Ce știm despre liniile de forță ale unui câmp magnetic, pe lângă faptul că în spațiul local din apropierea magneților permanenți sau conductoarelor cu curent, există un câmp magnetic care se manifestă sub formă de linii de forță, sau într-un combinație familiară - sub formă de linii magnetice de forță?

Există o foarte mod convenabil obțineți o imagine clară a liniilor câmpului magnetic folosind pilitura de fier. Pentru a face acest lucru, trebuie să turnați puțină pilitură de fier pe o foaie de hârtie sau carton și să aduceți unul dintre polii magnetului de dedesubt. Rumegul este magnetizat și aranjat de-a lungul liniilor câmpului magnetic sub formă de lanțuri de micromagneți. În fizica clasică, magnetic linii de forță sunt definite ca linii ale unui câmp magnetic, tangentele la care în fiecare punct indică direcția câmpului în acel punct.

Folosind exemplul mai multor desene cu diferite aranjamente ale liniilor magnetice de forță, să luăm în considerare natura câmpului magnetic din jurul conductorilor purtători de curent și magneților permanenți.

Figura 1 prezintă o vedere a liniilor de forță magnetică ale unei bobine circulare cu curent, iar Figura 2 prezintă o imagine a liniilor de forță magnetică în jurul unui fir drept cu curent. În Fig. 2, în locul rumegușului sunt folosite ace mici magnetice. Această figură arată cum, atunci când direcția curentului se schimbă, se schimbă și direcția liniilor câmpului magnetic. Relația dintre direcția curentului și direcția liniilor câmpului magnetic este de obicei determinată folosind „regula brațului”, a cărui rotație a mânerului va arăta direcția liniilor câmpului magnetic dacă brațul este înșurubat. în sensul curentului.

Figura 3 prezintă o imagine a liniilor de forță magnetică ale unui magnet de bară, iar Figura 4 arată o imagine a liniilor de forță magnetică ale unui solenoid lung cu curent. Se atrage atenția asupra asemănării locației exterioare a liniilor câmpului magnetic din ambele figuri (Fig. 3 și Fig. 4). Liniile de forță de la un capăt al solenoidului purtător de curent se extind la celălalt în același mod ca un magnet de bară. Însăși forma liniilor de câmp magnetic în afara solenoidului cu curent este identică cu forma liniilor unui magnet de bară. Un solenoid care transportă curent are, de asemenea, poli nord și sud și o zonă neutră. Doi solenoizi purtători de curent sau un solenoid și un magnet interacționează ca doi magneți.

Ce poți vedea când te uiți la imagini ale câmpurilor magnetice ale magneților permanenți, conductoare drepte cu curent sau bobine cu curent folosind pilitură de fier? caracteristica principală liniile câmpului magnetic, așa cum arată imaginile cu locația rumegușului, aceasta este izolarea lor. O altă caracteristică a liniilor de câmp magnetic este direcționalitatea lor. Un mic ac magnetic plasat în orice punct al câmpului magnetic va indica direcția liniilor câmpului magnetic cu polul său nord. Pentru a fi sigur, am convenit să presupunem că liniile câmpului magnetic emană de la polul magnetic nord al unui magnet bară și intră în polul său sudic. Spațiul magnetic local din apropierea magneților sau conductoarelor cu curent este un mediu elastic continuu. Elasticitatea acestui mediu este confirmată de numeroase experimente, de exemplu, când polii cu același nume ai magneților permanenți sunt respinși.

Chiar și mai devreme, am emis ipoteza că câmpul magnetic din jurul magneților sau conductoarelor purtătoare de curent este un mediu elastic continuu cu proprietăți magnetice, în care se formează unde de interferență. Unele dintre aceste valuri sunt închise. În acest mediu elastic continu se formează un model de interferență al liniilor de câmp magnetic, care se manifestă prin utilizarea piliturii de fier. Un mediu continuu este creat de radiația surselor din microstructura materiei.

Amintiți-vă experimentele privind interferența undelor dintr-un manual de fizică, în care o placă oscilantă cu două vârfuri lovește apa. În acest experiment, se poate observa că intersecția reciprocă sub unghiuri diferite două valuri nu are niciun efect asupra mișcării lor ulterioare. Cu alte cuvinte, undele trec unele prin altele fără a afecta în continuare propagarea fiecăreia. Pentru undele luminoase (electromagnetice), aceeași regularitate este adevărată.

Ce se întâmplă în acele zone ale spațiului în care două valuri se intersectează (Fig. 5) - sunt suprapuse una peste alta? Fiecare particulă a mediului care se află pe calea a două unde participă simultan la oscilațiile acestor unde, adică. mișcarea sa este suma oscilațiilor a două unde. Aceste fluctuații sunt un model de unde de interferență cu maximele și minimele lor ca rezultat al suprapunerii a două sau Mai mult valuri, adică adăugarea oscilaţiilor lor în fiecare punct al mediului prin care trec aceste unde. Experimentele au stabilit că fenomenul de interferență se observă atât pentru undele care se propagă în medii, cât și pentru undele electromagnetice, adică interferența este exclusiv o proprietate a undelor și nu depinde nici de proprietățile mediului, nici de prezența acestuia. Trebuie amintit că interferența undelor are loc cu condiția ca oscilațiile să fie coerente (potrivite), adică. oscilațiile trebuie să aibă o diferență de fază constantă și aceeași frecvență.

În cazul nostru cu pilitura de fier linii de câmp magnetic sunt linii cu cel mai mare număr rumeguș situat la maximele undelor de interferență, iar liniile cu o cantitate mai mică de rumeguș sunt situate între maximele (la minimele) undelor de interferență.

Pe baza ipotezei de mai sus se pot trage următoarele concluzii.

1. Un câmp magnetic este un mediu care se formează în apropierea unui magnet permanent sau a unui conductor purtător de curent ca urmare a radiațiilor provenite de la surse din microstructura unui magnet sau conductor de unde micromagnetice individuale.

2. Aceste unde micromagnetice interacționează în fiecare punct al câmpului magnetic, formând un model de interferență sub formă de linii de forță magnetică.

3. Undele micromagnetice sunt vortexuri de microenergie închise cu micro poli capabili să fie atrași unul de celălalt, formând linii elastice închise.

4. Microsursele din microstructura unei substanțe care emit unde micromagnetice, care formează un model de interferență al unui câmp magnetic, au aceeași frecvență de oscilație, iar radiația lor are o diferență de fază constantă în timp.

Cum are loc procesul de magnetizare a corpurilor, care duce la formarea unui câmp magnetic în jurul lor, adică ce procese au loc în microstructura magneților și a conductorilor purtători de curent? Pentru a răspunde la aceasta și la alte întrebări, este necesar să ne amintim câteva caracteristici ale structurii atomului.

Astfel, inducția câmpului magnetic pe axa unei bobine circulare cu curent scade invers proporțional cu a treia putere a distanței de la centrul bobinei până la un punct de pe axă. Vectorul inducției magnetice pe axa bobinei este paralel cu axa. Direcția sa poate fi determinată folosind șurubul potrivit: dacă direcționați șurubul drept paralel cu axa bobinei și îl rotiți în direcția curentului din bobină, atunci direcția mișcării de translație a șurubului va arăta direcția. a vectorului de inducție magnetică.

3.5 Liniile de câmp magnetic

Câmpul magnetic, ca și cel electrostatic, este reprezentat convenabil sub formă grafică - folosind linii de câmp magnetic.

Linia de forță a unui câmp magnetic este o linie, tangenta la care în fiecare punct coincide cu direcția vectorului de inducție magnetică.

Liniile de forță ale câmpului magnetic sunt trasate în așa fel încât densitatea lor să fie proporțională cu mărimea inducției magnetice: cu cât este mai mare inducția magnetică într-un anumit punct, cu atât densitatea liniilor de forță este mai mare.

Astfel, liniile de câmp magnetic sunt similare liniilor de câmp electrostatic.

Cu toate acestea, au și unele particularități.

Să considerăm un câmp magnetic creat de un conductor drept cu curent I.

Fie acest conductor să fie perpendicular pe planul figurii.

În diferite puncte situate la aceeași distanță de conductor, inducția este aceeași ca mărime.

direcția vectorială ÎN în puncte diferite prezentată în figură.

Linia, tangenta la care în toate punctele coincide cu direcția vectorului de inducție magnetică, este un cerc.

Prin urmare, liniile câmpului magnetic în acest caz sunt cercuri care înconjoară conductorul. Centrele tuturor liniilor de forță sunt situate pe conductor.

Astfel, liniile de forță ale câmpului magnetic sunt închise (liniile de forță ale unui câmp electrostatic nu pot fi închise, ele încep și se termină pe sarcini).

Prin urmare, câmpul magnetic este turbioare(așa-numitele câmpuri ale căror linii de forță sunt închise).

Închiderea liniilor de forță înseamnă o altă caracteristică, foarte importantă, a câmpului magnetic - în natură nu există încărcături magnetice (cel puțin încă nedescoperite) care să fie sursa unui câmp magnetic de o anumită polaritate.

Prin urmare, nu există un pol magnetic nord sau sud al unui magnet.

Chiar dacă ai văzut un magnet permanent în jumătate, primești doi magneți, fiecare având ambii poli.

3.6. forța Lorentz

S-a stabilit experimental că o forță acționează asupra unei sarcini care se mișcă într-un câmp magnetic. Această forță se numește forța Lorentz:

.

Modulul de forță Lorentz

,

unde a este unghiul dintre vectori v Și B .

Direcția forței Lorentz depinde de direcția vectorului. Poate fi determinat folosind regula cu șurub drept sau regula pentru mâna stângă. Dar direcția forței Lorentz nu coincide neapărat cu direcția vectorului!

Ideea este că forța Lorentz este egală cu rezultatul produsului vectorului [ v , ÎN ] la un scalar q. Dacă sarcina este pozitivă, atunci F l este paralel cu vectorul [ v , ÎN ]. Dacă q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , ÎN ] (Vezi figura).

Dacă o particulă încărcată se mișcă paralel cu liniile câmpului magnetic, atunci unghiul a dintre vectorii viteză și inducția magnetică zero. Prin urmare, forța Lorentz nu acționează asupra unei astfel de sarcini (sin 0 = 0, F l = 0).

Dacă sarcina se mișcă perpendicular pe liniile câmpului magnetic, atunci unghiul a dintre vectorii viteză și inducția magnetică este 90 0 . În acest caz, forța Lorentz are valoarea maximă posibilă: F l = q v B.

Forța Lorentz este întotdeauna perpendiculară pe viteza sarcinii. Aceasta înseamnă că forța Lorentz nu poate schimba valoarea vitezei de mișcare, ci își schimbă direcția.

Prin urmare, într-un câmp magnetic uniform, o sarcină care a zburat într-un câmp magnetic perpendicular pe liniile sale de forță se va deplasa într-un cerc.

Dacă asupra sarcinii acționează numai forța Lorentz, atunci mișcarea sarcinii se supune următoarei ecuații, compilată pe baza celei de-a doua legi a lui Newton: ma = F l.

Deoarece forța Lorentz este perpendiculară pe viteza, accelerația unei particule încărcate este centripetă (normală): (aici R este raza de curbură a traiectoriei particulelor încărcate).

Liniile de câmp magnetic

Câmpurile magnetice, ca și câmpurile electrice, pot fi reprezentate grafic folosind linii de forță. O linie de câmp magnetic sau o linie de inducție a câmpului magnetic este o linie, tangenta la care în fiecare punct coincide cu direcția vectorului de inducție a câmpului magnetic.

dar)	b)	în)

Orez. 1.2. Liniile de forță ale câmpului magnetic de curent continuu (a),

curent circular (b), solenoid (c)

Liniile de forță magnetice, ca și liniile electrice, nu se intersectează. Ele sunt desenate cu o astfel de densitate încât numărul de linii care traversează o unitate de suprafață perpendiculară pe ele este egal cu (sau proporțional cu) mărimea inducției magnetice a câmpului magnetic într-un loc dat.

Pe fig. 1.2 dar sunt prezentate liniile de forță ale câmpului de curent continuu, care sunt cercuri concentrice, al căror centru este situat pe axa curentului, iar direcția este determinată de regula șurubului din dreapta (curentul din conductor este direcționat către cititor).

Liniile de inducție magnetică pot fi „arată” folosind pilitura de fier care sunt magnetizate în câmpul studiat și se comportă ca niște mici ace magnetice. Pe fig. 1.2 b arată liniile de forță ale câmpului magnetic al curentului circular. Câmpul magnetic al solenoidului este prezentat în fig. 1.2 în.

Liniile de forță ale câmpului magnetic sunt închise. Câmpurile cu linii de forță închise se numesc câmpuri de vortex. Evident, câmpul magnetic este un câmp vortex. Aceasta este diferența esențială dintre un câmp magnetic și unul electrostatic.

Într-un câmp electrostatic, liniile de forță sunt întotdeauna deschise: încep și se termină pe sarcini electrice. Liniile magnetice de forță nu au nici început, nici sfârșit. Acest lucru corespunde faptului că nu există sarcini magnetice în natură.

1.4. Legea Biot-Savart-Laplace

Fizicienii francezi J. Biot și F. Savard au efectuat în 1820 un studiu al câmpurilor magnetice create de curenții care curg prin fire subțiri diverse forme. Laplace a analizat datele experimentale obținute de Biot și Savart și a stabilit o relație numită legea Biot-Savart-Laplace.

Conform acestei legi, inducerea câmpului magnetic al oricărui curent poate fi calculată ca o sumă vectorială (suprapunere) a inducțiilor câmpurilor magnetice create de secțiuni elementare individuale ale curentului. Pentru inducerea magnetică a câmpului creat de un element curent cu o lungime, Laplace a obținut formula:

, (1.3)

unde este un vector, modulo egal cu lungimea elementului conductor și care coincide în direcția curentului (Fig. 1.3); este vectorul rază trasat de la element până la punctul în care ; este modulul vectorului rază .

> Liniile de câmp magnetic

Cum să determinați linii de câmp magnetic: o diagramă a intensității și direcției liniilor câmpului magnetic, folosind o busolă pentru a determina polii magnetici, desen.

Liniile de câmp magnetic util pentru afișarea vizuală a intensității și direcției unui câmp magnetic.

Sarcina de invatare

• Corelați puterea câmpului magnetic cu densitatea liniilor câmpului magnetic.

Puncte cheie

• Direcția câmpului magnetic afișează acele busolei atingând liniile câmpului magnetic în orice punct specificat.
• Puterea câmpului B este invers proporțională cu distanța dintre linii. De asemenea, este exact proporțional cu numărul de linii pe unitate de suprafață. O linie nu o traversează niciodată pe alta.
• Câmpul magnetic este unic în fiecare punct al spațiului.
• Liniile nu sunt întrerupte și creează bucle închise.
• Liniile se întind de la nord la polul sud.

Termeni

• Liniile de câmp magnetic sunt o reprezentare grafică a mărimii și direcției unui câmp magnetic.
• Câmpul B este un sinonim pentru câmp magnetic.

Liniile de câmp magnetic

În copilărie, se spune că Albert Einstein îi plăcea să se uite la busolă, gândindu-se la modul în care acul simțea forța fără contact fizic direct. Gândirea profundă și interesul serios, au dus la faptul că copilul a crescut și și-a creat teoria revoluționară a relativității.

Deoarece forțele magnetice afectează distanțe, calculăm câmpurile magnetice pentru a reprezenta aceste forțe. Graficele în linie sunt utile pentru vizualizarea intensității și direcției unui câmp magnetic. Alungirea liniilor indică orientarea spre nord a acului busolei. Magneticul se numește câmp B.

(a) - Dacă se folosește o busolă mică pentru a compara câmpul magnetic din jurul unui magnet de bară, se va afișa Direcția corectă de la polul nord la sud. (b) - Adăugarea de săgeți creează linii continue camp magnetic. Forța este proporțională cu apropierea liniilor. (c) - Dacă puteți examina interiorul magnetului, atunci liniile vor fi afișate sub formă de bucle închise

Nu este nimic dificil în potrivirea câmpului magnetic al unui obiect. Mai întâi, calculați puterea și direcția câmpului magnetic în mai multe locații. Marcați aceste puncte cu vectori îndreptați în direcția câmpului magnetic local cu o mărime proporțională cu puterea acestuia. Puteți combina săgeți și forma linii de câmp magnetic. Direcția în orice punct va fi paralelă cu direcția celor mai apropiate linii de câmp, iar densitatea locală poate fi proporțională cu puterea.

Liniile de forță ale câmpului magnetic seamănă cu liniile de contur harti topografice, pentru că arată ceva continuu. Multe dintre legile magnetismului pot fi formulate în termeni simpli, cum ar fi numărul de linii de câmp printr-o suprafață.

Direcția liniilor câmpului magnetic, reprezentată de alinierea piliturii de fier pe hârtie plasată deasupra unui magnet de bară

Diferite fenomene afectează afișarea liniilor. De exemplu, pilitura de fier pe o linie de câmp magnetic creează linii care corespund celor magnetice. Ele sunt, de asemenea, afișate vizual în aurore.

O busolă mică trimisă în câmp se aliniază paralel cu linia câmpului, cu polul nord îndreptat către B.

Compasele în miniatură pot fi folosite pentru a afișa câmpuri. (a) - Câmpul magnetic al circuitului de curent circular seamănă cu unul magnetic. (b) - Un fir lung și drept formează un câmp cu linii de câmp magnetic creând bucle circulare. (c) - Când firul se află în planul hârtiei, câmpul apare perpendicular pe hârtie. Observați ce simboluri sunt folosite pentru caseta care indică înăuntru și în afară

Un studiu detaliat al câmpurilor magnetice a ajutat la derivarea unui număr de reguli importante:

• Direcția câmpului magnetic atinge linia câmpului în orice punct din spațiu.
• Puterea câmpului este proporțională cu proximitatea liniei. De asemenea, este exact proporțional cu numărul de linii pe unitate de suprafață.
• Liniile câmpului magnetic nu se ciocnesc niciodată, ceea ce înseamnă că în orice punct al spațiului câmpul magnetic va fi unic.
• Liniile rămân continue și urmează de la polul nord la polul sud.

Ultima regulă se bazează pe faptul că polii nu pot fi separați. Și este diferit de linii câmp electric, în care sfârșitul și începutul sunt marcate de sarcini pozitive și negative.

Teme USE codificator : interacțiunea magneților, câmpul magnetic al unui conductor cu curentul.

Proprietățile magnetice ale materiei sunt cunoscute oamenilor de mult timp. Magneții și-au primit numele de la orașul antic Magnesia: un mineral (numit mai târziu minereu de fier magnetic sau magnetit) era larg răspândit în vecinătatea sa, bucăți din care atrăgeau obiecte de fier.

Interacțiunea magneților

Pe două laturi ale fiecărui magnet sunt amplasate polul NordȘi polul Sud. Doi magneți sunt atrași unul de celălalt de poli opuși și se resping prin poli asemănători. Magneții pot acționa unul asupra celuilalt chiar și prin vid! Toate acestea amintesc însă de interacțiunea sarcinilor electrice interacțiunea magneților nu este electrică. Acest lucru este dovedit de următoarele fapte experimentale.

Forța magnetică slăbește atunci când magnetul este încălzit. Puterea interacțiunii sarcinilor punctiforme nu depinde de temperatura acestora.

Forța magnetică este slăbită prin scuturarea magnetului. Nimic similar nu se întâmplă cu corpurile încărcate electric.

Pozitiv sarcini electrice pot fi separate de cele negative (de exemplu, la electrificarea corpurilor). Dar este imposibil să separați polii magnetului: dacă tăiați magnetul în două părți, atunci apar și poli la punctul de tăiere, iar magnetul se rupe în doi magneți cu poli opuși la capete (orientați exact în același fel ca polii magnetului original).

Deci magneții mereu bipolare, ele există doar sub formă dipoli. Poli magnetici izolați (așa-numiții monopoli magnetici- analogi ai sarcinii electrice) în natură nu există (în orice caz, nu au fost încă detectați experimental). Aceasta este poate cea mai impresionantă asimetrie dintre electricitate și magnetism.

Ca și corpurile încărcate electric, magneții acționează asupra sarcinilor electrice. Cu toate acestea, magnetul acționează doar asupra in miscareîncărca; Dacă sarcina este în repaus în raport cu magnetul, atunci nicio forță magnetică nu acționează asupra sarcinii. Dimpotrivă, un corp electrificat acționează cu orice sarcină, indiferent dacă este în repaus sau în mișcare.

Conform conceptelor moderne ale teoriei acțiunii cu rază scurtă de acțiune, interacțiunea magneților se realizează prin camp magneticȘi anume, un magnet creează un câmp magnetic în spațiul înconjurător, care acționează asupra altui magnet și provoacă o atracție sau repulsie vizibilă a acestor magneți.

Un exemplu de magnet este ac magnetic busolă. Cu ajutorul unui ac magnetic, se poate aprecia prezența unui câmp magnetic într-o anumită regiune a spațiului, precum și direcția câmpului.

Planeta noastră Pământ este un magnet uriaș. Nu departe de polul nord geografic al Pământului se află polul magnetic sud. Prin urmare, capătul de nord al acului busolei, întorcându-se spre polul magnetic sudic al Pământului, indică nordul geografic. De aici, de fapt, a apărut denumirea de „polul nord” al magnetului.

Liniile de câmp magnetic

Câmpul electric, reamintim, este investigat cu ajutorul unor mici sarcini de test, prin acțiunea asupra căreia se poate judeca magnitudinea și direcția câmpului. Un analog al unei sarcini de testare în cazul unui câmp magnetic este un mic ac magnetic.

De exemplu, vă puteți face o idee geometrică despre câmpul magnetic plasând ace de busole foarte mici în diferite puncte din spațiu. Experiența arată că săgețile se vor alinia de-a lungul anumitor linii - așa-numitele linii de câmp magnetic. Să definim acest concept în formă următoarele trei puncte.

1. Liniile unui câmp magnetic, sau liniile magnetice de forță, sunt linii direcționate în spațiu care au următoarea proprietate: un mic ac de busolă plasat în fiecare punct al unei astfel de linii este orientat tangențial la această linie..

2. Direcția liniei câmpului magnetic este direcția capetelor nordice ale acelor busolei situate în punctele acestei linii.

3. Cu cât liniile sunt mai groase, cu atât câmpul magnetic este mai puternic într-o anumită regiune a spațiului..

Rolul acelor de busolă poate fi îndeplinit cu succes prin pilitură de fier: într-un câmp magnetic, pilitura mică este magnetizată și se comportă exact ca acele magnetice.

Deci, după ce au turnat pilitură de fier în jurul unui magnet permanent, vom vedea aproximativ următoarea imagine a liniilor de câmp magnetic (Fig. 1).

Orez. 1. Câmp magnetic permanent

Polul nord al magnetului este indicat cu albastru și litera ; polul sud - în roşu şi litera . Rețineți că liniile de câmp ies din polul nord al magnetului și intră în polul sud, deoarece capătul nord al acului busolei va îndrepta spre polul sud al magnetului.

Experiența lui Oersted

Deși electrică și fenomene magnetice au fost cunoscute de oameni încă din antichitate, nicio relație între ei perioadă lungă de timp nu a fost observat. Timp de câteva secole, cercetările asupra electricității și magnetismului au decurs în paralel și independent unele de altele.

Faptul remarcabil că fenomenele electrice și magnetice sunt de fapt legate între ele a fost descoperit pentru prima dată în 1820 în celebrul experiment al lui Oersted.

Schema experimentului lui Oersted este prezentată în fig. 2 (imagine de pe rt.mipt.ru). Deasupra acului magnetic (și - polii nord și sud ai săgeții) este un conductor metalic conectat la o sursă de curent. Dacă închideți circuitul, atunci săgeata se întoarce perpendicular pe conductor!
Acest experiment simplu a indicat direct relația dintre electricitate și magnetism. Experimentele care au urmat experiența lui Oersted au stabilit cu fermitate următorul model: se generează câmp magnetic curenti electrici si actioneaza asupra curentilor.

Orez. 2. Experimentul lui Oersted

Imaginea liniilor câmpului magnetic generat de un conductor cu curent depinde de forma conductorului.

Câmp magnetic al unui fir drept cu curent

Liniile de câmp magnetic ale unui fir drept care transportă curent sunt cercuri concentrice. Centrele acestor cercuri se află pe fir, iar planurile lor sunt perpendiculare pe fir (Fig. 3).

Orez. 3. Câmp al unui fir direct cu curent

Există două reguli alternative pentru determinarea direcției liniilor de câmp magnetic de curent continuu.

regulă a mânerului orelor. Liniile de câmp merg în sens invers acelor de ceasornic atunci când sunt privite, astfel încât curentul să curgă spre noi..

regula șurubului(sau regula gimlet, sau regula tirbușonului- e mai aproape de cineva ;-)). Liniile de câmp merg acolo unde șurubul (cu filet convențional la dreapta) trebuie rotit pentru a se deplasa de-a lungul filetului în direcția curentului..

Utilizați oricare dintre regulile vi se potrivește cel mai bine. Este mai bine să te obișnuiești cu regula în sensul acelor de ceasornic - tu însuți vei vedea mai târziu că este mai universală și mai ușor de folosit (și apoi ți-o amintești cu recunoștință în primul an când studiezi geometria analitică).

Pe fig. 3, a apărut și ceva nou: acesta este un vector, care se numește inducția câmpului magnetic, sau inducție magnetică. Vectorul de inducție magnetică este un analog al vectorului intensității câmpului electric: servește caracteristica de putere câmp magnetic, determinând forța cu care câmpul magnetic acționează asupra sarcinilor în mișcare.

Despre forțele într-un câmp magnetic vom vorbi mai târziu, dar deocamdată vom observa doar că mărimea și direcția câmpului magnetic este determinată de vectorul de inducție magnetică. În fiecare punct din spațiu, vectorul este îndreptat în aceeași direcție cu capătul de nord al acului busolei plasat în acest punct, și anume, tangent la linia câmpului în direcția acestei linii. Inducția magnetică se măsoară în teslach(Tl).

Ca și în cazul unui câmp electric, pentru inducerea unui câmp magnetic, principiul suprapunerii. Constă în faptul că inducția câmpurilor magnetice create într-un punct dat de diverși curenți sunt adăugate vectorial și dau vectorul rezultat al inducției magnetice:.

Câmpul magnetic al unei bobine cu curent

Să considerăm o bobină circulară de-a lungul căreia circulă DC.. Nu arătăm în figură sursa care creează curentul.

Tabloul liniilor câmpului virajului nostru va avea aproximativ următoarea formă (Fig. 4).

Orez. 4. Câmpul bobinei cu curent

Va fi important pentru noi să putem determina în ce semi-spațiu (față de planul bobinei) este îndreptat câmpul magnetic. Din nou avem două reguli alternative.

regulă a mânerului orelor. Liniile de câmp merg acolo, privind de unde curentul pare să circule în sens invers acelor de ceasornic.

regula șurubului. Liniile de câmp merg acolo unde șurubul (cu filete convenționale din dreapta) s-ar deplasa dacă ar fi rotit în direcția curentului.

După cum puteți vedea, rolurile curentului și câmpului sunt inversate - în comparație cu formulările acestor reguli pentru cazul curentului continuu.

Câmpul magnetic al unei bobine cu curent

Bobina se va dovedi, dacă este strâns, bobină la bobină, înfășura firul într-o spirală suficient de lungă (Fig. 5 - imagine de pe site-ul en.wikipedia.org). Bobina poate avea câteva zeci, sute sau chiar mii de spire. Bobina se mai numește solenoid.

Orez. 5. Bobina (solenoid)

Câmpul magnetic de o rotație, după cum știm, nu pare foarte simplu. Câmpuri? spirele individuale ale bobinei sunt suprapuse una peste alta și s-ar părea că rezultatul ar trebui să fie o imagine foarte confuză. Totuși, acesta nu este cazul: câmpul unei bobine lungi are o structură neașteptat de simplă (Fig. 6).

Orez. 6. câmp de bobine cu curent

În această figură, curentul din bobină merge în sens invers acelor de ceasornic când este privit din stânga (acest lucru se va întâmpla dacă, în Fig. 5, capătul din dreapta al bobinei este conectat la „plusul” sursei de curent, iar capătul din stânga la „minus”). Vedem că câmpul magnetic al bobinei are două proprietăți caracteristice.

1. În interiorul bobinei, departe de marginile acesteia, se află câmpul magnetic omogen: în fiecare punct, vectorul de inducție magnetică este același ca mărime și direcție. Liniile de câmp sunt drepte paralele; se îndoaie numai în apropierea marginilor bobinei când se sting.

2. În afara bobinei, câmpul este aproape de zero. Cu cât sunt mai multe spire în bobină, cu atât câmpul în afara ei este mai slab.

Rețineți că o bobină infinit lungă nu emite deloc un câmp: nu există niciun câmp magnetic în afara bobinei. În interiorul unei astfel de bobine, câmpul este uniform peste tot.

Nu-ți aduce aminte de nimic? O bobină este omologul „magnetic” al unui condensator. Vă amintiți că un condensator creează un omogen câmp electric, ale căror linii sunt îndoite doar în apropierea marginilor plăcilor, iar în afara condensatorului, câmpul este aproape de zero; un condensator cu plăci infinite nu eliberează deloc câmpul, iar câmpul este uniform peste tot în interiorul lui.

Și acum - principala observație. Comparați, vă rog, imaginea liniilor de câmp magnetic din afara bobinei (Fig. 6) cu liniile de câmp ale magnetului din Fig. unu . Este același lucru, nu-i așa? Și acum ajungem la o întrebare pe care probabil ați avut-o cu mult timp în urmă: dacă un câmp magnetic este generat de curenți și acționează asupra curenților, atunci care este motivul apariției unui câmp magnetic în apropierea unui magnet permanent? La urma urmei, acest magnet nu pare a fi un conductor cu curent!

Ipoteza lui Ampère. Curenți elementari

La început, s-a crezut că interacțiunea magneților se datorează sarcinilor magnetice speciale concentrate la poli. Dar, spre deosebire de electricitate, nimeni nu putea izola sarcina magnetică; la urma urmei, așa cum am spus deja, nu a fost posibil să se obțină separat polii nord și sud ai magnetului - polii sunt întotdeauna prezenți în magnet în perechi.

Îndoielile cu privire la sarcinile magnetice au fost agravate de experiența lui Oersted, când s-a dovedit că câmpul magnetic este generat de un curent electric. Mai mult, s-a dovedit că pentru orice magnet este posibil să se aleagă un conductor cu un curent de configurație corespunzătoare, astfel încât câmpul acestui conductor să coincidă cu câmpul magnetului.

Ampere a prezentat o ipoteză îndrăzneață. Nu există sarcini magnetice. Acțiunea unui magnet este explicată de curenții electrici închisi din interiorul acestuia..

Care sunt aceste curente? Aceste curenti elementari circulă în atomi și molecule; sunt asociate cu mișcarea electronilor pe orbitele atomice. Câmpul magnetic al oricărui corp este alcătuit din câmpurile magnetice ale acestor curenți elementari.

Curenții elementari pot fi localizați aleatoriu unul față de celălalt. Apoi câmpurile lor se anulează reciproc, iar corpul nu prezintă proprietăți magnetice.

Dar dacă curenții elementari sunt coordonați, atunci câmpurile lor, însumându-se, se întăresc reciproc. Corpul devine magnet (Fig. 7; câmpul magnetic va fi îndreptat spre noi; polul nord al magnetului va fi și el îndreptat spre noi).

Orez. 7. Curenți elementari de magnet

Ipoteza lui Ampere despre curenții elementari a clarificat proprietățile magneților.Încălzirea și scuturarea unui magnet distruge ordinea curenților săi elementari și proprietăți magnetice slăbi. Inseparabilitatea polilor magnetului a devenit evidentă: în locul în care a fost tăiat magnetul, obținem aceiași curenți elementari la capete. Capacitatea unui corp de a fi magnetizat într-un câmp magnetic este explicată prin alinierea coordonată a curenților elementari care „se rotesc” în mod corespunzător (citiți despre rotația unui curent circular într-un câmp magnetic în foaia următoare).

Ipoteza lui Ampère s-a dovedit a fi corectă - a arătat dezvoltare ulterioară fizică. Conceptul de curenți elementari a devenit o parte integrantă a teoriei atomului, dezvoltată deja în secolul al XX-lea - la aproape o sută de ani după conjectura genială a lui Ampère.