1. Взаимодействие постоянных магнитов

Определения и обозначения

Постоянный магнит — тело, которое длительное время сохраняет способность притягивать некоторые тела и взаимодействовать с другими магнитами. Такое тело не нужно постоянно подключать к источнику электрического тока, чтобы оно проявляло магнитное действие. Это понятие помогает отличить магнит от предмета, который действует магнитно только при особых условиях.

Магнитный полюс — область магнита, где его магнитное действие проявляется наиболее сильно. У обычного стержневого магнита эти области находятся возле противоположных концов. Понятие полюса нужно, чтобы описывать, какой частью магниты обращены друг к другу.

Северный полюс магнита — полюс, который у свободно подвешенного магнита ориентируется примерно в сторону географического севера. Его обозначают буквой N, от английского north. Эта условность позволяет одинаково называть полюса и сравнивать их взаимодействие.

Южный полюс магнита — второй полюс магнита; у свободно подвешенного магнита он ориентируется примерно в сторону географического юга. Его обозначают буквой S, от английского south. Название нужно, чтобы различать два конца магнита и применять правило их взаимодействия.

Как это устроено

Постоянные магниты могут действовать друг на друга без непосредственного соприкосновения: между ними возникает магнитное взаимодействие. Поэтому один магнит способен привести в движение другой, даже если между ними остаётся промежуток. Наблюдаемое движение зависит не только от расстояния, но и от того, какими концами магниты обращены друг к другу.

Если друг к другу обращены разноимённые полюса, магниты притягиваются; если одноимённые — отталкиваются. Это правило связано с тем, что полюса разных названий взаимодействуют иначе, чем полюса одного названия. Поэтому нельзя заранее сказать, что два магнита обязательно притянутся: сначала нужно определить, какие полюса обращены друг к другу.

Магнитное действие распределено по магниту не одинаково и особенно сильно у его полюсов. У стержневого магнита эти области обычно находятся у противоположных концов, поэтому при сближении магнитов важны именно обращённые друг к другу концы. Обозначения N и S помогают не путать их и предсказывать результат взаимодействия.

Определить полюса можно, подвесив магнит так, чтобы он свободно поворачивался: он установится примерно вдоль направления север—юг. Конец, направленный на географический север, называют северным, а противоположный — южным. Компас тоже помогает сориентироваться, потому что его стрелка является небольшим магнитом с известными полюсами.

При разделении магнита нельзя отделить один полюс от другого. Если разломить стержневой магнит, на месте разлома у каждой части появятся новые полюса, и обе части будут иметь северный и южный концы. Значит, сколько бы раз магнит ни делили таким способом, отдельного северного или южного магнита не получится.

Взаимодействие полюсов постоянных магнитов

Чтобы воспользоваться таблицей, сначала установи названия полюсов, обращённых друг к другу, а затем найди соответствующую строку. Если названия одинаковы, будет отталкивание; если разные — притяжение. Порядок, в котором названы полюса, на результат не влияет.

Разбор задач

Задача 1. К северному полюсу одного магнита поднесли южный полюс другого. Определите характер взаимодействия. Нужно сравнить названия обращённых друг к другу полюсов, а не рассматривать магниты целиком. Для этого достаточно применить правило взаимодействия полюсов.

1. У первого магнита обращённый конец — северный полюс N. У второго к нему обращён южный полюс S. Эти полюса разноимённые, поэтому они притягиваются.
2. Проверим, что вывод отвечает условию: речь идёт именно о концах, расположенных друг напротив друга. Значит, другие полюса для определения результата учитывать не требуется.

Ответ: магниты притягиваются.

Задача 2. Два магнита подвешены на нитях, и их обращённые друг к другу концы отталкиваются. У конца первого магнита северный полюс; определите полюс обращённого конца второго магнита. По условию известно направление взаимодействия и полюс одного из концов. Следует выяснить, какие полюса могут отталкиваться.

1. Отталкивание возникает между одноимёнными полюсами. Поэтому обращённый конец второго магнита должен иметь то же название, что и обращённый конец первого.
2. Конец первого магнита — северный полюс N. Следовательно, у обращённого конца второго магнита также северный полюс N; южный полюс притягивался бы к северному.

Ответ: северный полюс.

Задача 3. Магнит разломили на две части; у исходного магнита северный и южный полюса находились на противоположных концах. Укажите полюса каждой части. Здесь важно не считать разлом способом отделить один конец магнита как самостоятельный полюс. Нужно проследить, что после разделения магнитное действие сохраняется у обеих частей.

1. У каждой получившейся части будут два полюса: северный и южный. На внешних концах сохраняются полюса, бывшие у исходного магнита.
2. На поверхности разлома образуются новые полюса противоположных названий. Поэтому часть со стороны исходного северного конца имеет N снаружи и S у разлома, а часть со стороны исходного южного конца — N у разлома и S снаружи.
3. Проверка проста: у каждой части должна быть пара полюсов. Если в ответе у одной части указан только N или только S, разделение описано неверно.

Ответ: обе части имеют северный и южный полюса; у разлома возникают новые полюса.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любые два магнита только притягиваются. Так думают, если замечают лишь притяжение магнита к некоторым предметам, но забывают, что другой магнит имеет два полюса. Проверь себя: назови полюса обращённых концов и определи результат по их сочетанию.

Иногда путают правило и утверждают, что одноимённые полюса притягиваются, а разноимённые отталкиваются. Причина обычно в том, что правило запомнили без связи с обозначениями N и S. Самопроверка: повтори пару примеров — N с N отталкиваются, N с S притягиваются.

Неверно считать полюса отдельными предметами, которые можно получить, отломив конец магнита. Такое представление возникает из-за того, что полюса часто рисуют на разных концах стержня. После разлома проверь, есть ли у каждой части оба полюса: их обязательно два.

Ещё одна ошибка — полагать, что магнит действует только при соприкосновении. Возможно, так кажется потому, что на расстоянии взаимодействие не всегда заметно. Проверь себя, медленно сближая магниты: движение может начаться до контакта, а его направление зависит от обращённых друг к другу полюсов.

Связь с другими темами

Для понимания темы полезно знать, что тела способны взаимодействовать на расстоянии, и представлять, как работает компас. Компас помогает ориентироваться по направлению север—юг и определять полюса магнита. Знание полюсов станет основой для изучения магнитного поля: оно помогает описывать магнитное действие в пространстве. Эти представления также пригодятся при разборе действия магнитов на проводники с током.

Что запомнить

• Постоянные магниты взаимодействуют на расстоянии.
• У каждого постоянного магнита есть северный и южный полюса.
• Одноимённые полюса отталкиваются.
• Разноимённые полюса притягиваются.
• Наиболее сильное магнитное действие проявляется у полюсов.
• При разделении магнита каждая его часть имеет оба полюса.