"Физика", Грачёв А.В.,Погожев В.А., Вишнякова Е.А.
Магнитное поле окружает постоянные магниты и проводники, по которым течёт электрический ток. Его действие можно заметить по повороту магнитной стрелки. Для описания поля используют вектор магнитной индукции B, а его направление показывают линиями магнитной индукции. По направлению этих линий узнают, куда действует поле, а по их густоте судят о его силе. Линии магнитного поля замкнуты, а у прямого проводника с током имеют форму окружностей.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Магнитное поле — форма материи, создаваемая магнитами и электрическим током; оно действует на магниты и проводники с током. Его нельзя увидеть напрямую, но можно обнаружить по действию, например по повороту магнитной стрелки. Это понятие помогает объяснить, как магнит влияет на предметы на расстоянии.
Магнитная индукция — векторная физическая величина, характеризующая магнитное поле; её обозначают буквой B. Слово «векторная» означает, что у величины есть не только значение, но и направление. Вектор B нужен, чтобы описывать поле в каждой точке и сравнивать его свойства.
Линии магнитной индукции — воображаемые линии, направление которых в каждой точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Их используют, чтобы наглядно показать направление поля и распределение его силы. Реальных линий в пространстве нет: это условный способ изображения.
Однородное магнитное поле — поле, в котором вектор магнитной индукции одинаков по модулю и направлению во всех точках. Иными словами, поле везде одинаково сильное и направлено одинаково. Такое понятие позволяет отличить равномерное поле от поля, которое меняется от точки к точке.
Магнитное поле возникает вокруг постоянного магнита и проводника, по которому течёт электрический ток. Причина в том, что и магниты, и движущиеся электрические заряды создают магнитное действие в окружающем пространстве. Увидеть само поле нельзя, поэтому о нём судят по тому, как оно меняет положение магнитной стрелки или действует на другой магнит.
Направление поля в выбранной точке определяют по северному полюсу магнитной стрелки: он показывает, куда направлен вектор магнитной индукции. Стрелку можно мысленно перемещать из точки в точку и отмечать её направление. На чертеже направление показывает касательная к линии поля, потому что она совпадает с направлением линии именно в данной точке.
Линии рисуют гуще там, где поле сильнее, и реже там, где оно слабее. Благодаря этому рисунок показывает не только направление, но и то, как меняется модуль магнитной индукции в разных местах. Например, если около одного участка линии расположены плотнее, чем около другого, поле в первом участке сильнее.
Линии поля полосового магнита замкнуты, потому что магнитное поле не обрывается у его полюсов. Снаружи магнита линии направлены от северного полюса к южному, а внутри идут обратно — от южного к северному. Поэтому изображать линии только снаружи, как незамкнутые отрезки, было бы неверно.
Форма линий зависит от того, чем создано поле. У прямого проводника с током линии представляют собой окружности вокруг провода: так проявляется распределение поля вокруг источника тока. Поле катушки с током похоже на поле полосового магнита, потому что магнитные действия отдельных витков складываются и образуют общую картину с северным и южным полюсами.
| Источник поля | Форма линий магнитной индукции | Как определить направление |
|---|---|---|
| Полосовой магнит | Замкнутые линии; снаружи дуги идут от северного полюса к южному | По северному полюсу магнитной стрелки или по стрелкам на линиях |
| Прямой проводник с током | Окружности вокруг проводника | По правилу правой руки: большой палец по току, согнутые пальцы по полю |
| Катушка с током | Картина, похожая на поле полосового магнита | По магнитной стрелке или правилу правой руки для катушки |
| Однородное магнитное поле | Параллельные прямые линии с одинаковыми промежутками | По касательной к линии; направление одинаково во всех точках |
Сначала найдите в таблице источник поля, а затем сопоставьте ему форму линий и способ определения направления. Для однородного поля равные промежутки между линиями показывают, что поле не меняется от точки к точке. Помните, что направление на любой линии читают по касательной в выбранной точке.
Задача 1. Около полосового магнита отмечена точка вне магнита. Требуется определить направление поля в этой точке. Используйте направление линий снаружи магнита и правило о касательной.
Найдите, где находятся северный и южный полюса магнита, и проследите линию через отмеченную точку. Вне магнита она идёт от северного полюса к южному. Поэтому сначала определите, в какую сторону направлена линия вблизи точки.
Проведите мысленно касательную к линии в точке. Направьте её вдоль линии от северного полюса к южному, а не поперёк неё. Полученное направление и есть направление магнитного поля.
Ответ: поле направлено по касательной к линии в сторону от северного полюса магнита к южному.
Задача 2. В двух точках на схеме линии изображены с разной густотой. Нужно сравнить магнитную индукцию в этих точках. Для этого не требуется знать точные значения B — достаточно сопоставить плотность линий.
Посмотрите, в какой из областей на одинаковом участке пространства помещается больше линий. Там линии расположены ближе друг к другу, то есть их густота выше. Убедитесь, что сравниваете области на изображении одного и того же масштаба.
Примените условное правило изображения магнитного поля: более густые линии соответствуют большему модулю магнитной индукции. Следовательно, поле сильнее в той точке, где линии плотнее. По одной только густоте нельзя получить численное значение индукции.
Ответ: магнитная индукция больше в точке, где линии поля изображены гуще.
Задача 3. Известно направление тока в прямом проводнике; требуется установить направление линий магнитной индукции и показать его в заданной точке. Линии вокруг такого проводника являются окружностями, а их направление связано с направлением тока.
Представьте правую руку, охватывающую проводник. Направьте большой палец по току; не путайте условное направление тока с движением согнутых пальцев. Правило связывает именно большой палец с током.
Согните остальные пальцы вокруг проводника. Они покажут направление обхода окружностей — линий магнитного поля. В заданной точке поставьте стрелку по касательной к окружности, в сторону, указанную согнутыми пальцами.
Ответ: направление линий определяется правилом правой руки, а стрелка в точке направлена по касательной к окружности.
Считать линии магнитной индукции реальными нитями или проводниками — ошибка: линии лишь условно изображают поле. Так думают, потому что на рисунке они выглядят как отдельные объекты. Проверьте себя: линия нужна для показа направления и густоты, а не является предметом, который можно потрогать.
Определять направление поля вдоль линии, но не по касательной в конкретной точке, тоже неверно. На изогнутой линии направление меняется от точки к точке, поэтому нельзя указать одну прямую для всего её участка. Чтобы проверить ответ, проведите касательную именно там, где нужно найти поле.
Иногда считают, что линии начинаются у северного полюса и заканчиваются у южного. Так происходит из-за того, что рассматривают только видимую часть линий снаружи магнита. Проследите путь полностью: внутри магнита линии возвращаются к северному полюсу, поэтому контуры замкнуты.
Путать направление тока с направлением линий вокруг провода нельзя: линии не идут вдоль проводника, а охватывают его окружностями. Ошибку часто допускают, принимая направление большого пальца за направление поля. Проверьте применение правила правой руки: большой палец направлен по току, а согнутые пальцы — по линиям поля.
Для изучения магнитного поля пригодятся знания о постоянных магнитах, электрическом токе и магнитной стрелке. Ток — это упорядоченное движение электрических зарядов, а стрелка позволяет обнаружить направление магнитного действия. Эти понятия дают способы создать поле и наблюдать его, даже если само поле невидимо.
Описание поля через вектор магнитной индукции понадобится дальше, когда будут изучать действие магнитного поля на проводник с током и на движущиеся заряженные частицы. Чтобы объяснить их движение или действие на них, нужно знать не только наличие поля, но и его направление. Поэтому умение читать линии и определять направление вектора B станет основой для следующих тем.
Что такое магнитная индукция и как её обозначают?
Магнитная индукция — векторная физическая величина, которая характеризует магнитное поле. Её обозначают буквой B; у вектора есть и модуль, и направление.
Как определить направление магнитного поля в точке?
Поместите в эту точку магнитную стрелку: направление её северного полюса укажет направление поля. На изображении линий то же направление показывает касательная к линии в выбранной точке.
Что показывает густота линий магнитной индукции?
Густота линий помогает сравнить модуль магнитной индукции в разных местах. Где линии расположены плотнее, там поле сильнее.
Почему линии магнитного поля замкнуты?
Магнитные линии не начинаются у северного полюса и не обрываются у южного: они образуют непрерывные замкнутые контуры. Снаружи магнита они направлены от северного полюса к южному, а внутри возвращаются к северному.
Как определить направление линий вокруг проводника с током?
Используйте правило правой руки: направьте большой палец по току, а согнутые пальцы покажут направление линий поля. Линии при этом образуют окружности вокруг проводника.
§ 58. Магнитное ноле. Линии магнитной индукции
