"Физика", Белага В.В., Ломаченков И.А., Панебратцев Ю.А.
Магнитное поле окружает постоянные магниты и проводники, по которым течёт ток. Само поле невидимо, но его существование можно обнаружить по тому, как оно действует на магнитную стрелку, магнит или проводник с током. Для описания поля используют вектор магнитной индукции B и условные линии: их направление показывает направление поля, а густота помогает сравнить его силу. По расположению линий различают однородное и неоднородное поля.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Магнитное поле — особая форма материи, существующая вокруг магнитов и проводников с электрическим током. Его нельзя увидеть напрямую, но можно обнаружить по действию на магнитную стрелку, магнит или проводник с током. Это понятие помогает описать, как источник влияет на предметы вокруг себя.
Магнитная индукция — векторная физическая величина, характеризующая магнитное поле; её обозначают буквой B. Вектор имеет не только величину, но и направление: направление B совпадает с тем, куда указывает северный конец магнитной стрелки. Поэтому с помощью B можно описать поле в каждой отдельной точке.
Линии магнитной индукции — условные линии, касательная к которым в любой точке показывает направление вектора B. Они нужны, чтобы наглядно представить невидимое поле и сравнить его в разных местах. Линии не являются настоящими нитями, а их стрелки задают направление поля.
Однородное магнитное поле — поле, в котором вектор магнитной индукции во всех точках одинаков по модулю и направлению. Иными словами, магнитная стрелка в любой точке такого поля ориентировалась бы одинаково, а сила поля не менялась бы от места к месту. Это понятие позволяет отличить участки с постоянными свойствами от тех, где поле меняется.
О существовании магнитного поля судят по его действию: например, магнитная стрелка поворачивается, когда на неё влияет магнит или ток. Причина в том, что поле воздействует на магниты и проводники с током, меняя их положение или движение. Поэтому для обнаружения поля достаточно проверить, меняется ли поведение подходящего предмета при его помещении в исследуемую область.
Поле возникает вокруг постоянного магнита и вокруг проводника, по которому течёт электрический ток. В обоих случаях источник создаёт вокруг себя область магнитного действия, но картина зависит от того, где находится источник и где рассматривают поле. Например, рядом с разными полюсами магнита стрелки ориентируются по-разному, а вокруг проводника с током направление поля зависит от направления тока.
Направление магнитного поля в выбранной точке определяют по магнитной стрелке: за направление принимают то, куда показывает её северный конец. Вектор магнитной индукции B задаёт то же направление, поэтому он позволяет описать поле не только словесно, но и как векторную величину. Если повернуть стрелку в другую точку, она может направиться иначе — значит, направление поля зависит от места наблюдения.
Изображая поле, проводят линии магнитной индукции и отмечают на них стрелками направление. Линии замкнуты: у постоянного магнита снаружи они идут от северного полюса к южному, а внутри магнита возвращаются от южного к северному. Пересечения невозможны, потому что в каждой точке у поля одно направление; густота линий показывает относительную силу поля — чем они ближе, тем поле сильнее.
В однородном поле направление и модуль магнитной индукции одинаковы во всех точках, поэтому его линии параллельны и расположены равномерно. Если линии изгибаются или расстояние между ними меняется, поле неоднородное: в разных точках меняется направление B, его величина или оба свойства. Для сравнения важно оценивать сразу направление и густоту линий, а не только их параллельность.
Сначала определите источник или вид поля в таблице, затем посмотрите, каким наблюдением его обнаруживают и что задаёт направление. Последний столбец помогает проверить картину поля на схеме: стрелки показывают направление, а расстояние между линиями — относительную силу. Для однородного поля проверяйте и параллельность, и равномерность линий.
| Источник или вид поля | Как обнаружить | Направление поля | Изображение линиями |
|---|---|---|---|
| Постоянный магнит | По повороту стрелки, притяжению или отталкиванию магнита | По северному концу стрелки; снаружи магнита от северного полюса к южному | Замкнутые линии; возле полюсов расположены гуще |
| Проводник с током | По отклонению магнитной стрелки рядом с проводником | Зависит от направления тока; определяется по стрелке | Вокруг прямого проводника линии имеют вид окружностей |
| Однородное магнитное поле | Стрелка одинаково ориентируется в разных точках | Одинаково во всех точках | Параллельные, равномерно расположенные линии |
| Неоднородное магнитное поле | Направление или действие на стрелку различается в разных точках | Меняется от точки к точке или отличается по величине | Линии искривлены и/или расположены неравномерно |
На рисунке показаны магнитные линии между полюсами магнита. Определите направление магнитного поля в отмеченной точке. Числовые данные здесь не нужны: требуется прочитать направление по схеме. Главное — найти линию, проходящую через отмеченную точку, и не потерять направление её стрелки.
Ответ: поле направлено вдоль касательной к линии в сторону её стрелки. Если на схеме стрелка не видна, однозначно выбрать одно из двух направлений по одной только форме линии нельзя.
Сравните магнитное поле в двух точках, где линии индукции расположены с разной густотой. Нужно установить, в какой точке поле сильнее, не измеряя его численно. Для этого используйте условное изображение: плотность линий передаёт относительную величину магнитной индукции.
Ответ: сильнее поле в точке с более густым расположением линий. Если на рисунке густота одинакова, по этому способу нельзя заключить, что в одной точке поле сильнее; возможно, их величины равны.
По рисунку с магнитами и магнитными стрелками восстановите направление линий поля и отметьте, где поле однородное. Здесь важно согласовать сразу два признака: ориентацию стрелок и рисунок линий. Одного сходства линий недостаточно для вывода об однородности.
Ответ: направление линий совпадает с направлением северных концов стрелок. Однородное поле отмечают только на участке с параллельными и равномерно расположенными линиями; если густота меняется, поле неоднородное.
Ошибка — считать линии магнитной индукции настоящими материальными нитями. Так думают, потому что на рисунке линии выглядят как объекты, но это лишь условный способ показать свойства поля. Проверьте себя: линия не может быть обнаружена отдельно от поля, а нужна только для изображения направления и относительной силы.
Ошибка — определить направление поля вдоль линии, не сверившись со стрелкой. Линия сама по себе допускает два направления, поэтому без стрелки нельзя понять, куда именно направлен вектор B. Проверка простая: сопоставьте выбранное направление с ориентацией северного конца магнитной стрелки.
Ошибка — путать направление линии и её густоту. Первое показывает, куда направлено поле, а второе позволяет качественно сравнить его силу; их смешивают, потому что оба признака видны на одном рисунке. Проверьте рассуждение отдельно: сначала проследите стрелку, затем сравните расстояния между линиями.
Ошибка — считать поле однородным только потому, что линии параллельны. Параллельность говорит об одинаковом направлении, но при меняющихся промежутках поле будет различаться по величине. Чтобы проверить однородность, убедитесь, что линии не только параллельны, но и расположены равномерно.
Для понимания магнитного поля нужно знать, что такое электрический ток: проводник с током выступает одним из источников поля. Также пригодятся представления о векторах, поскольку магнитная индукция имеет направление, и умение читать положение магнитной стрелки. Эти знания связывают наблюдаемое отклонение стрелки с направлением поля в конкретной точке.
Дальше представление о магнитном поле поможет объяснить действие поля на проводник с током, принцип работы электромагнита и устройство электродвигателя. В этих темах поле уже не только обнаруживают, но и используют для получения движения или усиления магнитного действия. Поэтому полезно уверенно читать линии и различать направление поля и его относительную силу.
Как можно обнаружить магнитное поле?
Поместите в предполагаемую область магнитную стрелку: если она повернётся, на неё действует магнитное поле. Его также обнаруживают по действию на магнит или проводник с током.
Что показывает направление вектора магнитной индукции?
Оно показывает направление магнитного поля в данной точке. Это направление совпадает с направлением, куда указывает северный конец магнитной стрелки.
Почему линии магнитного поля не пересекаются?
В каждой точке поле имеет только одно направление. Если бы линии пересеклись, у вектора магнитной индукции в точке пересечения оказалось бы сразу два направления.
Как по рисунку определить, где поле сильнее?
Сравните густоту линий: там, где они расположены ближе друг к другу, поле сильнее. Это качественное сравнение, а не точное измерение величины магнитной индукции.
Чем однородное магнитное поле отличается от неоднородного?
В однородном поле магнитная индукция одинакова по модулю и направлению во всех точках. Его изображают параллельными линиями, расположенными равномерно; в неоднородном поле направление или величина индукции меняются.
VII. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
