"Физика", Кабардин О.Ф.
Постоянный магнит — тело, которое сохраняет магнитные свойства и без постоянного внешнего воздействия. Его действие заметнее всего у полюсов — областей на концах магнита. Если поднести магниты друг к другу, они могут притянуться или оттолкнуться: результат зависит от того, какие полюса обращены навстречу. Зная это правило, можно предсказывать поведение магнитов и понимать, как ориентируется компасная стрелка.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Постоянный магнит — тело, которое сохраняет магнитные свойства без непрерывного воздействия со стороны другого магнита или тока. Временно намагниченное тело проявляет магнитные свойства лишь пока действует причина намагничивания, а затем может их утратить. Это различие помогает понять, почему магнит способен долго взаимодействовать с предметами, даже если рядом нет источника, который его намагничивает.
Магнитный полюс — область магнита, где его магнитное действие проявляется сильнее всего. У стержневого магнита такие области находятся около его концов, хотя не обязательно занимают только самые крайние точки. Понятие полюса нужно, чтобы описывать, какие участки магнитов взаимодействуют при сближении.
Полюса обозначают буквами N и S: северный полюс — N, южный полюс — S. Если магнит свободно подвесить, он установится примерно вдоль направления север—юг: конец, направленный на север, называют северным, а противоположный — южным. Такое обозначение позволяет однозначно сравнивать полюса двух магнитов.
Магнитное взаимодействие — взаимное действие магнитов друг на друга, которое может проявляться притяжением или отталкиванием. Например, подвешенный магнит может повернуться или сдвинуться, если к нему приблизить другой. Это понятие связывает наблюдаемое движение с тем, какие полюса расположены рядом.
Обнаружить действие постоянного магнита можно, поднеся к нему железные скрепки: они притянутся, хотя магнит не касается их заранее. Если перемещать скрепку вдоль магнита, заметно, что у концов действие выражено сильнее, чем в середине. Причина в том, что магнитное действие распределено по телу неравномерно и особенно проявляется в областях, которые называют полюсами. Поэтому для сравнения магнитов обычно рассматривают прежде всего их полюса.
Когда два магнита сближают, их полюса оказываются рядом и взаимодействуют. В зависимости от того, какие именно полюса обращены друг к другу, магниты либо приближаются, либо расходятся. Это не случайность и не свойство любого соприкосновения: результат определяется видом обоих полюсов. Чтобы предсказать движение, достаточно установить обозначения обращённых друг к другу концов.
Если рядом находятся два северных полюса или два южных, они отталкиваются. Так ведут себя одноимённые полюса: N с N и S с S. В опыте это видно по тому, что свободно движущийся магнит отходит от другого, когда к нему подносят такой же полюс. Правило позволяет объяснить отталкивание без предположения, что магниты обязательно должны притягиваться.
Северный и южный полюса, напротив, притягиваются: N тянется к S, а S — к N. Такие полюса называют разноимёнными, потому что их обозначения различаются. Если один магнит подвесить, а к нему приблизить противоположный полюс другого, подвешенный магнит повернётся или сдвинется навстречу. Значит, для ответа нужно сравнить полюса, а не только заметить, что перед нами два магнита.
Сила взаимодействия может меняться, если изменить расстояние или положение магнитов. При сближении действие обычно становится заметнее, а при удалении — слабее; поворот магнита также меняет, какие его полюса обращены друг к другу. Например, переворот магнита подставляет к соседнему полюсу его противоположный конец. Поэтому прежнее отталкивание может смениться притяжением, а новое расположение нужно оценивать заново.
| Обращённые друг к другу полюса | Пример расположения | Результат взаимодействия |
|---|---|---|
| Одноимённые | N напротив N или S напротив S | Отталкивание |
| Разноимённые | N напротив S или S напротив N | Притяжение |
| Взаимодействие при изменении взаимного расположения магнитов | После переворота магнита обращённый полюс меняется | Результат может измениться: притяжение сменится отталкиванием или наоборот |
Сначала определите, какие обозначения находятся друг напротив друга, а затем примените правило: одинаковые отталкиваются, разные притягиваются. В третьей строке таблицы важно проследить, какой конец магнита оказался обращён к соседнему после поворота. По таблице можно предсказать результат, даже если магниты расположены не одинаково.
Задача 1. К полюсу магнита поднесли северный полюс другого магнита. Определите, будут ли магниты притягиваться или отталкиваться. В условии не указан полюс первого магнита, поэтому сначала нужно рассмотреть оба возможных случая. Решение зависит только от того, совпадает ли его обозначение с N.
Ответ: если к северному полюсу поднесли северный, будет отталкивание; если к южному — притяжение. Нельзя выбрать один результат, пока неизвестно, какой именно полюс первого магнита назван в условии. В подобных задачах полезно явно записать обозначения обоих концов.
Задача 2. К одному полюсу магнита поочерёдно подносят северный и южный полюса второго магнита. Определите, в каком случае произойдёт притяжение. Обозначение первого полюса не дано, поэтому рассмотрим оба варианта. При каждом поднесении нужно сравнить полюс первого магнита с тем, который поднесли.
Ответ: притяжение произойдёт при поднесении полюса, противоположного выбранному полюсу первого магнита: к N нужно поднести S, а к S — N. Так мы не угадываем результат, а выводим его из правила взаимодействия. Чтобы проверить себя, можно отдельно записать пары N—S и S—N.
Задача 3. Два магнита сначала отталкиваются. Один магнит перевернули. Опишите, как изменится взаимодействие, и объясните ответ. Если до переворота отталкивание уже наблюдалось, обращённые друг к другу полюса были одноимёнными. При перевороте конец магнита, направленный к другому, заменяется противоположным полюсом.
Ответ: отталкивание сменится притяжением. Вывод следует из того, что переворот меняет полюс, обращённый к другому магниту, но не меняет правило взаимодействия полюсов. Если под «перевернули» имеется в виду поворот, при котором обращённый конец не сменился, результат не изменится; в этой задаче подразумевается переворот с заменой обращённого конца.
Ошибка: считать, что любые магниты всегда притягиваются. Такое представление появляется, когда замечают только притяжение магнита к железным предметам или не проверяют, какими полюсами сближены два магнита. Между магнитами возможны и притяжение, и отталкивание. Проверка: обозначьте обращённые концы буквами N и S и примените правило для каждой пары.
Ошибка: путать северный и южный полюса. Если неверно прочитано обозначение, вывод о притяжении или отталкивании получится противоположным. Чтобы не перепутать полюса, вспомните, что у свободно подвешенного магнита конец, направленный примерно на север, называют северным. Затем аккуратно запишите пару обозначений перед тем, как делать вывод.
Ошибка: думать, что можно получить магнит только с одним полюсом. Так могут рассуждать, представляя полюса как отдельные куски, которые можно отделить друг от друга. Однако при разделении постоянного магнита каждая часть получает оба полюса. Проверить себя просто: у любой полученной части нужно искать и северный, и южный конец, а не приписывать ей один полюс.
Ошибка: считать, что магнит действует одинаково сильно во всех местах. Это предположение возникает, если не сравнивать притяжение у середины и у концов магнита. Магнитное действие наиболее заметно у полюсов, поэтому расположение скрепок или других магнитных тел может быть неравномерным. Проверка: поочерёдно поднесите одинаковые скрепки к разным участкам одного магнита и сравните результат.
Чтобы изучать взаимодействие магнитов, нужно уметь обнаруживать магнитное действие и различать полюса; это основа дальнейших рассуждений. Компасная стрелка тоже является магнитом, поэтому её ориентация рядом с другим магнитом объясняется притяжением и отталкиванием полюсов. Позже эти наблюдения помогут изучать магнитное поле — область, где проявляется магнитное действие, — и действие магнитов на проводники с током. Так простые опыты связываются с более общими явлениями электричества и магнетизма.
Как определить северный и южный полюса магнита?
Свободно подвесьте магнит так, чтобы он мог поворачиваться. Его северный полюс установится примерно в направлении на север, а южный — на юг. Для проверки можно использовать компас или магнит с известными полюсами.
Почему одноимённые полюса отталкиваются?
Это проявление магнитного взаимодействия: два северных или два южных полюса действуют друг на друга так, что магниты расходятся. Такое поведение устанавливают опытом и используют как правило для предсказания результата.
Почему разноимённые полюса притягиваются?
Северный и южный полюса при сближении притягиваются друг к другу. Это второе основное правило магнитного взаимодействия, которое можно проверить, меняя положение магнитов.
Можно ли получить магнит только с одним полюсом?
Нет, у постоянного магнита всегда есть северный и южный полюса. Если разделить магнит на части, каждая часть будет иметь оба полюса, а не только один.
Где магнит действует сильнее всего?
Сильнее всего магнитное действие проявляется у полюсов, обычно расположенных у концов магнита. Это можно заметить, поднося к разным участкам магнита железные скрепки.
§ 16. Взаимодействие постоянных магнитов
