§ 60 Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов

Определения и обозначения

Постоянный магнит — тело, которое длительное время сохраняет намагниченность, то есть способность действовать как магнит. Магниты бывают естественными, встречающимися в природе, и искусственными, изготовленными человеком. Это понятие помогает отличать устойчивый источник магнитного действия от тела, которое намагничено лишь временно.

Магнитный полюс — область магнита, где его действие проявляется наиболее сильно. У магнита два полюса: северный и южный. Если магнит свободно подвесить, его северным называют конец, который поворачивается примерно к северу; названия позволяют различать полюса и описывать их взаимодействие.

Магнитное поле — особая форма материи, посредством которой взаимодействуют магниты и обнаруживается действие магнита на тела. Само поле нельзя увидеть непосредственно, но его присутствие заметно по воздействию на магнитную стрелку или железные опилки. Это понятие объясняет, как магнит действует на расстоянии, не соприкасаясь с другим магнитом.

Магнитная линия — условная линия, с помощью которой изображают магнитное поле. Направление линии показывает направление поля в каждой точке; его определяют по тому, куда указывает северный конец магнитной стрелки. Линии нужны, чтобы наглядно представить направление и относительную силу поля.

Как это устроено

Магнитные свойства тела обнаруживают по его действию на другие предметы: например, магнит притягивает железные скрепки. Однако одного притяжения недостаточно, чтобы назвать предмет постоянным магнитом: железо может притягиваться к магниту, не будучи намагниченным заранее. Постоянный магнит долго сохраняет магнитное действие, а временно намагниченное тело теряет его после прекращения воздействия, которое его намагнитило.

У каждого магнита есть два полюса, и при свободном повороте они занимают определённое направление относительно Земли. Если сблизить полюса двух магнитов, одинаковые полюса отталкиваются, а разные притягиваются. Это правило позволяет выяснить, какие полюса обращены друг к другу: отталкивание указывает на одноимённые, притяжение — на разноимённые.

Нельзя получить магнит, имеющий только северный или только южный полюс, просто разломив его. После разлома магнитное действие сохраняется у каждой части, поэтому на новых концах образуются северный и южный полюса. Значит, при разделении исходного магнита не отделяется один полюс, а получаются два меньших магнита.

Магнитное поле обнаруживают с помощью железных опилок и магнитной стрелки. Опилки под действием поля намагничиваются и выстраиваются цепочками, показывая картину поля вокруг магнита. Стрелка поворачивается под действием поля, а её северный конец показывает направление поля в месте, где расположена стрелка.

Картину поля изображают магнитными линиями. Вне магнита они направлены от северного полюса к южному, а внутри магнита продолжаются обратно, образуя замкнутые линии. Линии не пересекаются, поскольку в каждой точке поле имеет только одно направление; у полюсов они расположены гуще, поэтому там поле сильнее.

Постоянные магниты и их магнитное поле

Таблица помогает быстро сопоставить полюса, их взаимодействие и способы наблюдения поля. При разборе рисунка сначала найдите направление линий, а затем сравните их густоту в разных местах. Так можно определить и полюса, и участок наиболее сильного поля.

Разбор задач

Задача 1. Два магнита поднесли друг к другу северными полюсами. Определите, будут ли они притягиваться или отталкиваться.

Сначала определим, какие полюса обращены друг к другу. По условию это северные полюса обоих магнитов, то есть полюса одноимённые. Теперь применим правило взаимодействия полюсов.

1. Записываем: северный полюс первого магнита обращён к северному полюсу второго.
2. Вспоминаем правило: одноимённые полюса отталкиваются.
3. Следовательно, при сближении магнитов возникает отталкивание.

Ответ: магниты будут отталкиваться. Проверить вывод можно, поменяв один магнит другим концом: к северному полюсу будет притягиваться южный полюс. Здесь важно сравнивать именно полюса, а не магниты целиком.

Задача 2. Магнит разломили на две части. Укажите, какие полюса будут у каждой части.

Нужно выяснить, может ли при разломе отделиться только северный или только южный полюс. Магнитное действие сохраняется у обеих частей, поэтому каждая из них становится отдельным магнитом. У любого такого магнита есть два полюса.

1. Рассматриваем первую часть как самостоятельный магнит.
2. Указываем у неё северный и южный полюса.
3. То же самое делаем для второй части: у неё также есть оба полюса.

Ответ: у каждой части будут северный и южный полюса. Если разломать одну из частей ещё раз, результат будет таким же. Разлом не позволяет получить изолированный полюс, а создаёт магниты меньшего размера.

Задача 3. По рисунку магнитных линий стержневого магнита определите его полюса и укажите, где поле сильнее.

В условии рисунок не приведён, поэтому применим способ, который подходит для любого изображения. Сначала найдём стрелки или обозначения направления линий вне магнита. Затем используем правило направления линий и оценим их густоту.

1. Находим, куда направлены линии снаружи стержня.
2. Конец, от которого линии выходят, — северный полюс; конец, к которому они входят, — южный.
3. Сравниваем расстояния между линиями: участок, где они расположены гуще, соответствует более сильному полю.

Ответ: полюса определяют по направлению линий: снаружи они идут от северного к южному. Сильнее поле там, где линии гуще, обычно у полюсов магнита. Если на рисунке густота в разных местах различается, сравнивать нужно именно эти участки.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что у магнита может быть один полюс. Так думают, потому что при разломе появляются новые концы, которые можно принять за отдельные полюса. Проверьте себя: каждая часть сохраняет свойства магнита и имеет и северный, и южный полюс.

Ошибка: путать притяжение и отталкивание. Можно запомнить правило неверно или не сравнить названия полюсов. Перед ответом назовите оба полюса: одноимённые отталкиваются, разноимённые притягиваются.

Ошибка: считать магнитные линии настоящими нитями или проводниками. На рисунках линии выглядят как предметы, но это условное изображение поля. Проверьте себя: линии показывают направление и помогают сравнивать поле, а увидеть их как материальные нити нельзя.

Ошибка: направлять линии вне магнита от южного полюса к северному. Это происходит, если перепутать направление линии с направлением внутри магнита. Для проверки проследите её снаружи: там она выходит из северного полюса и входит в южный.

Связь с другими темами

До изучения постоянных магнитов полезно вспомнить, что тела могут взаимодействовать на расстоянии и при соприкосновении. Магнитная стрелка реагирует на магнитное поле: её поворот показывает действие поля и помогает определить его направление. Это знакомое наблюдение служит способом исследовать магнит.

Представления о магнитном поле понадобятся при изучении поля, создаваемого электрическим током. Позже станет понятно, что магнитное поле может действовать и на проводник с током. Значит, правила и способы изображения, освоенные здесь, помогут описывать новые магнитные явления.

Что запомнить

• Постоянный магнит сохраняет намагниченность длительное время.
• У каждого магнита есть северный и южный полюса.
• Одноимённые полюса отталкиваются, разноимённые притягиваются.
• При разделении магнита каждая его часть получает оба полюса.
• Магнитное поле обнаруживают по его действию на магнитную стрелку и железные опилки.
• Вне магнита магнитные линии направлены от северного полюса к южному.
• Чем гуще магнитные линии, тем сильнее поле.