, kas kustas magnētiskajā laukā. Šo spēku sauc par Lorenca spēku:

.

Lorenca spēka modulis

,

kur a ir leņķis starp vektoriem v Un B .

Lorenca spēka virziens ir atkarīgs no vektora virziena . To var noteikt, izmantojot labās skrūves likumu vai kreisās rokas likumu. Bet Lorenca spēka virziens ne vienmēr sakrīt ar vektora virzienu!

Lieta ir tāda, ka Lorenca spēks ir vienāds ar vektora reizinājuma rezultātu [ v , IN ] uz skalāru q. Ja lādiņš ir pozitīvs, tad F l ir paralēla vektoram [ v , IN ]. Ja q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , IN ] (sk. attēlu).

Ja uzlādēta daļiņa pārvietojas paralēli magnētiskā lauka līnijām, tad leņķis a starp ātrumu un magnētiskās indukcijas vektoriem nulle. Tāpēc Lorenca spēks neiedarbojas uz šādu lādiņu (sin 0 = 0, F l = 0).

Ja lādiņš pārvietojas perpendikulāri magnētiskā lauka līnijām, tad leņķis a starp ātrumu un magnētiskās indukcijas vektoriem ir 90 0 . Šajā gadījumā Lorenca spēkam ir maksimālā iespējamā vērtība: F l = q v B.

Lorenca spēks vienmēr ir perpendikulārs lādiņa ātrumam. Tas nozīmē, ka Lorenca spēks nevar mainīt kustības ātruma lielumu, bet maina tā virzienu.

Tāpēc vienmērīgā magnētiskajā laukā lādiņš, kas ielidojis magnētiskajā laukā, kas ir perpendikulārs tā spēka līnijām, pārvietosies pa apli.

Ja uz lādiņu iedarbojas tikai Lorenca spēks, tad lādiņa kustība pakļaujas šādam vienādojumam, kas sastādīts, pamatojoties uz Ņūtona otro likumu: ma = F l.

Tā kā Lorenca spēks ir perpendikulārs ātrumam, lādētas daļiņas paātrinājums ir centripetāls (normāls): (šeit R ir lādētās daļiņas trajektorijas izliekuma rādiuss).

Magnētiskā lauka līnijas

Magnētiskos laukus, tāpat kā elektriskos laukus, var attēlot grafiski, izmantojot spēka līnijas. Magnētiskā lauka līnija jeb magnētiskā lauka indukcijas līnija ir līnija, kuras pieskare katrā punktā sakrīt ar magnētiskā lauka indukcijas vektora virzienu.

bet)	b)	iekšā)

Rīsi. 1.2. Līdzstrāvas magnētiskā lauka spēka līnijas (a),

apļveida strāva (b), solenoīds (c)

Magnētiskās spēka līnijas, tāpat kā elektriskās līnijas, nekrustojas. Tie ir novilkti ar tādu blīvumu, ka līniju skaits, kas šķērso tām perpendikulāri vienības virsmu, ir vienāds (vai proporcionāls) magnētiskā lauka magnētiskās indukcijas lielumam noteiktā vietā.

Uz att. 1.2 bet ir parādītas līdzstrāvas lauka spēka līnijas, kas ir koncentriski apļi, kuru centrs atrodas uz strāvas ass, un virzienu nosaka labās skrūves noteikums (vadītāja strāva tiek virzīta uz lasītājs).

Magnētiskās indukcijas līnijas var "parādīt", izmantojot dzelzs vīles, kas tiek magnetizētas pētāmajā laukā un uzvedas kā mazas magnētiskas adatas. Uz att. 1.2 b parāda apļveida strāvas magnētiskā lauka spēka līnijas. Solenoīda magnētiskais lauks ir parādīts attēlā. 1.2 iekšā.

Magnētiskā lauka spēka līnijas ir slēgtas. Tiek saukti lauki ar slēgtām spēka līnijām virpuļu lauki. Acīmredzot magnētiskais lauks ir virpuļlauks. Šī ir būtiskā atšķirība starp magnētisko lauku un elektrostatisko lauku.

Elektrostatiskajā laukā spēka līnijas vienmēr ir atvērtas: tās sākas un beidzas ar elektriskiem lādiņiem. Magnētiskajām spēka līnijām nav ne sākuma, ne beigu. Tas atbilst faktam, ka dabā nav magnētisko lādiņu.

1.4. Biota-Savarta-Laplasa likums

Franču fiziķi J.Biots un F.Savards 1820.gadā veica pētījumu par magnētiskajiem laukiem, ko radīja strāvas, kas plūst pa tieviem vadiem. dažādas formas. Laplass analizēja Biota un Savarta iegūtos eksperimentālos datus un izveidoja attiecības, ko sauca par Biota – Savarta – Laplasa likumu.

Saskaņā ar šo likumu jebkuras strāvas magnētiskā lauka indukciju var aprēķināt kā atsevišķu strāvas elementāro posmu radīto magnētisko lauku indukciju vektoru summu (superpozīciju). Lauka magnētiskajai indukcijai, ko rada strāvas elements ar garumu, Laplass ieguva formulu:

, (1.3)

kur ir vektors, modulis, kas vienāds ar vadītāja elementa garumu un sakrīt virzienā ar strāvu (1.3. att.); ir rādiusa vektors, kas novilkts no elementa līdz punktam, kur ; ir rādiusa vektora modulis.

> Magnētiskā lauka līnijas

Kā noteikt magnētiskā lauka līnijas: magnētiskā lauka līniju stipruma un virziena diagramma, izmantojot kompasu magnētisko polu noteikšanai, zīmējums.

Magnētiskā lauka līnijas noderīga, lai vizuāli parādītu magnētiskā lauka stiprumu un virzienu.

Mācību uzdevums

• Korelējiet magnētiskā lauka stiprumu ar magnētiskā lauka līniju blīvumu.

Galvenie punkti

• Magnētiskā lauka virziens parāda kompasa adatas, kas pieskaras magnētiskā lauka līnijām jebkurā noteiktā punktā.
• B lauka stiprums ir apgriezti proporcionāls attālumam starp līnijām. Tas ir arī precīzi proporcionāls rindu skaitam laukuma vienībā. Viena līnija nekad nešķērso otru.
• Magnētiskais lauks ir unikāls katrā telpas punktā.
• Līnijas netiek pārtrauktas un rada slēgtas cilpas.
• Līnijas stiepjas no ziemeļiem līdz dienvidu polam.

Noteikumi

• Magnētiskā lauka līnijas ir magnētiskā lauka lieluma un virziena grafisks attēlojums.
• B lauks ir magnētiskā lauka sinonīms.

Magnētiskā lauka līnijas

Bērnībā Albertam Einšteinam esot patika skatīties kompasā, domājot par to, kā adata juta spēku bez tieša fiziska kontakta. Dziļa domāšana un nopietna interese noveda pie tā, ka bērns uzauga un radīja savu revolucionāro relativitātes teoriju.

Tā kā magnētiskie spēki ietekmē attālumus, mēs aprēķinām magnētiskos laukus, lai attēlotu šos spēkus. Līniju grafika ir noderīga, lai vizualizētu magnētiskā lauka stiprumu un virzienu. Līniju pagarinājums norāda uz kompasa adatas ziemeļu orientāciju. Magnētisko sauc par B lauku.

(a) — ja tiek izmantots neliels kompass, lai salīdzinātu magnētisko lauku ap stieņa magnētu, tas tiks parādīts pareizais virziens no ziemeļpola uz dienvidiem. (b) - bultiņu pievienošana rada nepārtrauktas līnijas magnētiskais lauks. Stiprums ir proporcionāls līniju tuvumam. (c) - ja varat izpētīt magnēta iekšpusi, līnijas tiks parādītas slēgtu cilpu veidā

Nav nekā sarežģīta, lai saskaņotu objekta magnētisko lauku. Vispirms aprēķiniet magnētiskā lauka stiprumu un virzienu vairākās vietās. Atzīmējiet šos punktus ar vektoriem, kas norāda vietējā magnētiskā lauka virzienā ar lielumu, kas ir proporcionāls tā stiprumam. Jūs varat apvienot bultiņas un veidot magnētiskā lauka līnijas. Virziens jebkurā punktā būs paralēls tuvāko lauka līniju virzienam, un vietējais blīvums var būt proporcionāls stiprumam.

Magnētiskā lauka spēka līnijas atgādina kontūrlīnijas topogrāfiskās kartes, jo tie rāda kaut ko nepārtrauktu. Daudzus magnētisma likumus var formulēt vienkārši, piemēram, lauka līniju skaitu caur virsmu.

Magnētiskā lauka līniju virziens, ko attēlo dzelzs vīļu izlīdzināšana uz papīra, kas novietots virs stieņa magnēta

Līniju attēlojumu ietekmē dažādas parādības. Piemēram, dzelzs vīles uz magnētiskā lauka līnijas veido līnijas, kas atbilst magnētiskajām. Tie ir arī vizuāli parādīti polārblāzmas.

Neliels kompass, kas izsūtīts laukā, atrodas paralēli lauka līnijai, un ziemeļpols norāda uz B.

Miniatūrus kompasus var izmantot, lai parādītu laukus. (a) - Apļveida strāvas ķēdes magnētiskais lauks atgādina magnētisko lauku. (b) - garš un taisns vads veido lauku ar magnētiskā lauka līnijām, veidojot apļveida cilpas. (c) — kad stieple atrodas papīra plaknē, lauks parādās perpendikulāri papīram. Ņemiet vērā, kuri simboli tiek izmantoti lodziņam, kas norāda uz iekšu un ārā

Detalizēts magnētisko lauku pētījums palīdzēja iegūt vairākus svarīgus noteikumus:

• Magnētiskā lauka virziens skar lauka līniju jebkurā telpas punktā.
• Lauka stiprums ir proporcionāls līnijas tuvumam. Tas ir arī precīzi proporcionāls rindu skaitam laukuma vienībā.
• Magnētiskā lauka līnijas nekad nesaduras, kas nozīmē, ka jebkurā telpas punktā magnētiskais lauks būs unikāls.
• Līnijas paliek nepārtrauktas un seko no ziemeļiem uz dienvidu polu.

Pēdējais noteikums ir balstīts uz faktu, ka stabus nevar atdalīt. Un tas atšķiras no līnijām elektriskais lauks, kurā beigas un sākumu iezīmē pozitīvi un negatīvi lādiņi.

Tēmas IZMANTOT kodifikatoru : magnētu mijiedarbība, vadītāja magnētiskais lauks ar strāvu.

Matērijas magnētiskās īpašības cilvēkiem ir zināmas jau ilgu laiku. Magnēti savu nosaukumu ieguvuši no senās pilsētas Magnēzijas: tās tuvumā bija plaši izplatīts minerāls (vēlāk saukts par magnētisko dzelzsrūdu vai magnetītu), kura gabali pievilka dzelzs priekšmetus.

Magnētu mijiedarbība

Katra magnēta divās pusēs atrodas Ziemeļpols Un dienvidpols. Divus magnētus viens otru pievelk pretējie poli un atgrūž līdzīgi poli. Magnēti var iedarboties viens uz otru pat caur vakuumu! Tomēr tas viss atgādina elektrisko lādiņu mijiedarbību magnētu mijiedarbība nav elektriska. Par to liecina šādi eksperimentālie fakti.

Magnētiskais spēks vājinās, kad magnēts tiek uzkarsēts. Punktu lādiņu mijiedarbības stiprums nav atkarīgs no to temperatūras.

Magnētiskais spēks tiek vājināts, kratot magnētu. Nekas līdzīgs nenotiek ar elektriski uzlādētiem ķermeņiem.

Pozitīvi elektriskie lādiņi var atdalīt no negatīvajiem (piemēram, elektrificējot ķermeņus). Bet magnēta polus nav iespējams atdalīt: ja magnētu sagriež divās daļās, tad griešanas vietā parādās arī stabi, un magnēts sadalās divos magnētos ar pretējiem poliem galos (orientēti precīzi tāpat kā sākotnējā magnēta stabi).

Tātad magnēti vienmēr bipolāri, tie pastāv tikai formā dipoli. Izolēti magnētiskie stabi (tā sauktie magnētiskie monopoli- elektriskā lādiņa analogi) dabā neeksistē (jebkurā gadījumā tie vēl nav eksperimentāli atklāti). Šī, iespējams, ir visiespaidīgākā asimetrija starp elektrību un magnētismu.

Tāpat kā elektriski uzlādēti ķermeņi, magnēti iedarbojas uz elektriskajiem lādiņiem. Tomēr magnēts iedarbojas tikai uz pārvietojas lādiņš; Ja lādiņš atrodas miera stāvoklī attiecībā pret magnētu, tad uz lādiņu nedarbojas nekāds magnētiskais spēks. Gluži pretēji, elektrificēts ķermenis iedarbojas uz jebkuru lādiņu neatkarīgi no tā, vai tas atrodas miera stāvoklī vai kustībā.

Saskaņā ar mūsdienu tuvās darbības teorijas koncepcijām magnētu mijiedarbība tiek veikta cauri magnētiskais lauks Proti, magnēts apkārtējā telpā rada magnētisko lauku, kas iedarbojas uz citu magnētu un izraisa redzamu šo magnētu pievilkšanos vai atgrūšanu.

Magnēta piemērs ir magnētiskā adata kompass. Ar magnētiskās adatas palīdzību var spriest par magnētiskā lauka klātbūtni noteiktā telpas reģionā, kā arī lauka virzienu.

Mūsu planēta Zeme ir milzīgs magnēts. Netālu no Zemes ģeogrāfiskā ziemeļpola atrodas dienvidu magnētiskais pols. Tāpēc kompasa adatas ziemeļu gals, pagriežoties uz Zemes dienvidu magnētisko polu, norāda uz ģeogrāfiskajiem ziemeļiem. Tādējādi patiesībā radās magnēta nosaukums "ziemeļpols".

Magnētiskā lauka līnijas

Elektrisko lauku, atceramies, pēta ar nelielu testa lādiņu palīdzību, pēc kuras var spriest par lauka lielumu un virzienu. Testa lādiņa analogs magnētiskā lauka gadījumā ir maza magnētiskā adata.

Piemēram, jūs varat iegūt ģeometrisku priekšstatu par magnētisko lauku, novietojot ļoti mazas kompasa adatas dažādos telpas punktos. Pieredze rāda, ka bultiņas sarindosies pa noteiktām līnijām – tā sauktajām magnētiskā lauka līnijas. Definēsim šo jēdzienu formā nākamie trīs punktus.

1. Magnētiskā lauka līnijas jeb magnētiskās spēka līnijas ir kosmosā virzītas līnijas, kurām ir šāda īpašība: maza kompasa adata, kas novietota katrā šādas līnijas punktā, ir vērsta tangenciāli šai līnijai..

2. Magnētiskā lauka līnijas virziens ir kompasa adatu ziemeļu galu virziens, kas atrodas šīs līnijas punktos.

3. Jo biezākas ir līnijas, jo spēcīgāks ir magnētiskais lauks noteiktā telpas reģionā..

Kompasa adatu lomu var veiksmīgi pildīt dzelzs vīles: magnētiskajā laukā mazās vīles tiek magnetizētas un uzvedas tieši tāpat kā magnētiskās adatas.

Tātad, aplejot dzelzs vīles ap pastāvīgo magnētu, mēs redzēsim aptuveni šādu magnētiskā lauka līniju attēlu (1. att.).

Rīsi. 1. Pastāvīgā magnēta lauks

Magnēta ziemeļpols ir norādīts zilā krāsā un burts ; dienvidu pols - sarkanā krāsā un burts . Ņemiet vērā, ka lauka līnijas iziet no magnēta ziemeļpola un ieiet dienvidu polā, jo tieši uz magnēta dienvidu polu būs vērsts kompasa adatas ziemeļu gals.

Orsteda pieredze

Lai gan elektriskās un magnētiskās parādības bija cilvēkiem zināmi kopš seniem laikiem, starp viņiem nebija nekādu attiecību ilgu laiku netika novērots. Vairākus gadsimtus elektrības un magnētisma pētījumi notika paralēli un neatkarīgi viens no otra.

Ievērojamais fakts, ka elektriskās un magnētiskās parādības faktiski ir saistītas viena ar otru, pirmo reizi tika atklāts 1820. gadā slavenajā Oersted eksperimentā.

Orsteda eksperimenta shēma parādīta att. 2 (attēls no rt.mipt.ru). Virs magnētiskās adatas (un - bultiņas ziemeļu un dienvidu pola) ir metāla vadītājs, kas savienots ar strāvas avotu. Ja aizver ķēdi, tad bultiņa pagriežas perpendikulāri vadītājam!
Šis vienkāršais eksperiments tieši norādīja uz saistību starp elektrību un magnētismu. Eksperimenti, kas sekoja Oersted pieredzei, stingri noteica šādu modeli: tiek ģenerēts magnētiskais lauks elektriskās strāvas un iedarbojas uz strāvām.

Rīsi. 2. Orsteda eksperiments

Vadītāja ar strāvu ģenerētā magnētiskā lauka līniju attēls ir atkarīgs no vadītāja formas.

Taisnas stieples magnētiskais lauks ar strāvu

Taisnas stieples, kas nes strāvu, magnētiskā lauka līnijas ir koncentriski apļi. Šo apļu centri atrodas uz stieples, un to plaknes ir perpendikulāras vadam (3. att.).

Rīsi. 3. Tiešā vada lauks ar strāvu

Pastāv divi alternatīvi noteikumi līdzstrāvas magnētiskā lauka līniju virziena noteikšanai.

stundu rokas noteikums. Lauka līnijas iet pretēji pulksteņrādītāja virzienam, skatoties tā, lai strāva plūst uz mums..

skrūvju noteikums(vai karkasa noteikums, vai korķviļķa noteikums- tas ir tuvāk kādam ;-)). Lauka līnijas iet tur, kur skrūve (ar parasto labās puses vītni) ir jāpagriež, lai pārvietotos pa vītni strāvas virzienā.

Izmantojiet sev piemērotāko noteikumu. Labāk ir pierast pie pulksteņrādītāja virziena noteikuma - jūs pats vēlāk redzēsit, ka tas ir universālāks un vieglāk lietojams (un pēc tam atcerieties to ar pateicību pirmajā gadā, kad studējat analītisko ģeometriju).

Uz att. 3, ir parādījies arī kaut kas jauns: tas ir vektors, ko sauc magnētiskā lauka indukcija, vai magnētiskā indukcija. Magnētiskās indukcijas vektors ir elektriskā lauka intensitātes vektora analogs: tas kalpo jaudas raksturlielums magnētiskais lauks, kas nosaka spēku, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz kustīgiem lādiņiem.

Par spēkiem magnētiskajā laukā runāsim vēlāk, bet pagaidām atzīmēsim tikai to, ka magnētiskā lauka lielumu un virzienu nosaka magnētiskās indukcijas vektors. Katrā telpas punktā vektors ir vērsts tajā pašā virzienā kā šajā punktā novietotās kompasa adatas ziemeļu gals, proti, pieskares lauka līnijai šīs līnijas virzienā. Magnētiskā indukcija tiek mērīta collās teslach(Tl).

Tāpat kā elektriskā lauka gadījumā, magnētiskā lauka indukcijai, superpozīcijas princips. Tas slēpjas faktā, ka magnētisko lauku indukcija, ko noteiktā punktā rada dažādas strāvas, tiek pievienota vektoriski un iegūts magnētiskās indukcijas vektors:.

Spoles magnētiskais lauks ar strāvu

Apskatīsim apļveida spoli, pa kuru cirkulē D.C.. Attēlā mēs neparādījām avotu, kas rada strāvu.

Mūsu pagrieziena lauka līniju attēlam būs aptuveni šāda forma (4. att.).

Rīsi. 4. Spoles lauks ar strāvu

Mums būs svarīgi, lai mēs spētu noteikt, kurā pustelpā (attiecībā pret spoles plakni) ir vērsts magnētiskais lauks. Atkal mums ir divi alternatīvi noteikumi.

stundu rokas noteikums. Lauka līnijas iet uz turieni, skatoties no vietas, kur šķiet, ka strāva cirkulē pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

skrūvju noteikums. Lauka līnijas iet tur, kur skrūve (ar parastajiem labās puses vītnēm) pārvietotos, ja to pagrieztu strāvas virzienā.

Kā redzat, strāvas un lauka lomas ir apgrieztas - salīdzinot ar šo noteikumu formulējumiem līdzstrāvas gadījumā.

Spoles magnētiskais lauks ar strāvu

Spole izrādīsies, ja cieši, spoli uz spoli, uztiniet vadu pietiekami garā spirālē (5. att. - attēls no vietnes en.wikipedia.org). Spolē var būt vairāki desmiti, simti vai pat tūkstoši apgriezienu. Spoli sauc arī solenoīds.

Rīsi. 5. Spole (solenoīds)

Viena pagrieziena magnētiskais lauks, kā zināms, neizskatās īpaši vienkāršs. Lauki? atsevišķi spoles pagriezieni ir uzlikti viens otram, un šķiet, ka rezultātam vajadzētu būt ļoti mulsinošam attēlam. Tomēr tas tā nav: garās spoles laukam ir negaidīti vienkārša struktūra (6. att.).

Rīsi. 6. spoles lauks ar strāvu

Šajā attēlā strāva spolē iet pretēji pulksteņrādītāja virzienam, skatoties no kreisās puses (tas notiks, ja 5. attēlā spoles labais gals ir savienots ar strāvas avota “plusu”, bet kreisais gals "mīnuss"). Mēs redzam, ka spoles magnētiskajam laukam ir divas raksturīgas īpašības.

1. Spoles iekšpusē, prom no tās malām, atrodas magnētiskais lauks viendabīgs: katrā punktā magnētiskās indukcijas vektors ir vienāds pēc lieluma un virziena. Lauka līnijas ir paralēlas taisnas līnijas; tie noliecas tikai netālu no spoles malām, kad tie izdziest.

2. Ārpus spoles lauks ir tuvu nullei. Jo vairāk pagriezienu spolē, jo vājāks lauks ārpus tās.

Ņemiet vērā, ka bezgalīgi gara spole vispār neizstaro lauku: ārpus spoles nav magnētiskā lauka. Šādas spoles iekšpusē lauks ir vienmērīgs visur.

Vai tas tev neko neatgādina? Spole ir kondensatora "magnētiskais" līdzinieks. Jūs atceraties, ka kondensators rada viendabīgu elektriskais lauks, kuras līnijas ir saliektas tikai pie plākšņu malām, un ārpus kondensatora lauks ir tuvu nullei; kondensators ar bezgalīgām plāksnēm vispār neatbrīvo lauku, un lauks ir vienmērīgs visur iekšā.

Un tagad - galvenais novērojums. Salīdziniet, lūdzu, magnētiskā lauka līniju attēlu ārpus spoles (6. att.) ar magnēta lauka līnijām attēlā. viens . Tas ir viens un tas pats, vai ne? Un tagad mēs nonākam pie jautājuma, kas jums, iespējams, bija jau sen: ja magnētiskais lauks tiek ģenerēts ar straumēm un iedarbojas uz strāvām, tad kāds ir iemesls magnētiskā lauka parādīšanās pie pastāvīgā magnēta? Galu galā šis magnēts, šķiet, nav vadītājs ar strāvu!

Ampēra hipotēze. Elementārās strāvas

Sākumā tika uzskatīts, ka magnētu mijiedarbība ir saistīta ar īpašiem magnētiskiem lādiņiem, kas koncentrēti pie poliem. Bet, atšķirībā no elektrības, neviens nevarēja izolēt magnētisko lādiņu; galu galā, kā jau teicām, nebija iespējams atsevišķi iegūt magnēta ziemeļu un dienvidu polu - stabi vienmēr atrodas magnētā pa pāriem.

Šaubas par magnētiskajiem lādiņiem pastiprināja Orsteda pieredze, kad izrādījās, ka magnētisko lauku ģenerē elektriskā strāva. Turklāt izrādījās, ka jebkuram magnētam ir iespējams izvēlēties vadītāju ar atbilstošas ​​konfigurācijas strāvu, lai šī vadītāja lauks sakristu ar magnēta lauku.

Ampere izvirzīja drosmīgu hipotēzi. Nav magnētisko lādiņu. Magnēta darbība ir izskaidrojama ar slēgtām elektriskām strāvām tā iekšpusē..

Kas ir šīs strāvas? Šīs elementāras strāvas cirkulēt atomos un molekulās; tie ir saistīti ar elektronu kustību atomu orbītās. Jebkura ķermeņa magnētisko lauku veido šo elementāro strāvu magnētiskie lauki.

Elementārās strāvas var atrasties nejauši viena pret otru. Tad to lauki atceļ viens otru, un ķermenis neuzrāda magnētiskās īpašības.

Bet, ja elementārās strāvas ir koordinētas, tad to lauki, summējot, pastiprina viens otru. Ķermenis kļūst par magnētu (7. att.; magnētiskais lauks būs vērsts pret mums; magnēta ziemeļpols arī būs vērsts pret mums).

Rīsi. 7. Elementāro magnētu strāvas

Ampēra hipotēze par elementārajām strāvām precizēja magnētu īpašības, magnētu karsējot un kratot, tiek iznīcināta tā elementāro strāvu secība, un magnētiskās īpašības vājināt. Magnētu polu nedalāmība kļuva acīmredzama: vietā, kur tika sagriezts magnēts, mēs iegūstam tās pašas elementārās strāvas galos. Ķermeņa spēja magnetizēties magnētiskajā laukā ir izskaidrojama ar elementāru strāvu koordinētu izlīdzināšanu, kas pareizi “griežas” (par apļveida strāvas griešanos magnētiskajā laukā lasiet nākamajā lapā).

Ampēra hipotēze izrādījās pareiza – tā parādīja tālākai attīstībai fizika. Elementāro strāvu jēdziens ir kļuvis par neatņemamu atoma teorijas sastāvdaļu, kas izstrādāta jau divdesmitajā gadsimtā - gandrīz simts gadus pēc Ampēra spožā minējuma.