§ 11. Магнитные явления

Определения и обозначения

Постоянный магнит — тело, которое длительно сохраняет магнитные свойства. Это могут быть намагниченные стальные предметы и детали из специальных сплавов: полосовые магниты, магнитные стрелки, магнитные держатели. Понятие нужно, чтобы отличать устойчивое магнитное действие от кратковременного.

Магнитный полюс — область магнита, где его действие проявляется наиболее сильно. У магнита различают северный и южный полюса. Полюса нужны для описания взаимодействия магнитов и определения направления их действия.

Магнитное поле — особый вид материи, посредством которого магнит действует на другие магниты и магнитные тела. Поле нельзя увидеть непосредственно, но его обнаруживают по действию на магнитную стрелку. Так объясняют действие магнита на расстоянии.

Магнитная линия — условная линия, используемая для изображения магнитного поля. Направление поля в точке совпадает с направлением, которое показывает северный конец магнитной стрелки. По линиям удобно судить о направлении и относительной силе поля.

Как это устроено

Магнитное действие обнаруживают, когда подносят магнит к разным телам. Железный гвоздь может притянуться, а деревянная палочка или пластиковая линейка — нет. Причина в том, что разные материалы по-разному реагируют на магнитное поле: магнит действует не на все вещества и не на любые металлы.

У магнита выделяют два полюса, потому что его действие в разных местах неодинаково. Сначала к разным концам магнита подносят магнитную стрелку или известный магнит и наблюдают притяжение либо отталкивание. Если один конец стрелки ведёт себя как северный, а другой как южный, этим концам магнита также можно приписать соответствующие названия.

Полюса двух магнитов взаимодействуют по определённому правилу: одноимённые отталкиваются, а разноимённые притягиваются. Например, северный полюс одного магнита оттолкнётся от северного полюса другого, но притянется к южному. Это позволяет определять неизвестный полюс по результату сближения, а не только по внешнему виду магнита.

Действие магнита объясняют существованием магнитного поля, потому что магнит может влиять на тело без непосредственного соприкосновения. Если поместить магнитную стрелку в поле, она повернётся и займёт определённое положение. Значит, по её повороту можно обнаружить поле и узнать его направление в данной точке.

Магнитное поле изображают магнитными линиями, проводя их так, чтобы направление каждой линии совпадало с направлением северного конца стрелки. В областях, где линии расположены гуще, поле считают более сильным. По форме и направлению линий можно понять, куда действует поле, а по их плотности — где его действие заметнее.

Основные свойства магнитов и магнитного поля

Сначала найдите, какое явление нужно описать, а затем выберите способ наблюдения из третьего столбца. Таблица помогает отличить реальное действие магнита от его условного изображения линиями.

Если нужно сравнить силу поля, смотрите на густоту линий, а если определить направление — на северный конец магнитной стрелки. Для установления полюса используйте правило притяжения и отталкивания.

Разбор задач

Задача 1. К магниту поочерёдно поднесли железный гвоздь, деревянную палочку и пластиковую линейку. Укажите, какие предметы могут притянуться.

1. Определим, из каких материалов сделаны предметы: гвоздь — из железа, палочка — из дерева, линейка — из пластика.
2. Сравним эти материалы с действием магнита: заметно притягиваются некоторые железные тела, а дерево и пластик обычно не притягиваются.
3. Следовательно, магнит может притянуть гвоздь, но не палочку и не линейку.

Ответ: притянуться может железный гвоздь.

Задача 2. К северному полюсу одного магнита поднесли полюс другого магнита. При сближении магниты оттолкнулись. Определите, какой полюс второго магнита был обращён к первому.

1. Известно, что первый обращённый полюс — северный.
2. Отталкивание происходит только между одноимёнными полюсами.
3. Значит, обращённый к нему полюс второго магнита тоже северный.

Ответ: к северному полюсу был обращён северный полюс второго магнита.

Задача 3. Магнитную стрелку поместили в нескольких точках вокруг магнита. Опишите, как по её положениям построить магнитные линии и определить направление поля.

1. В каждой точке отметим направление оси стрелки и отдельно укажем, куда направлен её северный конец.
2. Проведём через соседние точки плавные линии так, чтобы в каждой точке касательная к линии совпадала с направлением северного конца стрелки.
3. Полученные линии будут изображать поле, а стрелка на каждой линии покажет направление поля в соответствующей точке.

Ответ: магнитные линии строят по направлениям северного конца стрелки в разных точках; направление каждой линии совпадает с направлением поля.

Типичные ошибки

Считать, что магнит притягивает все металлы. Ошибка появляется из-за смешения понятий «металл» и «магнитный материал». Проверяйте не название материала, а результат опыта с магнитом.

Называть полюса положительным и отрицательным. Такие названия относятся к электрическим зарядам, а у магнита используются северный и южный полюса. Проверьте себя: в описании магнита должны быть именно эти два названия.

Думать, что после разделения магнита получится один полюс. При разламывании каждая часть становится магнитом с двумя полюсами, потому что магнитное свойство не исчезает на границе разлома. Представьте каждую часть как новый маленький магнит.

Путать направление магнитной линии с направлением на север. Линия показывает направление поля, а не географическую сторону горизонта. Проверка проста: направление в точке задаёт северный конец магнитной стрелки.

Связь с другими темами

Для изучения магнитов полезно знать, что тела состоят из веществ, а вещества отличаются свойствами. Это помогает объяснить, почему гвоздь реагирует на магнит, а дерево — нет. Сравнение материалов становится основой простых опытов.

Понятие поля связывает магнитные явления с действием на расстоянии. Поле позволяет описывать влияние магнита без прямого контакта с телом. Такой способ объяснения встречается и в других разделах физики.

Магнитное поле понадобится при изучении электрического тока и электромагнитов. Позже с его помощью объясняют действие поля на проводник с током. Поэтому магнитные линии становятся удобным языком для следующих тем.

Что запомнить

• Магнит действует на некоторые тела и другие магниты.
• У магнита есть северный и южный полюса.
• Одноимённые полюса отталкиваются, разноимённые притягиваются.
• Магнитное действие передаётся посредством магнитного поля.
• Магнитное поле можно обнаружить магнитной стрелкой.
• Магнитные линии условно изображают поле; их направление показывает северный конец стрелки.