§ 58. Постоянные магниты

Определения и обозначения

Постоянный магнит — тело, длительно сохраняющее намагниченность, то есть способность проявлять магнитные свойства. Примерами служат стальной магнит и магнитная стрелка. Такие тела используют, чтобы притягивать некоторые предметы и взаимодействовать с другими магнитами. Слово «постоянный» означает, что свойства сохраняются долго, а не то, что магнит действует бесконечно.

Магнитные полюса — области магнита, где магнитное действие проявляется наиболее сильно. Их называют северным и южным полюсами. Обычно они находятся у противоположных концов магнита, поэтому концы удобно использовать для проверки взаимодействия. Названия помогают различать стороны магнита и предсказывать, будет ли он притягиваться или отталкиваться от другого.

Магнитное поле — особая форма материи, посредством которой магнит действует на другие магниты и тела, способные намагничиваться. Поле нельзя увидеть непосредственно, но его действие можно обнаружить по движению предметов или повороту стрелки. Это понятие объясняет, почему магнит влияет на тела, даже если не касается их. Чем ближе к полюсам, тем заметнее действие магнита.

Магнитная стрелка — небольшой магнит, который может свободно поворачиваться и ориентироваться в магнитном поле. Она указывает направление, в котором на неё действует поле. У стрелки, как и у любого магнита, есть северный и южный полюса. С её помощью сравнивают полюса неизвестного магнита с полюсами, которые уже известны.

Как это устроено

Магнитные свойства обнаруживают, поднося тело к магниту или к магнитной стрелке и наблюдая, что происходит. Если предмет притягивается, это показывает, что он способен взаимодействовать с магнитом, но для уверенного определения полюсов удобнее проверить его другим магнитом. У стержневого магнита притяжение обычно особенно заметно у концов. Причина в том, что магнитное действие сосредоточено в этих областях; середина проявляет его слабее.

Чтобы различить концы магнита, используют стрелку с известными полюсами. Сначала подносят к одному концу северный полюс стрелки и смотрят, притягивается он или отталкивается. Отталкивание означает, что перед нами тоже северный полюс, а притяжение — что южный. Так проверяют оба конца; результаты должны показать противоположные полюса.

Полюса взаимодействуют по определённому правилу: одноимённые отталкиваются, разноимённые притягиваются. Если друг к другу обращены северные полюса или южные, магниты стремятся разойтись. Если обращены северный и южный полюса, магниты притягиваются. Такое правило позволяет предсказать результат опыта, если заранее известно, какие полюса обращены друг к другу.

Магнит может действовать на расстоянии, потому что взаимодействие передаётся через магнитное поле. Поле существует вокруг магнита и влияет на другой магнит или на тело, которое способно намагничиваться. Поэтому предмет может сдвинуться до того, как коснётся магнита. Бумага и многие другие немагнитные материалы не прекращают действие поля, хотя расстояние и свойства преграды могут менять заметность эффекта.

Разлом магнита не разделяет его полюса, а создаёт два меньших магнита. На новых концах каждого фрагмента возникают северный и южный полюса, поскольку магнитное действие не сохраняется только на одном конце. Поэтому даже очень маленький получившийся кусочек имеет оба полюса. Это объясняет, почему нельзя получить обычный магнит, состоящий только из северного или только из южного полюса.

Магнитные полюса и их взаимодействие

Чтобы воспользоваться таблицей, сначала определите, какие полюса обращены друг к другу. Затем найдите соответствующую строку и прочитайте результат взаимодействия. Если магниты повернуть другими концами, взаимодействие может измениться.

Разбор задач

Задача 1. К северному полюсу магнита поднесли один из полюсов магнитной стрелки. Стрелка оттолкнулась. Нужно определить, какой полюс стрелки поднесли. Решение основано на том, что отталкивание возникает у одноимённых полюсов.

1. Известно, что у магнита обращён к стрелке северный полюс. Это дано в условии.
2. При отталкивании полюса должны быть одноимёнными. Значит, поднесённый полюс стрелки также северный.
3. Проверяем вывод: южный полюс притянулся бы к северному, а не оттолкнулся.

Ответ: к магниту поднесли северный полюс стрелки. Отталкивание здесь важнее общего впечатления, что магниты всегда притягиваются: оно зависит от того, какие полюса обращены друг к другу. Если бы стрелка притянулась, её поднесённый полюс был бы южным.

Задача 2. У магнита стёрлись обозначения полюсов. Нужно с помощью магнитной стрелки определить, где северный полюс. Известно, какой конец стрелки является северным. Сравним этот полюс с каждым концом магнита.

1. Поднесём северный полюс стрелки к одному из концов магнита. Наблюдаем, отталкиваются они или притягиваются.
2. Если стрелка отталкивается, конец магнита тоже северный. Если притягивается, конец магнита южный.
3. Проверим второй конец: он должен оказаться противоположным по названию, потому что у магнита есть северный и южный полюса.

Ответ: северный полюс магнита находится у того конца, который отталкивает северный полюс стрелки. Второй конец будет южным. Такой способ работает потому, что известный полюс стрелки служит для сравнения, а притяжение и отталкивание различаются.

Задача 3. Магнит разломили пополам. Нужно установить, сколько полюсов будет у каждого фрагмента и почему. Здесь важно не переносить старые обозначения концов на куски так, будто полюса можно отделить друг от друга.

1. До разлома магнит имел северный и южный полюса у противоположных концов. Разлом создаёт новые концы на каждом фрагменте.
2. Каждый из получившихся кусков остаётся магнитом. Его новые концы проявляют противоположные полюса.
3. Значит, у каждого фрагмента есть северный и южный полюса, даже если кусок стал меньше.

Ответ: у каждого фрагмента будет по два полюса — северный и южный. При разломе магнит не распадается на отдельные полюса, а образует меньшие магниты. Поэтому получить кусок только с одним полюсом таким способом нельзя.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что северный полюс всегда притягивается к северному. Это путают с тем, что магниты в некоторых положениях действительно притягиваются. Но одинаковые полюса отталкиваются, а разные — притягиваются. Проверьте себя: назовите оба полюса, обращённые друг к другу, и примените правило.

Ошибка: думать, что после разлома один кусок станет только северным, а другой — только южным. Так могут рассуждать, представляя полюса как отдельные половины магнита. На самом деле каждый фрагмент имеет оба полюса. Проверка простая: новые концы каждого куска будут взаимодействовать с магнитной стрелкой по-разному.

Ошибка: считать, что магнит действует только при непосредственном контакте. Притяжение становится особенно наглядным при касании, поэтому легко упустить действие на расстоянии. Между магнитом и телом действует магнитное поле, и предмет может начать двигаться до контакта. Чтобы проверить себя, наблюдайте за телом, постепенно приближая к нему магнит.

Ошибка: путать название полюса с тем, какой другой магнит он притягивает. Северный полюс не притягивает любой магнит и не означает направление притяжения само по себе. Результат зависит от обоих обращённых друг к другу полюсов. Перед выводом обозначьте каждый полюс и сравните их названия.

Связь с другими темами

До изучения магнитов полезно помнить, что тела могут взаимодействовать на расстоянии и что магнитные свойства проявляются у некоторых материалов. Это помогает отличать действие магнита от обычного контакта и понимать результаты опытов. Представления о магнитах и магнитном поле понадобятся при изучении магнитного поля тока и действия магнитного поля на проводник с током. Там поле связывается уже не только с постоянными магнитами, но и с электрическим током.

Что запомнить

• Постоянный магнит длительно сохраняет намагниченность.
• У магнита есть северный и южный полюса.
• Магнитное действие сильнее всего у полюсов.
• Одноимённые полюса отталкиваются, разноимённые притягиваются.
• Магниты взаимодействуют посредством магнитного поля.
• У каждого фрагмента разломанного магнита есть оба полюса.