Nakreslite sériu súvislých čiar v magnetickom poli tak, aby sa tieto čiary všade zhodovali so smerom intenzity poľa (so smerom magnetickej indukcie). Výsledný obraz môže slúžiť ako obraz magnetického poľa.
Ak pohybujete malou, voľne zavesenou strelkou kompasu pozdĺž siločiary magnetického poľa, potom sa jej os všade zhoduje s blízkou časťou čiary. Na jednej z čiar na obr. 2.13 ukazuje šípky kompasu v štyroch polohách.
Ryža. 2.13. Magnetické pole tyčového magnetu
Ryža. 2.14. Magnetické pole priamočiareho vodiča s prúdom. Porovnajte s obr. 2.10
Na obr. 2.13, 2.14 sú čiarami znázornené magnetické polia permanentného magnetu a priamočiareho vodiča s prúdom. Šípky na čiarach ukazujú smer magnetického poľa (smer, ktorým by ukazoval severný koniec strelky kompasu).
Aby bolo možné posúdiť silu poľa z obrázku, bolo dohodnuté kresliť čiary čím bližšie k sebe, tým silnejšie je pole.
Z obr. 2.13 ukazuje, že najsilnejšie pole je priamo v blízkosti pólov magnetu. Z obr. 2.14 je vidieť, že prúdové pole je najsilnejšie v blízkosti drôtu a keď sa od neho vzďaľujete, pole slabne.
V § 2.1 bolo povedané, že malé železné telesá pod vplyvom magnetu sa samy stávajú magnetmi (obr. 2.1, a).
Preto je jasné, že ak na tabuľu dáte permanentný magnet a posypete dosku železnými pilinami, budú umiestnené tak, ako by boli umiestnené malé strelky kompasu. Obrázky získané pomocou pilín poskytujú vizuálnu reprezentáciu poľa.
Na obr. 2.15 ukazuje magnetické pole cievky. Ak je drôt navinutý do špirály, navinutý ako cievka, potom sa rovnako nasmerované polia jednotlivých závitov budú k sebe pridávať, čím sa pole vo vnútri cievky posilní.
Smer magnetickej čiary sa zhoduje s osou cievky a pole tam dosahuje svoju najväčšiu hodnotu. Pole vo vnútri cievky je približne rovnomerné, t.j. sila poľa zostáva v rôznych bodoch približne rovnaká. Vzdialenosti medzi susednými magnetickými čiarami s najvyššou hustotou vo vnútri cievky budú tiež rovnaké.
Ryža. 2.15. Vzor magnetického poľa cievky
Na štúdium štruktúry magnetického poľa sa používa spektrálna metóda. Malé železné piliny, padajúce do magnetického poľa, sú zmagnetizované a vo vzájomnej interakcii vytvárajú reťazce, ktorých usporiadanie umožňuje posúdiť štruktúru magnetického poľa.
Ako príklad aplikácie spektrálna metóda Zvážte experiment s magnetickým poľom priameho vodiča. Prevlečieme dlhý rovný vodič pripojený k elektrickému obvodu cez tenkú dielektrickú dosku. Na plech vysypeme malé železné piliny, zľahka poklepeme po plechu. Piliny sa budú zhromažďovať okolo vodiča vo forme sústredných kruhov rôznych priemerov (obr. 6.10). Pri opakovaní experimentu s inými vodičmi pri iných hodnotách sily prúdu dostaneme podobné obrazce, ktoré sa nazývajú magnetické spektrá.
Spectra môžu byť reprezentované na papieri ako čiary magnetickej indukcie.
Pre priamy vodič je takýto obrázok znázornený na obr. 6.11. Na snímkach magnetických spektier čiary magnetickej indukcie ukazujú smer magnetickej indukcie v každom bode. V každom bode indukčnej čiary sa dotyčnica zhoduje s vektorom magnetickej indukcie.
Nazývajú sa priamky dotyčnice, ku ktorým v každom bode ukazujú smer magnetickej indukcie čiary magnetickej indukcie.
Hustota čiary magnetickej indukcie závisí od modulu magnetickej indukcie. Je väčší tam, kde je väčší modul a naopak. Smer čiar magnetickej indukcie priameho vodiča je určený pravidlom pravej skrutky.
Spektrá magnetických polí vodiče iného tvaru majú veľa spoločného.
Takže spektrum magnetického poľa prstenca s prúdom je podobné dvom kombinovaným spektrám priamych vodičov (obr. 6.12). Väčšia je len hustota indukčných čiar v strede prstenca (obr. 6.13).
Magnetické spektrum cievky s veľkým počtom závitov (solenoidu) je znázornené na obr. 6.14. Obrázok ukazuje, že čiary Magnetická indukcia takejto cievky je vnútorne paralelná a má rovnakú hustotu. To naznačuje, že vo vnútri dlhej cievky je magnetické pole rovnomerné - vo všetkých bodoch je magnetická indukcia rovnaká (obr. 6.15). Čiary magnetickej indukcie sa rozchádzajú len mimo cievky, kde je magnetické pole nehomogénne.
Ak porovnáme spektrá magnetických polí vodičov s prúdom rôznych tvarov, vidíme to indukčné vedenia sú vždy zatvorené alebo s ďalším pokračovaním sa môžu uzavrieť. To naznačuje absenciu magnetických nábojov. Takéto pole je tzv vír. Vírivé pole nemá potenciál.materiál zo stránky
Na tejto stránke sú materiály k témam:
Spektrá magnetických polí GDz Reshebnik
Aké fyzikálne procesy prebiehajú pri tvorbe magnetického spektra
Objavy v oblasti magnetických polí
Referát na tému magnetické pole a jeho grafické znázornenie
Príklady spektier magnetického poľa
Otázky k tejto položke:
Oerstedov experiment v roku 1820. Čo naznačuje výchylka magnetickej strelky, keď je elektrický obvod uzavretý? Okolo vodiča s prúdom je magnetické pole. Magnetická strelka na to reaguje. Zdrojom magnetického poľa sú pohybujúce sa elektrické náboje alebo prúdy.
Oerstedov experiment v roku 1820. Čo naznačuje skutočnosť, že magnetická strelka bola zapnutá? To znamená, že smer prúdu vo vodiči sa zmenil na opačný.
Amperov experiment v roku 1820. Ako vysvetliť skutočnosť, že vodiče s prúdom na seba navzájom pôsobia? Vieme, že magnetické pole pôsobí na vodič s prúdom. Preto fenomén interakcie prúdov možno vysvetliť takto: elektrický prúd v prvom vodiči generuje magnetické pole, ktoré pôsobí na druhý prúd a naopak ...
Jednotka sily prúdu Ak cez dva paralelné vodiče s dĺžkou 1 m, ktoré sú od seba vzdialené 1 m, preteká prúd 1 A, pôsobí na ne silou N.
Jednotka sily prúdu 2 A Aká je sila prúdu vo vodičoch, ak interagujú so silou H?
Čo je magnetické pole a aké sú jeho vlastnosti? 1.MP je špeciálna forma hmoty, ktorá existuje nezávisle od nás a našich vedomostí o nej. 2. MP vzniká pohybom elektrických nábojov a je detekovaný pôsobením na pohybujúce sa elektrické náboje. 3. So vzdialenosťou od zdroja MF slabne.
Vlastnosti magnetických čiar: 1. Magnetické čiary sú uzavreté krivky. Čo to hovorí? Ak vezmete kúsok magnetu a rozbijete ho na dva kusy, každý kúsok bude mať opäť „severný“ a „južný“ pól. Ak výsledný kúsok opäť rozlomíte na dve časti, každá časť bude mať opäť „severný“ a „južný“ pól. Bez ohľadu na to, aké malé sú výsledné kúsky magnetov, každý kúsok bude mať vždy „severný“ a „južný“ pól. Je nemožné dosiahnuť magnetický monopol ("mono" znamená jeden, monopol - jeden pól). Aspoň taký je moderný pohľad na tento fenomén. To naznačuje, že v prírode neexistujú žiadne magnetické náboje. Magnetické póly nie je možné oddeliť.
2. Magnetické pole zistíte tak, že ... A) pôsobením na ľubovoľný vodič, B) pôsobením na vodič, ktorým preteká elektrický prúd, C) nabitou tenisovou loptičkou zavesenou na tenkom neroztiahnuteľnom vlákne, D) pôsobením pohybujúce sa elektrické náboje. a) A a B, b) A a C, c) B a C, d) B a D.
7. Ktoré tvrdenia sú pravdivé? A. Elektrické náboje existujú v prírode. B. V prírode existujú magnetické náboje. Otázka: V prírode neexistujú žiadne elektrické náboje. D. V prírode neexistujú žiadne magnetické náboje. a) A a B, b) A a C, c) A a D, d) B, C a D.
10. Dva paralelné vodiče dĺžky 1 m, ktoré sa nachádzajú vo vzdialenosti 1 m od seba, keď nimi preteká elektrický prúd, sa priťahujú silou N. To znamená, že vodičmi tečú prúdy ... a) opačné smery 1 A, b ) jeden smer po 1 A, c) opačné smery po 0,5 A, d) jeden smer po 0,5 A.
23. Magnetická strelka sa vychýli, ak je umiestnená v blízkosti ... A) v blízkosti toku elektrónov, B) v blízkosti toku atómov vodíka, C) v blízkosti toku záporných iónov, D) v blízkosti toku kladných iónov, E) v blízkosti toku jadier atómu kyslíka. a) všetky odpovede sú správne b) A, B, C a D, c) B, C, D, d) B, C, D, E
3. Na obrázku je rez vodičom s prúdom v bode A, elektrický prúd vstupuje kolmo na rovinu obrázku. Ktorý zo smerov uvedených v bode M zodpovedá smeru vektora B indukcie magnetického poľa prúdu v tomto bode? a) 1, b) 2, c) 3, 4)
Poďme spoločne pochopiť, čo je magnetické pole. Veď veľa ľudí žije v tejto oblasti celý život a ani o tom nepremýšľajú. Je čas to napraviť!
Magnetické pole
Magnetické pole je zvláštny druh hmoty. Prejavuje sa pôsobením na pohybujúce sa elektrické náboje a telesá, ktoré majú vlastný magnetický moment (permanentné magnety).
Dôležité: magnetické pole nepôsobí na stacionárne náboje! Magnetické pole vzniká aj pohybom elektrických nábojov, alebo časovo premenným elektrickým poľom, alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch. To znamená, že každý drôt, cez ktorý preteká prúd, sa stane magnetom!
Teleso, ktoré má svoje magnetické pole.
Magnet má póly nazývané severný a južný. Označenia "severný" a "južný" sú uvedené len pre pohodlie (ako "plus" a "mínus" v elektrine).
Magnetické pole je reprezentované silové magnetické čiary. Siločiary sú súvislé a uzavreté a ich smer sa vždy zhoduje so smerom síl poľa. Ak sú kovové hobliny rozptýlené okolo permanentného magnetu, kovové častice ukážu jasný obraz magnetických siločiar vystupujúcich zo severu a vstupujúcich do južného pólu. Grafická charakteristika magnetického poľa - siločiary.
Charakteristiky magnetického poľa
Hlavné charakteristiky magnetického poľa sú magnetická indukcia, magnetický tok a magnetická permeabilita. Ale povedzme si o všetkom pekne po poriadku.
Okamžite si všimneme, že všetky merné jednotky sú uvedené v systéme SI.
Magnetická indukcia B - vektorová fyzikálna veličina, ktorá je hlavnou výkonovou charakteristikou magnetického poľa. Označené písmenom B . Jednotka merania magnetickej indukcie - Tesla (Tl).
Magnetická indukcia udáva, aké silné je pole určením sily, ktorou pôsobí na náboj. Táto sila sa nazýva Lorentzova sila.
Tu q - poplatok, v - jeho rýchlosť v magnetickom poli, B - indukcia, F je Lorentzova sila, ktorou pole pôsobí na náboj.
F- fyzikálna veličina rovnajúca sa súčinu magnetickej indukcie v oblasti obrysu a kosínusu medzi vektorom indukcie a normálou k rovine obrysu, cez ktorú prúdi. Magnetický tok je skalárna charakteristika magnetického poľa.
Môžeme povedať, že magnetický tok charakterizuje počet magnetických indukčných čiar prenikajúcich jednotkovou plochou. Magnetický tok sa meria v Weberach (WB).
Magnetická priepustnosť je koeficient, ktorý určuje magnetické vlastnosti média. Jedným z parametrov, od ktorých závisí magnetická indukcia poľa, je magnetická permeabilita.
Naša planéta je už niekoľko miliárd rokov obrovským magnetom. Indukcia magnetického poľa Zeme sa mení v závislosti od súradníc. Na rovníku je to asi 3,1 krát 10 na mínus pätinu Teslu. Okrem toho existujú magnetické anomálie, kde sa hodnota a smer poľa výrazne líšia od susedných oblastí. Jedna z najväčších magnetických anomálií na planéte - Kursk a Brazílska magnetická anomália.
Pôvod magnetického poľa Zeme je pre vedcov stále záhadou. Predpokladá sa, že zdrojom poľa je tekuté kovové jadro Zeme. Jadro sa pohybuje, čo znamená, že roztavená zliatina železa a niklu sa pohybuje a pohyb nabitých častíc je elektrický prúd, ktorý vytvára magnetické pole. Problém je v tejto teórii geodynamo) nevysvetľuje, ako sa pole udržiava stabilné.
Zem je obrovský magnetický dipól. Magnetické póly sa nezhodujú s geografickými, hoci sú v tesnej blízkosti. Okrem toho sa magnetické póly Zeme pohybujú. Ich vysídlenie sa zaznamenáva od roku 1885. Napríklad za posledných sto rokov sa magnetický pól na južnej pologuli posunul takmer o 900 kilometrov a teraz sa nachádza v južnom oceáne. Pól arktickej pologule sa pohybuje cez Severný ľadový oceán smerom k východosibírskej magnetickej anomálii, rýchlosť jeho pohybu (podľa údajov z roku 2004) bola asi 60 kilometrov za rok. Teraz dochádza k zrýchleniu pohybu pólov - v priemere rastie rýchlosť o 3 kilometre za rok.
Aký význam má pre nás magnetické pole Zeme? V prvom rade magnetické pole Zeme chráni planétu pred kozmickým žiarením a slnečným vetrom. Nabité častice z hlbokého vesmíru nepadajú priamo na zem, ale sú odklonené obrovským magnetom a pohybujú sa po jeho siločiarach. Všetko živé je tak chránené pred škodlivým žiarením.
Počas histórie Zeme ich bolo niekoľko inverzie(zmeny) magnetických pólov. Inverzia pólov keď si vymenia miesta. Naposledy sa tento jav vyskytol asi pred 800 000 rokmi a geomagnetických zvratov bolo v histórii Zeme viac ako 400. Niektorí vedci sa domnievajú, že vzhľadom na pozorované zrýchlenie pohybu magnetických pólov by nasledujúci obrat pólov mal byť očakávané v najbližších niekoľkých tisícoch rokov.
Našťastie sa v našom storočí neočakáva žiadne obrátenie pólov. Takže môžete premýšľať o príjemnom a užívať si život v starom dobrom konštantnom poli Zeme, po zvážení hlavných vlastností a charakteristík magnetického poľa. A aby ste to dokázali, sú tu naši autori, ktorým možno s dôverou v úspech zveriť niektoré z výchovných problémov! a iné druhy prác si môžete objednať na odkaze.
Témy kodifikátora USE: interakcia magnetov, magnetické pole vodiča s prúdom.
Magnetické vlastnosti hmoty sú ľuďom známe už dlho. Magnety dostali svoje meno podľa starovekého mesta Magnesia: v jeho blízkosti bol rozšírený minerál (neskôr nazývaný magnetická železná ruda alebo magnetit), ktorého kúsky priťahovali železné predmety.
Interakcia magnetov
Na dvoch stranách každého magnetu sú umiestnené severný pól a Južný pól. Dva magnety sú k sebe priťahované opačnými pólmi a odpudzujú sa podobnými pólmi. Magnety môžu na seba pôsobiť aj cez vákuum! To všetko však pripomína interakciu elektrických nábojov interakcia magnetov nie je elektrická. Dokazujú to nasledujúce experimentálne fakty.
Magnetická sila zoslabne, keď sa magnet zahreje. Sila interakcie bodových nábojov nezávisí od ich teploty.
Magnetická sila sa zoslabuje trasením magnetu. S elektricky nabitými telesami sa nič podobné nedeje.
Pozitívne elektrické náboje môžu byť oddelené od negatívnych (napríklad keď sú telesá elektrifikované). Nie je však možné oddeliť póly magnetu: ak rozrežete magnet na dve časti, potom sa v mieste rezu objavia aj póly a magnet sa rozpadne na dva magnety s opačnými pólmi na koncoch (orientované presne rovnako spôsobom ako póly pôvodného magnetu).
Takže magnety vždy bipolárne, existujú len vo forme dipóly. Izolované magnetické póly (tzv magnetické monopóly- analógy elektrického náboja) v prírode neexistujú (v žiadnom prípade neboli experimentálne zistené). Toto je možno najpôsobivejšia asymetria medzi elektrinou a magnetizmom.
Podobne ako elektricky nabité telesá, magnety pôsobia na elektrické náboje. Magnet však pôsobí iba na sťahovanie poplatok; Ak je náboj vo vzťahu k magnetu v pokoji, potom na náboj nepôsobí žiadna magnetická sila. Naopak, elektrifikované teleso pôsobí na akýkoľvek náboj, bez ohľadu na to, či je v pokoji alebo v pohybe.
Podľa moderných koncepcií teórie pôsobenia krátkeho dosahu sa interakcia magnetov uskutočňuje prostredníctvom magnetické pole Magnet totiž vytvára v okolitom priestore magnetické pole, ktoré pôsobí na iný magnet a spôsobuje viditeľné priťahovanie alebo odpudzovanie týchto magnetov.
Príkladom magnetu je magnetická ihla kompas. Pomocou magnetickej ihly je možné posúdiť prítomnosť magnetického poľa v danej oblasti priestoru, ako aj smer poľa.
Naša planéta Zem je obrovský magnet. Neďaleko geografického severného pólu Zeme je južný magnetický pól. Preto severný koniec strelky kompasu, otáčajúci sa k južnému magnetickému pólu Zeme, ukazuje na geografický sever. Preto v skutočnosti vznikol názov "severný pól" magnetu.
Magnetické siločiary
Pripomíname, že elektrické pole sa skúma pomocou malých testovacích nábojov pôsobením, na základe ktorého je možné posúdiť veľkosť a smer poľa. Analógom testovacieho náboja v prípade magnetického poľa je malá magnetická ihla.
Napríklad môžete získať nejakú geometrickú predstavu o magnetickom poli umiestnením veľmi malých ihiel kompasu na rôzne body v priestore. Prax ukazuje, že šípky sa zoradia pozdĺž určitých línií – tzv magnetické siločiary. Definujme tento pojem vo forme nasledujúcich troch odsekov.
1. Čiary magnetického poľa alebo magnetické siločiary sú smerované čiary v priestore, ktoré majú nasledujúcu vlastnosť: malá strelka kompasu umiestnená v každom bode takejto čiary je orientovaná tangenciálne k tejto čiare.
2. Smer čiary magnetického poľa je smer severných koncov ihiel kompasu umiestnených v bodoch tejto čiary.
3. Čím sú čiary hrubšie, tým silnejšie je magnetické pole v danej oblasti priestoru..
Úlohu ihiel kompasu môžu úspešne vykonávať železné piliny: v magnetickom poli sú malé piliny magnetizované a správajú sa presne ako magnetické strelky.
Takže po nasypaní železných pilín okolo permanentného magnetu uvidíme približne nasledujúci obrázok magnetických siločiar (obr. 1).
Ryža. 1. Permanentné magnetické pole
Severný pól magnetu je označený modrou farbou a písmenom ; južný pól - v červenej farbe a písmeno . Všimnite si, že siločiary vychádzajú zo severného pólu magnetu a vstupujú do južného pólu, pretože severný koniec strelky kompasu ukazuje na južný pól magnetu.
Oerstedova skúsenosť
Napriek tomu, že elektrické a magnetické javy boli ľuďom známe už od staroveku, dlho medzi nimi nebol pozorovaný žiadny vzťah. Niekoľko storočí prebiehal výskum elektriny a magnetizmu paralelne a nezávisle od seba.
Pozoruhodný fakt, že elektrické a magnetické javy spolu skutočne súvisia, bol prvýkrát objavený v roku 1820 v slávnom experimente Oersteda.
Schéma Oerstedovho experimentu je znázornená na obr. 2 (obrázok z rt.mipt.ru). Nad magnetickou ihlou (a - severným a južným pólom šípky) je kovový vodič pripojený k zdroju prúdu. Ak obvod uzavriete, šípka sa otočí kolmo na vodič!
Tento jednoduchý experiment poukázal priamo na vzťah medzi elektrinou a magnetizmom. Experimenty, ktoré nasledovali po skúsenostiach Oersteda, pevne stanovili nasledujúci vzorec: magnetické pole je generované elektrickými prúdmi a pôsobí na prúdy.
Ryža. 2. Oerstedov experiment
Obraz čiar magnetického poľa generovaného vodičom s prúdom závisí od tvaru vodiča.
Magnetické pole priameho drôtu s prúdom
Magnetické siločiary priameho drôtu nesúceho prúd sú sústredné kruhy. Stredy týchto kružníc ležia na drôte a ich roviny sú kolmé na drôt (obr. 3).
Ryža. 3. Pole priameho vodiča s prúdom
Na určenie smeru siločiar magnetického poľa jednosmerného prúdu existujú dve alternatívne pravidlá.
pravidlo hodinovej ručičky. Siločiary idú pri pohľade proti smeru hodinových ručičiek, takže prúd prúdi smerom k nám..
skrutkové pravidlo(alebo gimlet pravidlo, alebo pravidlo vývrtky- niekomu je to bližšie ;-)). Siločiary idú tam, kde sa skrutka (s konvenčným pravým závitom) musí otáčať, aby sa pohybovala pozdĺž závitu v smere prúdu.
Použite pravidlo, ktoré vám najviac vyhovuje. Je lepšie si zvyknúť na pravidlo v smere hodinových ručičiek - neskôr sami uvidíte, že je univerzálnejšie a ľahšie sa používa (a potom si to s vďakou zapamätajte v prvom ročníku, keď študujete analytickú geometriu).
Na obr. 3 sa objavila aj novinka: ide o vektor, ktorý sa nazýva indukcia magnetického poľa, alebo magnetická indukcia. Vektor magnetickej indukcie je analógom vektora intenzity elektrického poľa: slúži výkonová charakteristika magnetické pole, určujúce silu, ktorou magnetické pole pôsobí na pohybujúce sa náboje.
O silách v magnetickom poli si povieme neskôr, ale zatiaľ si všimneme len to, že veľkosť a smer magnetického poľa určuje vektor magnetickej indukcie. V každom bode v priestore je vektor nasmerovaný rovnakým smerom ako severný koniec strelky kompasu umiestnenej v tomto bode, konkrétne dotyčnica k siločiare v smere tejto priamky. Magnetická indukcia sa meria v teslach(Tl).
Rovnako ako v prípade elektrického poľa, pre indukciu magnetického poľa, princíp superpozície. Spočíva v tom, že indukcia magnetických polí vytvorených v danom bode rôznymi prúdmi sa vektorovo sčítajú a dávajú výsledný vektor magnetickej indukcie:.
Magnetické pole cievky s prúdom
Predstavte si kruhovú cievku, cez ktorú cirkuluje jednosmerný prúd. Na obrázku neukazujeme zdroj, ktorý vytvára prúd.
Obrázok čiar poľa nášho ťahu bude mať približne nasledovnú podobu (obr. 4).
Ryža. 4. Pole cievky s prúdom
Pre nás bude dôležité, aby sme vedeli určiť, do ktorého polpriestoru (vzhľadom na rovinu cievky) je magnetické pole nasmerované. Opäť máme dve alternatívne pravidlá.
pravidlo hodinovej ručičky. Siločiary tam idú a pozerajú sa z miesta, kde sa zdá, že prúd cirkuluje proti smeru hodinových ručičiek.
skrutkové pravidlo. Siločiary idú tam, kde by sa skrutka (s konvenčným pravostranným závitom) pohybovala, ak by sa otáčala v smere prúdu.
Ako vidíte, úlohy prúdu a poľa sú obrátené - v porovnaní s formuláciami týchto pravidiel pre prípad jednosmerného prúdu.
Magnetické pole cievky s prúdom
Cievka ukáže sa, ak tesne, cievka na cievku, navinie drôt do dostatočne dlhej špirály (obr. 5 - obrázok zo stránky en.wikipedia.org). Cievka môže mať niekoľko desiatok, stoviek alebo dokonca tisíc otáčok. Cievka sa tiež nazýva solenoid.
Ryža. 5. Cievka (solenoid)
Magnetické pole jednej otáčky, ako vieme, nevyzerá veľmi jednoducho. Polia? jednotlivé závity cievky sú na seba navrstvené a zdalo by sa, že výsledkom by mal byť veľmi mätúci obraz. Nie je to však tak: pole dlhej cievky má nečakane jednoduchú štruktúru (obr. 6).
Ryža. 6. cievkové pole s prúdom
Na tomto obrázku ide prúd v cievke proti smeru hodinových ručičiek pri pohľade zľava (to sa stane, ak na obr. 5 je pravý koniec cievky pripojený k „plusu“ zdroja prúdu a ľavý koniec k „mínus“). Vidíme, že magnetické pole cievky má dve charakteristické vlastnosti.
1. Vo vnútri cievky, ďaleko od jej okrajov, je magnetické pole homogénne: v každom bode má vektor magnetickej indukcie rovnakú veľkosť a smer. Siločiary sú rovnobežné priame čiary; ohýbajú sa len v blízkosti okrajov cievky, keď zhasnú.
2. Mimo cievky je pole blízke nule. Čím viac závitov v cievke, tým slabšie pole mimo nej.
Všimnite si, že nekonečne dlhá cievka vôbec nevyžaruje pole: mimo cievky nie je žiadne magnetické pole. Vo vnútri takejto cievky je pole všade jednotné.
Nič vám to nepripomína? Cievka je "magnetický" náprotivok kondenzátora. Pamätáte si, že kondenzátor vo svojom vnútri vytvára rovnomerné elektrické pole, ktorého čiary sú zakrivené iba v blízkosti okrajov dosiek a mimo kondenzátora je pole blízke nule; kondenzátor s nekonečnými doskami pole vôbec neuvoľňuje a pole je v ňom všade rovnomerné.
A teraz - hlavné pozorovanie. Porovnajte, prosím, obrázok magnetických siločiar mimo cievky (obr. 6) so siločiarami magnetu na obr. jeden . Je to to isté, nie? A teraz sa dostávame k otázke, ktorú ste pravdepodobne mali už dávno: ak je magnetické pole generované prúdmi a pôsobí na prúdy, aký je dôvod vzniku magnetického poľa v blízkosti permanentného magnetu? Koniec koncov, tento magnet sa nezdá byť vodičom s prúdom!
Amperova hypotéza. Elementárne prúdy
Spočiatku sa predpokladalo, že interakcia magnetov bola spôsobená špeciálnymi magnetickými nábojmi sústredenými na póloch. Ale na rozdiel od elektriny nikto nedokázal izolovať magnetický náboj; napokon, ako sme už povedali, nebolo možné získať oddelene severný a južný pól magnetu - póly sú v magnete vždy prítomné v pároch.
Pochybnosti o magnetických nábojoch umocnila skúsenosť Oersteda, keď sa ukázalo, že magnetické pole je generované elektrickým prúdom. Navyše sa ukázalo, že pre každý magnet je možné zvoliť vodič s prúdom vhodnej konfigurácie tak, že pole tohto vodiča sa zhoduje s poľom magnetu.
Ampere predložil odvážnu hypotézu. Neexistujú žiadne magnetické náboje. Pôsobenie magnetu sa vysvetľuje uzavretými elektrickými prúdmi vo vnútri..
Aké sú tieto prúdy? Títo elementárne prúdy cirkulovať v atómoch a molekulách; sú spojené s pohybom elektrónov po atómových dráhach. Magnetické pole akéhokoľvek telesa je tvorené magnetickými poľami týchto elementárnych prúdov.
Elementárne prúdy môžu byť navzájom náhodne umiestnené. Potom sa ich polia navzájom rušia a teleso nevykazuje magnetické vlastnosti.
Ale ak sú elementárne prúdy koordinované, potom sa ich polia, ktoré sa sčítajú, navzájom posilňujú. Teleso sa stáva magnetom (obr. 7; magnetické pole bude smerovať k nám; severný pól magnetu bude smerovať k nám).
Ryža. 7. Prúdy elementárnych magnetov
Ampérova hypotéza o elementárnych prúdoch objasnila vlastnosti magnetov.Zahrievanie a trasenie magnetu ničí usporiadanie jeho elementárnych prúdov a magnetické vlastnosti sa oslabujú. Neoddeliteľnosť magnetických pólov sa stala zrejmou: v mieste, kde bol magnet odrezaný, dostaneme na koncoch rovnaké elementárne prúdy. Schopnosť telesa zmagnetizovať sa v magnetickom poli sa vysvetľuje koordinovaným usporiadaním elementárnych prúdov, ktoré sa správne „otočia“ (prečítajte si o rotácii kruhového prúdu v magnetickom poli v nasledujúcom liste).
Amperova hypotéza sa ukázala ako správna – to ukázal ďalší vývoj fyziky. Koncept elementárnych prúdov sa stal neoddeliteľnou súčasťou teórie atómu, ktorá sa vyvinula už v dvadsiatom storočí - takmer sto rokov po Ampérovom brilantnom odhade.
