"Физика", Перышкин А.В., Гутник Е.М.
Магнитное поле — особая форма материи, возникающая вокруг постоянных магнитов и проводников с током. Оно действует на движущиеся заряды, токи и магнитные стрелки, поэтому обнаруживается по их отклонению или движению. Главная характеристика поля — магнитная индукция B, имеющая направление и величину. Поле изображают линиями магнитной индукции: их направление показывает вектор B, а густота — сравнительную силу поля.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Магнитное поле — особая форма материи, существующая вокруг постоянных магнитов и проводников с током и действующая на движущиеся заряды и токи. Его нельзя увидеть непосредственно, но можно обнаружить по действию на стрелку или проводник. Это понятие нужно, чтобы описывать передачу магнитного действия через пространство.
Магнитная индукция — векторная физическая величина, характеризующая магнитное поле. Её обозначают буквой B, а измеряют в теслах. Вектор показывает не только, насколько сильно поле действует, но и в каком направлении оно ориентировано.
Линии магнитной индукции — условные линии, касательная к которым в каждой точке совпадает с направлением вектора B. Такие линии не являются настоящими нитями в пространстве. Они нужны для наглядного изображения направления и сравнительной величины магнитного поля.
Однородное магнитное поле — поле, в котором вектор магнитной индукции одинаков по модулю и направлению во всех точках. На рисунке его линии изображают прямыми, параллельными и расположенными с одинаковой густотой. Это упрощает описание действия поля на разных участках пространства.
Магнитное поле обнаруживается не органами чувств, а по результату его действия. Если рядом с источником поставить магнитную стрелку, она повернётся; проводник с током может начать двигаться, а движущийся заряд — изменить направление движения. Значит, наличие поля устанавливают по воздействию на подходящий объект-пробник.
Источниками магнитного поля являются постоянные магниты и электрические токи. В проводнике с током электрические заряды движутся упорядоченно, и именно это движение создаёт поле вокруг проводника. Поэтому ток и магнитное поле связаны: при прекращении тока поле проводника исчезает, если рядом нет другого источника.
Направление поля в данной точке определяют маленькой магнитной стрелкой, которую можно свободно поворачивать. Северный полюс стрелки устанавливается вдоль направления действия поля, поэтому направление от южного полюса стрелки к северному принимают за направление B. Вектор нужен потому, что поле характеризуется и численным значением, и направлением.
Для изображения поля проводят линии магнитной индукции. В каждой точке направление линии задаётся касательной, а пересекаться линии не могут: в одной точке вектор B не способен иметь сразу два разных направления. Если линии на одинаковом по масштабу рисунке расположены гуще, поле в этой области считают более сильным.
У полосового магнита линии вне магнита направлены от северного полюса к южному. Внутри магнита они продолжаются от южного полюса к северному, поэтому не обрываются и образуют замкнутые контуры. Такое представление показывает, почему нельзя говорить, что магнитная линия просто начинается на одном полюсе и заканчивается на другом.
| Что сравниваем | Поле постоянного магнита | Поле проводника с током |
|---|---|---|
| Источник поля | Постоянный магнит | Упорядоченное движение зарядов, то есть электрический ток |
| Как обнаружить поле | По отклонению магнитной стрелки или действию на другой магнит | По отклонению стрелки, действию на ток или движущийся заряд |
| Форма линий магнитной индукции | Замкнутые линии; снаружи идут от северного полюса к южному | Вокруг прямого проводника имеют вид окружностей |
| Как определить направление поля | По направлению северного полюса магнитной стрелки | По направлению стрелки; для проводника учитывают направление тока |
| Как судить о величине поля по рисунку | По густоте линий: более плотные линии соответствуют более сильному полю | По густоте линий в выбранной области |
Таблица помогает сначала найти источник поля, затем выбрать способ его обнаружения и определения направления. Последняя строка относится к сравнению рисунков, выполненных в сопоставимом масштабе. Нельзя сравнивать только общее число линий на разных схемах: важна их густота в одинаковых по площади областях.
Рядом с проводником поместили магнитную стрелку. Как проверить, создаёт ли проводник магнитное поле, и что изменится при изменении направления тока?
При изменении направления тока направление магнитного поля также изменится. Поэтому северный полюс стрелки отклонится в противоположную сторону, если условия опыта останутся прежними. Ответ: поле проверяют по отклонению стрелки, а смена направления тока вызывает смену направления поля.
На схеме показаны линии магнитного поля полосового магнита. Нужно указать направление вектора магнитной индукции у северного полюса и внутри магнита.
У северного полюса снаружи вектор B направлен от магнита, к южному полюсу. Внутри магнита он направлен от южного полюса к северному. Проверка проста: внешняя и внутренняя части должны соединиться в замкнутую линию.
Сравнивают две области рисунка: в первой линии магнитной индукции расположены гуще, чем во второй. Требуется определить, где поле сильнее.
Поле сильнее в первой области. Причина в том, что там на одинаковую площадь приходится больше линий магнитной индукции, то есть значение B сравнительно больше. Точный числовой результат по одной схеме получить нельзя, но качественное сравнение возможно.
Считать магнитное поле существующим только около постоянных магнитов — ошибка, потому что его создаёт и электрический ток. Так думают из-за привычных опытов с магнитами. Проверьте себя вопросом: движутся ли заряды в проводнике; если да, вокруг него также есть магнитное поле.
Путать направление линий с направлением движения зарядов или тока неверно. Линии показывают направление вектора магнитной индукции, а не траекторию частиц и не направление тока. Для проверки отдельно назовите источник поля и отдельно — направление B по северному полюсу стрелки.
Утверждение, что линии начинаются на северном полюсе и заканчиваются на южном, не учитывает их внутреннюю часть. Вне магнита они идут от северного полюса к южному, а внутри возвращаются обратно. Проверьте рисунок: каждая линия должна образовывать замкнутый контур.
Большое общее число нарисованных линий само по себе не доказывает более сильное поле. На разных схемах число линий можно выбрать условно, поэтому сравнивают густоту в равных областях и при одинаковом масштабе. Если линии расположены плотнее, именно там поле считают сильнее.
Для понимания темы нужно знать, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц, и уметь объяснить действие магнитной стрелки. Далее магнитное поле понадобится при изучении его действия на проводник с током и движущиеся заряды. Понятия магнитной индукции и линий поля используются также при изучении электромагнитной индукции.
Что называют магнитным полем?
Магнитное поле — особая форма материи, существующая вокруг магнитов и проводников с током. Оно действует на движущиеся заряды, электрические токи и магнитные стрелки.
Какие тела и явления создают магнитное поле?
Магнитное поле создают постоянные магниты и электрические токи. Ток создаёт поле потому, что представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов.
Как определить направление магнитного поля в точке?
В точку помещают маленькую магнитную стрелку и смотрят, куда направлен её северный полюс. Это направление принимают за направление вектора магнитной индукции B.
Что показывают линии магнитной индукции?
Касательная к линии в каждой точке показывает направление вектора магнитной индукции. Густота линий позволяет сравнивать величину поля: где линии расположены плотнее, там поле сильнее.
Почему линии магнитного поля считают замкнутыми?
Вне постоянного магнита линии идут от северного полюса к южному, а внутри магнита возвращаются от южного к северному. Поэтому одна линия образует замкнутый контур, а не начинается и не заканчивается на полюсах.
§ 34 Магнитное поле
