Ämnen ANVÄND kodifierare : interaktion av magneter, magnetfält hos en ledare med ström.

Materiens magnetiska egenskaper har varit kända för människor under lång tid. Magneter fick sitt namn från den antika staden Magnesia: ett mineral (senare kallat magnetisk järnmalm eller magnetit) var utbredd i dess närhet, vars delar drog till sig järnföremål.

Interaktion mellan magneter

På två sidor av varje magnet finns Nordpolen och Sydpolen. Två magneter attraheras av varandra av motsatta poler och stöter bort av lika poler. Magneter kan verka på varandra även genom ett vakuum! Allt detta påminner dock om samspelet mellan elektriska laddningar interaktionen mellan magneter är inte elektrisk. Detta bevisas av följande experimentella fakta.

Den magnetiska kraften försvagas när magneten värms upp. Styrkan i interaktionen av punktladdningar beror inte på deras temperatur.

Den magnetiska kraften försvagas genom att magneten skakas. Inget liknande händer med elektriskt laddade kroppar.

Positiva elektriska laddningar kan separeras från negativa (till exempel när kroppar är elektrifierade). Men det är omöjligt att separera magnetens poler: om du skär magneten i två delar, visas poler också på platsen för snittet, och magneten bryts upp i två magneter med motsatta poler i ändarna (orienterade i exakt på samma sätt som polerna på originalmagneten).

Alltså magneterna alltid bipolära, de existerar bara i formen dipoler. Isolerade magnetiska poler (s.k magnetiska monopoler- analoger av elektrisk laddning) i naturen existerar inte (i alla fall har de ännu inte upptäckts experimentellt). Detta är kanske den mest imponerande asymmetrin mellan elektricitet och magnetism.

Precis som elektriskt laddade kroppar verkar magneter på elektriska laddningar. Men magneten verkar bara på rör på sig avgift; Om laddningen är i vila i förhållande till magneten, så verkar ingen magnetisk kraft på laddningen. Tvärtom agerar ett elektrifierat organ på vilken laddning som helst, oavsett om den är i vila eller i rörelse.

Enligt moderna koncept av teorin om kortdistansverkan utförs interaktionen mellan magneter genom magnetiskt fält En magnet skapar nämligen ett magnetfält i det omgivande utrymmet, som verkar på en annan magnet och orsakar en synlig attraktion eller avstötning av dessa magneter.

Ett exempel på en magnet är magnetisk nål kompass. Med hjälp av en magnetisk nål kan man bedöma närvaron av ett magnetfält i ett givet område av rymden, såväl som fältets riktning.

Vår planet Jorden är en jättemagnet. Inte långt från jordens geografiska nordpol ligger den sydliga magnetiska polen. Därför pekar den norra änden av kompassnålen, som vänder sig mot jordens sydmagnetiska pol, mot den geografiska norr. Därför uppstod faktiskt namnet "nordpolen" på magneten.

Magnetiska fältlinjer

Det elektriska fältet, minns vi, undersöks med hjälp av små testladdningar, genom den verkan på vilken man kan bedöma fältets storlek och riktning. En analog till en testladdning i fallet med ett magnetfält är en liten magnetisk nål.

Till exempel kan du få en geometrisk uppfattning om magnetfältet om du placerar i olika punkter utrymmen är mycket små kompassnålar. Erfarenheten visar att pilarna kommer att radas upp längs vissa linjer - de sk magnetiska fältlinjer. Låt oss definiera detta begrepp i formen nästa tre poäng.

1. Linjer i ett magnetfält, eller magnetiska kraftlinjer, är riktade linjer i rymden som har följande egenskap: en liten kompassnål placerad vid varje punkt på en sådan linje är orienterad tangentiellt till denna linje.

2. Riktningen för den magnetiska fältlinjen är riktningen för de norra ändarna av kompassnålarna som ligger vid punkterna på denna linje.

3. Ju tjockare linjerna är, desto starkare är magnetfältet i ett givet område i rymden..

Rollen av kompassnålar kan framgångsrikt utföras av järnspån: i ett magnetfält magnetiseras små filar och beter sig exakt som magnetiska nålar.

Så, hälla järnspån runt permanentmagnet, kommer vi att se ungefär följande mönster av magnetfältslinjer (Fig. 1).

Ris. 1. Permanent magnetfält

Magnetens nordpol indikeras i blått och bokstaven; sydpolen - i rött och bokstaven . Observera att fältlinjerna lämnar magnetens nordpol och går in i sydpolen, eftersom det är mot magnetens sydpol som kompassnålens norra ände kommer att peka.

Oersteds erfarenhet

Även om elektriska och magnetiska fenomen var kända för människor sedan antiken, inget förhållande mellan dem under en lång tid observerades inte. Under flera århundraden pågick forskningen om elektricitet och magnetism parallellt och oberoende av varandra.

Det anmärkningsvärda faktum att elektriska och magnetiska fenomen faktiskt är relaterade till varandra upptäcktes först 1820 i det berömda experimentet i Oersted.

Schemat för Oersteds experiment visas i fig. 2 (bild från rt.mipt.ru). Ovanför den magnetiska nålen (och - pilens nord- och sydpoler) finns en metallledare ansluten till en strömkälla. Om du stänger kretsen, så vänder pilen vinkelrätt mot ledaren!
Detta enkla experiment pekade direkt på förhållandet mellan elektricitet och magnetism. Experimenten som följde Oersteds erfarenhet etablerade bestämt följande mönster: magnetfältet genereras av elektriska strömmar och verkar på strömmar.

Ris. 2. Oersteds experiment

Bilden av linjerna i det magnetiska fältet som genereras av en ledare med ström beror på ledarens form.

Magnetfält för en rak tråd med ström

Magnetfältslinjerna i en rak tråd som bär ström är koncentriska cirklar. Dessa cirklars centrum ligger på tråden, och deras plan är vinkelräta mot tråden (fig. 3).

Ris. 3. Fält för en direkt ledning med ström

Det finns två alternativa regler för att bestämma riktningen för likströms magnetfältslinjer.

timvisare regel. Fältlinjerna går moturs när de ses så att strömmen flyter mot oss..

skruvregel(eller gimlet regel, eller korkskruvsregel- det är närmare någon ;-)). Fältlinjerna går där skruven (med konventionell högergänga) måste vridas för att röra sig längs gängan i strömriktningen.

Använd den regel som passar dig bäst. Det är bättre att vänja sig vid medursregeln – du kommer själv senare att se att den är mer universell och lättare att använda (och sedan komma ihåg den med tacksamhet under ditt första år när du studerar analytisk geometri).

På fig. 3, något nytt har också dykt upp: detta är en vektor, som kallas magnetfältsinduktion, eller magnetisk induktion. Den magnetiska induktionsvektorn är en analog till intensitetsvektorn elektriskt fält: Han serverar kraftkaraktäristik magnetfält, som bestämmer den kraft med vilken magnetfältet verkar på rörliga laddningar.

Vi kommer att prata om krafter i ett magnetfält senare, men för nu kommer vi bara att notera att magnetfältets storlek och riktning bestäms av den magnetiska induktionsvektorn. Vid varje punkt i rymden är vektorn riktad i samma riktning som den norra änden av kompassnålen placerad vid denna punkt, nämligen tangenten till fältlinjen i riktningen för denna linje. Den magnetiska induktionen mäts i teslach(Tl).

Som i fallet med ett elektriskt fält, för induktion av ett magnetfält, superpositionsprincipen. Det ligger i det faktum att induktion av magnetiska fält skapade vid en given punkt av olika strömmar adderas vektoriellt och ger den resulterande vektorn för magnetisk induktion:.

Magnetfältet hos en spole med ström

Låt oss betrakta en cirkulär spole längs vilken cirkulerar D.C.. Vi visar inte källan som skapar strömmen i figuren.

Bilden av linjerna i fältet i vår tur kommer att ha ungefär följande form (fig. 4).

Ris. 4. Spolens fält med ström

Det blir viktigt för oss att kunna avgöra i vilket halvrum (relativt spolens plan) magnetfältet är riktat. Återigen har vi två alternativa regler.

timvisare regel. Fältlinjerna går dit och tittar varifrån strömmen verkar cirkulera moturs.

skruvregel. Fältlinjerna går dit skruven (med konventionella högergängor) skulle röra sig om den roteras i strömmens riktning.

Som du kan se är strömmens och fältets roller omvända - i jämförelse med formuleringarna av dessa regler för fallet med likström.

Magnetfältet hos en spole med ström

Spole det kommer att visa sig, om det är tätt, spole till spole, för att linda tråden till en tillräckligt lång spiral (Fig. 5 - bild från webbplatsen en.wikipedia.org). Spolen kan ha flera tiotals, hundratals eller till och med tusentals varv. Spolen kallas också solenoid.

Ris. 5. Spole (solenoid)

Magnetfältet i ett varv ser som vi vet inte så enkelt ut. Fält? individuella varv på spolen är överlagrade på varandra, och det verkar som om resultatet borde bli en mycket förvirrande bild. Detta är dock inte fallet: fältet för en lång spole har en oväntat enkel struktur (fig. 6).

Ris. 6. spolefält med ström

I denna figur går strömmen i spolen moturs sett från vänster (detta kommer att hända om, i fig. 5, den högra änden av spolen är ansluten till "plus" av strömkällan, och den vänstra änden till "minus"). Vi ser att spolens magnetfält har två karakteristiska egenskaper.

1. Inuti spolen, bort från dess kanter, är magnetfältet homogen: vid varje punkt är den magnetiska induktionsvektorn densamma i storlek och riktning. Fältlinjerna är parallella räta linjer; de böjer sig bara nära spolens kanter när de går ut.

2. Utanför spolen är fältet nära noll. Ju fler varv i spolen, desto svagare är fältet utanför den.

Observera att en oändligt lång spole inte avger ett fält alls: det finns inget magnetfält utanför spolen. Inuti en sådan spole är fältet enhetligt överallt.

Påminner det dig inte om något? En spole är den "magnetiska" motsvarigheten till en kondensator. Du kommer ihåg att en kondensator skapar en homogen elektriskt fält, vars linjer är böjda endast nära kanterna på plattorna, och utanför kondensatorn är fältet nära noll; en kondensator med oändliga plattor släpper inte fältet alls, och fältet är enhetligt överallt inuti det.

Och nu - den viktigaste observationen. Jämför gärna bilden av magnetfältslinjerna utanför spolen (fig. 6) med magnetens fältlinjer i fig. ett . Det är väl samma sak? Och nu kommer vi till en fråga som du förmodligen hade för länge sedan: om ett magnetfält genereras av strömmar och verkar på strömmar, vad är då orsaken till uppkomsten av ett magnetfält nära en permanent magnet? Denna magnet verkar trots allt inte vara en ledare med ström!

Ampères hypotes. Elementära strömmar

Först trodde man att växelverkan mellan magneter berodde på speciella magnetiska laddningar koncentrerade vid polerna. Men till skillnad från elektricitet kunde ingen isolera den magnetiska laddningen; trots allt, som vi redan har sagt, var det inte möjligt att separat erhålla magnetens nord- och sydpoler - polerna är alltid närvarande i magneten i par.

Tvivel om magnetiska laddningar förvärrades av erfarenheten av Oersted, när det visade sig att magnetfältet genereras av en elektrisk ström. Dessutom visade det sig att för vilken magnet som helst är det möjligt att välja en ledare med en ström av lämplig konfiguration, så att fältet för denna ledare sammanfaller med magnetens fält.

Ampere lade fram en djärv hypotes. Det finns inga magnetiska laddningar. En magnets verkan förklaras av slutna elektriska strömmar inuti den..

Vilka är dessa strömmar? Dessa elementära strömmar cirkulera inom atomer och molekyler; de är förknippade med elektronernas rörelse i atomära banor. Magnetfältet hos vilken kropp som helst består av dessa elementära strömmars magnetfält.

Elementära strömmar kan placeras slumpmässigt i förhållande till varandra. Då upphäver deras fält varandra, och kroppen visar inga magnetiska egenskaper.

Men om elementära strömmar är samordnade, förstärker deras fält varandra. Kroppen blir en magnet (fig. 7; magnetfältet kommer att riktas mot oss; magnetens nordpol kommer också att vara riktat mot oss).

Ris. 7. Elementära magnetströmmar

Amperes hypotes om elementära strömmar klargjorde magneternas egenskaper. Uppvärmning och skakning av en magnet förstör arrangemanget av dess elementära strömmar och de magnetiska egenskaperna försvagas. Magnetpolernas oskiljbarhet blev uppenbar: på platsen där magneten skars får vi samma elementära strömmar i ändarna. En kropps förmåga att magnetiseras i ett magnetfält förklaras av den koordinerade inriktningen av elementära strömmar som "vänder" ordentligt (läs om rotationen av en cirkulär ström i ett magnetfält i nästa blad).

Ampères hypotes visade sig vara korrekt – det visade sig ytterligare utveckling fysik. Begreppet elementära strömningar har blivit en integrerad del av teorin om atomen, utvecklad redan på nittonhundratalet – nästan hundra år efter Ampères lysande gissning.

Låt oss tillsammans förstå vad ett magnetfält är. Trots allt lever många människor i det här fältet hela livet och tänker inte ens på det. Dags att fixa det!

Ett magnetfält

Ett magnetfält – speciell sort materia. Det visar sig i verkan på rörliga elektriska laddningar och kroppar som har sitt eget magnetiska moment (permanenta magneter).

Viktigt: ett magnetfält verkar inte på stationära laddningar! Ett magnetiskt fält skapas också genom att elektriska laddningar förflyttas, eller av ett tidsvarierande elektriskt fält, eller av de magnetiska momenten hos elektroner i atomer. Det vill säga, vilken tråd som helst genom vilken ström flyter blir också en magnet!

En kropp som har ett eget magnetfält.

En magnet har poler som kallas norr och söder. Beteckningarna "norra" och "södra" ges endast för bekvämlighet (som "plus" och "minus" i el).

Magnetfältet representeras av kraft magnetiska linjer. kraftlinjerär kontinuerliga och slutna, och deras riktning sammanfaller alltid med fältkrafternas riktning. Om metallspån är utspridda runt en permanent magnet, kommer metallpartiklarna att visa en tydlig bild av de magnetiska fältlinjerna som kommer ut från norr och går in i sydpolen. Grafisk egenskap hos magnetfältet - kraftlinjer.

Magnetfältsegenskaper

De huvudsakliga egenskaperna hos magnetfältet är magnetisk induktion, magnetiskt flöde och magnetisk permeabilitet. Men låt oss prata om allt i ordning.

Omedelbart noterar vi att alla måttenheter anges i systemet SI.

Magnetisk induktion B - vektor fysisk kvantitet, som är magnetfältets huvudeffektkarakteristik. Betecknas med bokstav B . Måttenheten för magnetisk induktion - Tesla (Tl).

Magnetisk induktion indikerar hur starkt ett fält är genom att bestämma kraften med vilken det verkar på en laddning. Denna kraft kallas Lorentz kraft.

Här q - ladda, v - dess hastighet i ett magnetfält, B - induktion, F är den Lorentz-kraft med vilken fältet verkar på laddningen.

F- en fysisk kvantitet lika med produkten av magnetisk induktion med konturens area och cosinus mellan induktionsvektorn och normalen till konturens plan genom vilken flödet passerar. magnetiskt flöde- skalär karaktäristik för magnetfältet.

Vi kan säga att det magnetiska flödet kännetecknar antalet magnetiska induktionslinjer som penetrerar en enhetsarea. Det magnetiska flödet mäts i Weberach (WB).

Magnetisk permeabilitetär koefficienten som bestämmer mediets magnetiska egenskaper. En av parametrarna som den magnetiska induktionen av fältet beror på är den magnetiska permeabiliteten.

Vår planet har varit en enorm magnet i flera miljarder år. Induktionen av jordens magnetfält varierar beroende på koordinaterna. Vid ekvatorn är det cirka 3,1 gånger 10 till Teslas minus femte potens. Dessutom finns det magnetiska anomalier, där fältets värde och riktning skiljer sig markant från närliggande områden. En av de största magnetiska anomalierna på planeten - Kursk och Brasiliansk magnetisk anomali.

Ursprunget till jordens magnetfält är fortfarande ett mysterium för forskare. Det antas att källan till fältet är jordens flytande metallkärna. Kärnan rör sig, vilket betyder att den smälta järn-nickellegeringen rör sig, och rörelsen av laddade partiklar är vad den är. elektricitet, genererar ett magnetfält. Problemet är att denna teori geodynamo) förklarar inte hur fältet hålls stabilt.

Jorden är en enorm magnetisk dipol. De magnetiska polerna sammanfaller inte med de geografiska, även om de ligger i närheten. Dessutom rör sig jordens magnetiska poler. Deras förflyttning har registrerats sedan 1885. Till exempel, under de senaste hundra åren har den magnetiska polen på södra halvklotet förskjutits med nästan 900 kilometer och är nu i södra oceanen. Polen på det arktiska halvklotet rör sig över Ishavet mot den östsibiriska magnetiska anomalien, hastigheten för dess rörelse (enligt 2004 data) var cirka 60 kilometer per år. Nu sker en acceleration av polernas rörelse - i genomsnitt växer hastigheten med 3 kilometer per år.

Vilken betydelse har jordens magnetfält för oss? Först och främst skyddar jordens magnetfält planeten från kosmiska strålar och solvinden. Laddade partiklar från rymden faller inte direkt till marken, utan avleds av en jättemagnet och rör sig längs dess kraftlinjer. Allt levande är alltså skyddat från skadlig strålning.

Under jordens historia har det funnits flera inversioner(förändringar) av magnetiska poler. Polinversionär när de byter plats. Förra gången detta fenomen inträffade för cirka 800 tusen år sedan, och det fanns mer än 400 geomagnetiska omkastningar i jordens historia. Vissa forskare tror att, med tanke på den observerade accelerationen av magnetpolernas rörelse, borde nästa polomkastning vara väntas inom de närmaste tusen åren.

Lyckligtvis förväntas ingen polvändning i vårt århundrade. Så du kan tänka på det trevliga och njuta av livet i det gamla goda konstanta fältet på jorden, efter att ha övervägt magnetfältets huvudegenskaper och egenskaper. Och så att du kan göra detta, det finns våra författare, till vilka du kan anförtro en del av de pedagogiska problemen med förtroende för framgång! och andra typer av arbeten kan du beställa på länken.

Magnetiska fältlinjer

Magnetiska fält, som elektriska fält, kan representeras grafiskt med hjälp av kraftlinjer. En magnetfältlinje, eller en magnetfältsinduktionslinje, är en linje, vars tangent vid varje punkt sammanfaller med riktningen för magnetfältsinduktionsvektorn.

a)	b)	i)

Ris. 1.2. Kraftlinjer för likströmsmagnetfältet (a),

cirkulär ström (b), solenoid (c)

Magnetiska kraftlinjer, som elektriska linjer, skär inte varandra. De är ritade med sådan densitet att antalet linjer som korsar en enhetsyta vinkelrät mot dem är lika med (eller proportionell mot) storleken på magnetfältets magnetiska induktion på en given plats.

På fig. 1.2 a kraftlinjerna för likströmsfältet visas, vilka är koncentriska cirklar, vars centrum är beläget på strömaxeln, och riktningen bestäms av regeln för den högra skruven (strömmen i ledaren riktas till läsare).

Linjer av magnetisk induktion kan "visas" med hjälp av järnspån som magnetiseras i fältet som studeras och beter sig som små magnetiska nålar. På fig. 1.2 b visar kraftlinjerna för den cirkulära strömmens magnetfält. Magnetfältet för solenoiden visas i fig. 1.2 i.

Magnetfältets kraftlinjer är stängda. Fält med slutna kraftlinjer kallas virvelfält. Uppenbarligen är magnetfältet ett virvelfält. Detta är den väsentliga skillnaden mellan ett magnetfält och ett elektrostatiskt.

I ett elektrostatiskt fält är kraftlinjerna alltid öppna: de börjar och slutar kl elektriska laddningar. Magnetiska kraftlinjer har varken början eller slut. Detta motsvarar det faktum att det inte finns några magnetiska laddningar i naturen.

1.4. Biot-Savart-Laplace lag

De franska fysikerna J. Biot och F. Savard genomförde 1820 en studie av magnetfält skapade av strömmar som flyter genom tunna ledningar olika former. Laplace analyserade de experimentella data som erhållits av Biot och Savart och etablerade ett förhållande som kallades Biot-Savart-Laplace-lagen.

Enligt denna lag kan induktionen av magnetfältet för vilken ström som helst beräknas som en vektorsumma (superposition) av induktionerna av magnetfält som skapas av enskilda elementära sektioner av strömmen. För den magnetiska induktionen av fältet som skapas av ett strömelement med en längd, fick Laplace formeln:

, (1.3)

där är en vektor, modulo lika med längden av ledarelementet och sammanfaller i riktning med strömmen (fig. 1.3); är radievektorn ritad från elementet till punkten där ; är radievektorns modul.

För ungefär två och ett halvt tusen år sedan upptäckte människor att vissa naturstenar har förmågan att attrahera järn. Denna egenskap förklarades av närvaron av en levande själ i dessa stenar och en viss "kärlek" till järn.

Idag vet vi redan att dessa stenar är naturliga magneter, och magnetfältet, och inte alls en speciell plats för järnet, skapar dessa effekter. Ett magnetfält är en speciell typ av materia som skiljer sig från materia och som finns runt magnetiserade kroppar.

permanentmagneter

Naturliga magneter, eller magnetiter, är inte särskilt starka magnetiska egenskaper. Men människan har lärt sig att skapa konstgjorda magneter som har en mycket större styrka av magnetfältet. De är gjorda av speciella legeringar och magnetiserade av ett externt magnetfält. Efter det kan du använda dem på egen hand.

Magnetiska fältlinjer

Vilken magnet som helst har två poler, de kallas nord- och sydpoler. Vid polerna är koncentrationen av magnetfältet maximal. Men mellan polerna är magnetfältet också lokaliserat inte godtyckligt, utan i form av ränder eller linjer. De kallas magnetfältslinjer. Att upptäcka dem är ganska enkelt - placera bara spridda järnspån i ett magnetfält och skaka dem lätt. De kommer inte att placeras godtyckligt, utan bildar så att säga ett mönster av linjer som börjar vid en pol och slutar vid den andra. Dessa linjer kommer så att säga ut från ena stolpen och går in i den andra.

Järnspån i själva magnetens fält magnetiseras och placeras längs de magnetiska kraftlinjerna. Så här fungerar kompassen. Vår planet är en stor magnet. Kompassnålen plockar upp jordens magnetfält och, vridande, placeras längs kraftlinjerna, med ena änden pekar mot den nordliga magnetiska polen, den andra mot söder. Jordens magnetiska poler är lite utanför geografiska, men när man reser bort från polerna gör detta inte Av stor betydelse, och vi kan betrakta dem som identiska.

Varierande magneter

Omfattningen av magneter i vår tid är extremt bred. De kan hittas inuti elmotorer, telefoner, högtalare, radioapparater. Även inom medicin, till exempel, när en person sväljer en nål eller annat järnföremål, kan det tas bort utan operation med en magnetisk sond.

> Magnetiska fältlinjer

Hur man avgör magnetiska fältlinjer: ett diagram över styrkan och riktningen för magnetfältlinjer, med hjälp av en kompass för att bestämma magnetpolerna, ritning.

Magnetiska fältlinjer användbar för att visuellt visa styrkan och riktningen av ett magnetfält.

Lärande uppgift

• Korrelera styrkan hos magnetfältet med densiteten hos magnetfältets linjer.

Nyckelord

• Riktningen på det magnetiska fältet visar kompassnålarna som rör vid magnetfältslinjerna vid någon specificerad punkt.
• Styrkan hos B-fältet är omvänt proportionell mot avståndet mellan linjerna. Den är också exakt proportionell mot antalet linjer per ytenhet. En linje korsar aldrig en annan.
• Magnetfältet är unikt vid varje punkt i rymden.
• Linjerna avbryts inte och skapar slutna slingor.
• Linjerna sträcker sig från norr till sydpolen.

Villkor

• Magnetfältslinjer är en grafisk representation av ett magnetfälts storlek och riktning.
• B-fält är en synonym för magnetfält.

Magnetiska fältlinjer

Som barn sägs Albert Einstein ha älskat att titta på kompassen och tänka på hur nålen kände kraft utan direkt fysisk kontakt. Djupt tänkande och seriöst intresse ledde till att barnet växte upp och skapade sin revolutionära relativitetsteori.

Eftersom magnetiska krafter påverkar avstånd, beräknar vi magnetiska fält för att representera dessa krafter. Linjegrafik är användbar för att visualisera styrkan och riktningen av ett magnetfält. Förlängningen av linjerna indikerar kompassnålens nordliga orientering. Det magnetiska kallas B-fältet.

(a) - Om en liten kompass används för att jämföra magnetfältet runt en stångmagnet, kommer det att visas rätt riktning från nordpolen till söder. (b) - Lägga till pilar skapar kontinuerliga linjer magnetiskt fält. Styrkan är proportionell mot linjernas närhet. (c) - Om du kan undersöka insidan av magneten, kommer linjerna att visas i form av slutna slingor

Det är inget svårt att matcha ett föremåls magnetfält. Beräkna först styrkan och riktningen för magnetfältet på flera platser. Markera dessa punkter med vektorer som pekar i det lokala magnetfältets riktning med en storlek som är proportionell mot dess styrka. Du kan kombinera pilar och bilda magnetfältslinjer. Riktningen vid vilken punkt som helst kommer att vara parallell med riktningen för de närmaste fältlinjerna, och den lokala densiteten kan vara proportionell mot styrkan.

Magnetfältets kraftlinjer liknar konturlinjer på topografiska kartor, eftersom de visar något kontinuerligt. Många av magnetismens lagar kan formuleras i enkla termer, till exempel antalet fältlinjer genom en yta.

Riktning av magnetfältslinjer, representerade av inriktningen av järnspån på papper placerat ovanför en stångmagnet

Olika fenomen påverkar visningen av linjer. Till exempel skapar järnspån på en magnetfältlinje linjer som motsvarar magnetiska. De visas också visuellt i norrsken.

En liten kompass som skickas in i fältet ligger parallellt med fältlinjen, med nordpolen pekar mot B.

Miniatyrkompasser kan användas för att visa fält. (a) - Magnetfältet i den cirkulära strömkretsen liknar ett magnetiskt. (b) - En lång och rak tråd bildar ett fält med magnetfältlinjer som skapar cirkulära slingor. (c) - När tråden är i papprets plan visas fältet vinkelrätt mot papperet. Notera vilka symboler som används för rutan som pekar in och ut

En detaljerad studie av magnetfält hjälpte till att härleda ett antal viktiga regler:

• Riktningen på det magnetiska fältet berör fältlinjen när som helst i rymden.
• Fältets styrka är proportionell mot linjens närhet. Den är också exakt proportionell mot antalet linjer per ytenhet.
• Magnetfältets linjer kolliderar aldrig, vilket innebär att magnetfältet när som helst i rymden kommer att vara unikt.
• Linjerna förblir sammanhängande och följer från norr till sydpolen.

Den sista regeln bygger på att stolparna inte går att separera. Och detta skiljer sig från elektriska fältlinjer, där slutet och början är markerade av positiva och negativa laddningar.