"Физика (базовый и профильный уровни)", Тихомирова С.А., Яворский Б.М.
Постоянный магнит сохраняет намагниченность без непрерывного внешнего воздействия и действует на некоторые материалы и другие магниты. У него всегда есть северный и южный полюса: одноимённые отталкиваются, разноимённые притягиваются. Магнитное поле можно обнаружить магнитной стрелкой, а его направление изобразить магнитными линиями. При разделении магнита каждый фрагмент получает оба полюса, поэтому отделить один полюс от другого таким способом нельзя. Эти представления нужны для изучения магнитного поля тока, электродвигателей и компаса.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Постоянный магнит — тело, сохраняющее намагниченность и способное притягивать ферромагнитные материалы, например железо. Его магнитные свойства не исчезают сразу после прекращения внешнего воздействия. Это понятие помогает отличить магнит от предмета, который становится магнитным только рядом с другим магнитом или током.
Магнитный полюс — область магнита, где его действие проявляется наиболее сильно. Различают северный и южный полюса. Такое обозначение позволяет описывать взаимодействие магнитов и указывать, какой конец стрелки или магнита рассматривается.
Магнитное поле — форма материи, посредством которой магнит действует на другие магниты и движущиеся электрические заряды. Поле не видно непосредственно, но его присутствие можно обнаружить по действию на тела. Это понятие объясняет взаимодействие магнитов без их соприкосновения.
Магнитные линии — воображаемые линии, показывающие направление магнитного поля. Вне магнита они направлены от северного полюса к южному. Линии дают наглядный способ изобразить направление поля в разных точках пространства.
Постоянный магнит сохраняет свойства после прекращения внешнего воздействия, потому что внутри него остаётся упорядоченным состояние небольших областей вещества, называемых магнитными доменами. В каждой такой области магнитные моменты атомов согласованы, а в намагниченном теле многие домены ориентированы сходным образом. Внешнее поле помогает им выстроиться, а подходящий материал способен сохранять это упорядочение и после выключения поля. Поэтому магнит продолжает действовать без постоянного питания или контакта с другим магнитом.
У магнита наблюдаются два полюса, поскольку магнитное действие имеет направление и проявляется как единая система: северный и южный концы не существуют независимо в обычном магните. Если разрезать магнит, структура вещества в каждой части сохраняет своё намагниченное состояние. На новых концах возникают противоположные полюса, и каждый кусок становится меньшим магнитом. Поэтому разрезание не отделяет северный полюс от южного.
Полюса взаимодействуют через магнитное поле. Когда рядом оказываются одинаковые полюса, их взаимодействие направлено так, что магниты отталкиваются; разные полюса, напротив, притягиваются. С увеличением расстояния действие ослабевает, потому что поле становится менее сильным вдали от магнита. Поэтому результат заметнее, если магниты расположены близко, а при большом расстоянии взаимодействие может быть трудно обнаружить.
Магнитное поле обнаруживают магнитной стрелкой: под действием поля она поворачивается и устанавливается вдоль его направления. Направлением поля в данной точке считают направление, куда указывает северный конец стрелки. Перемещая стрелку вокруг магнита, можно определить направление поля в нескольких точках, а по этим направлениям мысленно провести магнитные линии. В разных местах стрелка может поворачиваться по-разному, потому что направление поля меняется.
У полюсов магнитное действие заметнее, поскольку там поле сильнее и его влияние на пробные тела выражено отчётливее. Магнитные линии не пересекаются: в каждой точке поле имеет только одно направление, а пересечение означало бы сразу два направления. Линии образуют замкнутые контуры: снаружи магнита они идут от северного полюса к южному, а внутри продолжаются обратно. Такое изображение показывает, что поле не обрывается у полюсов.
| Объект или явление | Что это такое | Основное свойство | Как обнаружить или изобразить |
|---|---|---|---|
| Постоянный магнит | Намагниченное тело | Сохраняет магнитные свойства после прекращения внешнего воздействия | Проверить притяжение ферромагнитного предмета или действие на стрелку |
| Северный магнитный полюс | Один из двух полюсов магнита | Отталкивает северный и притягивает южный полюс другого магнита | Определить по взаимодействию с известным полюсом или по направлению поля |
| Южный магнитный полюс | Второй полюс магнита | Отталкивает южный и притягивает северный полюс другого магнита | Определить по взаимодействию с известным полюсом или по направлению поля |
| Магнитное поле | Форма материи, посредством которой передаётся магнитное действие | Действует на магниты и движущиеся электрические заряды | Обнаружить по повороту магнитной стрелки |
| Магнитные линии | Условное изображение направления поля | Не пересекаются и образуют замкнутые линии | Построить по направлениям магнитной стрелки в разных точках |
Сначала определите, какой объект рассматривается, затем найдите его свойство и способ проверки. Например, стрелка обнаруживает поле, а её северный конец помогает установить направление. Правило направления линий относится к участку вне магнита: там они идут от северного полюса к южному.
Отмечаем концы магнитов, которые обращены друг к другу. Именно между ними наблюдается отталкивание, поэтому сравнивать нужно эти два конца.
Применяем правило взаимодействия полюсов: отталкиваются только одноимённые полюса. Значит, обращённые друг к другу концы имеют одинаковые названия — оба северные или оба южные.
У каждого магнита противоположный конец имеет другой полюс. Поэтому удалённые концы тоже одноимённы между собой, но противоположны обращённым концам.
Ответ: обращённые друг к другу концы — одноимённые; определить по одному факту отталкивания, северные они или южные, нельзя.
В каждой точке отмечаем, куда направлен северный конец стрелки. Это и есть направление магнитного поля в этой точке, а не направление, куда смотрит южный конец.
Сопоставляем соседние направления и проводим плавные линии поля. Снаружи магнита они идут от северного полюса к южному, поэтому по тому, от какого конца линии расходятся и к какому подходят, определяем полюса.
Проверяем вывод по нескольким стрелкам: их северные концы должны быть направлены по ходу одной и той же линии. Если стрелка указывает от предполагаемого южного полюса наружу, названия полюсов перепутаны.
Ответ: магнитное поле направлено по северным концам стрелок; вне полосового магнита линии выходят из северного полюса и входят в южный.
Представляем, что магнит разделили поперёк на несколько фрагментов. При разрезании каждый фрагмент сохраняет намагниченность, а на поверхности разреза появляются новые полюса.
Для каждого куска отмечаем северный и южный концы. Их расположение соответствует исходной ориентации магнита: на одном конце фрагмента будет северный полюс, на противоположном — южный.
Проверяем результат: у каждого фрагмента должны быть оба полюса. Если у какой-либо части обозначен только северный или только южный, рассуждение противоречит свойству магнита.
Ответ: каждый полученный фрагмент станет магнитом с северным и южным полюсами; отдельного полюса при таком разделении не возникает.
Считать, что разрезанием можно получить изолированный полюс, — ошибка: на новых концах частей возникают противоположные полюса. Так думают, представляя полюса как отдельные участки, которые можно просто отделить. Проверьте себя: у каждого ли полученного фрагмента отмечена пара полюсов? Если нет, разрезание описано неверно.
Не следует путать притяжение железа с притяжением разноимённых полюсов. Железо — не магнит с заранее заданным полюсом: рядом с магнитом оно намагничивается, поэтому притягивается к обоим его полюсам. Проверьте объяснение вопросом: сравниваю ли я два магнита или магнит с куском железа? Правило «одноимённые отталкиваются» применяют к полюсам магнитов.
Магнитные линии нельзя изображать пересекающимися. Пересечение означало бы, что в одной точке поле имеет сразу два направления, хотя направление задаётся однозначно. Ошибка часто возникает, если линии рисуют как произвольные границы областей. Проверьте рисунок: в любой точке направление линии должно совпадать с направлением северного конца стрелки.
Вне магнита линии направлены от северного полюса к южному, а не наоборот. Путаница появляется, если смешать это направление с продолжением линий внутри магнита, где они замыкаются обратно. Проверьте себя по стрелке: внешний участок линии должен идти туда, куда указывает её северный конец, от северного полюса к южному.
Для понимания магнитов нужны понятия силы, взаимодействия тел и направления вектора: поле действует на расстоянии, а стрелка показывает его направление. Эти знания подготавливают к изучению магнитного поля электрического тока и действия поля на проводник с током. Полюса и магнитные линии пригодятся при разборе электромагнитной индукции и принципа действия электродвигателей. Представление о том, как ориентируется стрелка, также помогает понять устройство компаса.
Можно ли получить магнит только с одним полюсом?
Нет, при обычном разделении магнита изолированный полюс не получается. Каждый фрагмент становится магнитом с северным и южным полюсами.
Почему магнит притягивает железо к обоим своим полюсам?
Железо — ферромагнитный материал, который намагничивается рядом с магнитом. У ближайшей к магниту части предмета возникает полюс, притягивающийся к полюсу магнита, поэтому железо притягивается к обоим его концам.
Как определить, где у магнита северный полюс?
Поднесите к магниту компас или магнитную стрелку. Северный конец стрелки показывает направление поля; с учётом направления линий вне магнита можно определить расположение его полюсов.
Что показывают магнитные линии?
Они условно показывают направление магнитного поля в каждой точке. Вне магнита линии направлены от северного полюса к южному, а их расположение помогает судить о том, где поле сильнее.
Почему магнитная стрелка устанавливается определённым образом около магнита?
На стрелку действует магнитное поле магнита, и она поворачивается, пока не установится вдоль поля. Её северный конец указывает направление поля в месте расположения стрелки.
§ 1. Постоянные магниты
