"Физика. Электродинамика (углублённый уровень)", Мякишев Г.Я., Синяков А.З.
Магнитные взаимодействия возникают между постоянными магнитами, проводниками с током и магнитными стрелками. Они проявляются как притяжение или отталкивание и могут действовать на расстоянии. Главная идея темы состоит в том, что источником такого действия служит магнитное поле: его создают магниты и электрические токи, а действует оно на другие магниты и проводники с током.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Постоянный магнит — тело, которое длительно сохраняет способность притягивать некоторые материалы и взаимодействовать с другими магнитами. У магнита есть два полюса, поэтому его действие зависит не только от расстояния, но и от того, какие части магнитов обращены друг к другу.
Магнитный полюс — область магнита, где магнитное действие проявляется наиболее сильно. Полюса называют северным и южным; при сближении северного с южным возникает притяжение, а одинаковые полюса отталкиваются.
Магнитное взаимодействие — действие магнитов друг на друга, магнитов на проводники с током и проводников с током друг на друга. Оно может проявляться притяжением или отталкиванием, поэтому по результату опыта можно судить о характере взаимодействия.
Магнитное поле — форма материи, посредством которой осуществляется магнитное взаимодействие. Оно создаётся магнитами и электрическими токами и действует на другие магниты, магнитные стрелки и проводники с током.
Магнитное взаимодействие обнаруживают по движению тел: магниты сближаются или расходятся, а магнит может притягивать железный предмет. Наблюдаемое движение означает, что на тело действует сила, хотя соприкосновения может не быть. Значит, источник действия способен влиять на окружающее пространство.
Взаимодействие полюсов зависит от их вида, потому что разные полюса создают различное взаимное действие магнитных полей. Если к магниту поднести северный полюс другого магнита, северный оттолкнётся, а южный притянется. Поэтому перед опытом нужно определить, какие именно полюса обращены друг к другу.
Опыт Эрстеда показывает связь электрического тока и магнетизма. Когда цепь замыкают, ток начинает создавать вокруг проводника магнитное поле, и стрелка поворачивается под его действием. После размыкания цепи поле исчезает или резко ослабевает, поэтому стрелка возвращается в прежнее положение.
Два проводника с током могут притягиваться или отталкиваться даже без соприкосновения. Каждый ток создаёт магнитное поле, которое действует на второй проводник; одновременно второй проводник действует на первый. Так взаимодействие передаётся через пространство, а не через непосредственный контакт.
Магнитное взаимодействие рассматривают как действие магнитного поля, потому что поле связывает источник и тело, на которое действует сила. Постоянный магнит создаёт поле, как и электрический ток. В результате поле может изменить направление движения магнитной стрелки, притянуть магнит или повлиять на проводник с током.
В таблице сначала находят источник поля, затем смотрят, на какое тело он действует. Последний столбец показывает наблюдаемый результат опыта, а не только наличие взаимодействия. Один источник может действовать сразу на несколько видов тел.
| Источник взаимодействия | С чем взаимодействует | Наблюдаемое проявление |
|---|---|---|
| Постоянный магнит | Другой постоянный магнит | Притяжение или отталкивание |
| Постоянный магнит | Проводник с током | Действие магнитного поля на проводник |
| Электрический ток | Магнитная стрелка | Отклонение стрелки |
Два магнита поднесли друг к другу северными полюсами. Нужно определить не направление движения каждого магнита, а характер взаимодействия обращённых друг к другу полюсов. Для этого достаточно применить правило для одноимённых и разноимённых полюсов.
Ответ: магниты будут отталкиваться.
При замыкании цепи магнитная стрелка рядом с проводником отклоняется. Причина отклонения не в механическом толчке провода, а в появлении магнитного поля вокруг проводника с током. Наблюдение связывает электрическое явление с магнитным действием.
Ответ: стрелка отклоняется из-за магнитного действия электрического тока; это вывод опыта Эрстеда.
Два параллельных проводника подключены так, что токи направлены одинаково. Исследовать их взаимодействие можно, закрепив провода подвижно и наблюдая, сближаются они или расходятся после включения тока. Причину результата объясняют полями, создаваемыми токами.
Ответ: параллельные проводники с одинаково направленными токами притягиваются; их взаимодействие передаётся магнитным полем.
Ошибка: считать, что магнитное действие возникает только при соприкосновении. Так думают из-за привычки замечать силу по движению тела, но магниты действуют и на расстоянии. Проверка: поднесите магнит к железному предмету, не касаясь его.
Ошибка: путать правила для полюсов. Одноимённые полюса отталкиваются, разноимённые притягиваются, поэтому сначала нужно назвать обращённые друг к другу полюса. Если северный и южный полюса сближаются, результатом будет притяжение.
Ошибка: считать, что магнитное поле создают только постоянные магниты. Такое представление не объясняет отклонение стрелки возле провода. Проверка проста: при замыкании цепи ток в проводнике также вызывает магнитное действие.
Ошибка: объяснять отклонение стрелки рядом с проводом механическим воздействием тока. Провод не обязан толкать стрелку при контакте: стрелка реагирует на поле вокруг проводника. Если стрелка отклоняется при включении и меняет поведение при изменении тока, это магнитное действие тока.
Перед изучением темы нужно знать, что такое электрический ток и как устроена простейшая электрическая цепь. Без этого трудно понять условие опыта Эрстеда и роль замыкания цепи.
Тема продолжает изучение электрических явлений и опирается на опыт Эрстеда о действии тока на магнитную стрелку. Этот опыт служит переходом от электрических явлений к магнитным.
Представление о магнитном поле понадобится при изучении магнитной индукции, силы Ампера и действия поля на заряженные частицы. Во всех этих темах поле связывает источник магнитного действия с телом, испытывающим его.
Почему магнит притягивает одни предметы, но не притягивает другие?
Магнитное поле особенно сильно взаимодействует с железом, сталью и некоторыми другими магнитными материалами. Дерево, стекло, бумага и большинство пластмасс почти не испытывают заметного магнитного притяжения.
Можно ли получить магнит только с одним полюсом?
У обычного постоянного магнита есть два полюса: северный и южный. Если разрезать магнит, каждая часть снова будет иметь оба полюса, поэтому получить отдельный полюс нельзя.
Почему два северных полюса отталкиваются?
Таково правило магнитного взаимодействия: одноимённые полюса отталкиваются, а разноимённые притягиваются. Северные полюса имеют одинаковый вид, поэтому при сближении они удаляются друг от друга.
Что доказывает опыт Эрстеда?
Опыт Эрстеда показывает, что электрический ток оказывает магнитное действие. Ток в проводнике создаёт магнитное поле, из-за которого расположенная рядом магнитная стрелка отклоняется.
Создаёт ли магнитное поле проводник, по которому течёт ток?
Да, проводник с электрическим током создаёт магнитное поле. Это поле может действовать на магнитную стрелку, другой проводник с током или постоянный магнит.
§ 4.1. Магнитные взаимодействия
