1. Взаимодействие постоянных магнитов

Определения и обозначения

Постоянный магнит — тело, длительно сохраняющее способность притягивать некоторые материалы и взаимодействовать с другими магнитами. К нему относятся, например, магнитные бруски и подковообразные магниты. Это определение нужно, чтобы отличать магнит от тела, которое временно намагнитилось.

Магнитный полюс — область магнита, где магнитное действие проявляется наиболее сильно. Полюса обозначают буквами N — северный и S — южный. Такое обозначение помогает описывать, какие части магнитов обращены друг к другу.

Магнитное взаимодействие — это притяжение или отталкивание магнитов и их отдельных полюсов. Его можно наблюдать по движению одного магнита относительно другого. Понятие нужно, чтобы связывать результат опыта с расположением полюсов.

Магнитная стрелка — небольшой магнит, свободно вращающийся вокруг оси. Под действием другого магнита она поворачивается определённым полюсом. Поэтому стрелку используют для определения направления магнитного действия и полюсов.

Как это устроено

Постоянный магнит действует на другие магниты потому, что вокруг него существует магнитное поле. Поле передаёт действие на расстояние, поэтому магниты могут двигаться навстречу друг другу или расходиться, не соприкасаясь. Некоторые металлические тела, например железные, способны намагничиваться под действием этого поля и поэтому притягиваются.

У магнита выделяют два полюса, потому что магнитное действие распределено по нему неравномерно. Вблизи концов оно обычно сильнее: именно там удобнее всего наблюдать притяжение или отталкивание. Средняя часть длинного магнита действует слабее, поэтому концы называют областями полюсов.

Одноимённые полюса отталкиваются, поскольку взаимодействие между ними направляет магниты в разные стороны. Разноимённые полюса, наоборот, притягиваются, и магниты стремятся сблизиться. Так по наблюдаемому движению можно сделать вывод о том, какие полюса обращены друг к другу.

Невозможно получить отдельный северный или южный полюс, разломив магнит. При разделении внутреннее магнитное устройство каждого фрагмента перестраивается так, что на его противоположных концах появляются оба полюса. Поэтому каждый кусок становится новым маленьким магнитом, даже если исходный магнит был разломан неоднократно.

Магнитная стрелка свободно поворачивается, потому что её ось почти не мешает вращению. Если рядом поместить другой магнит, поле действует на стрелку и разворачивает её до определённого положения. По тому, какой конец стрелки притягивается или отталкивается, можно определить полюс исследуемого магнита.

Взаимодействие магнитных полюсов

Сначала определите, какие полюса обращены друг к другу, а затем найдите соответствующую строку. Если полюса одинаковые, движение направлено на удаление, если разные — на сближение. Таблица описывает именно взаимодействие магнитных полюсов, а не обычное притяжение магнита к железному предмету.

Разбор задач

Определение неизвестного полюса

Условие. К северному полюсу известного магнита подносят неизвестный полюс другого магнита. Неизвестный полюс отталкивается. Требуется определить его название.

1. Отталкивание возникает только между одноимёнными полюсами.
2. Известный полюс имеет обозначение N.
3. Значит, неизвестный полюс также обозначается N.

Ответ: неизвестный полюс — северный, N.

Магнит разломили пополам

Условие. Стержневой магнит разделили на две части. Нужно определить полюса каждого получившегося кусочка и изобразить результат словами.

1. Отдельный магнитный полюс существовать не может.
2. После разлома первая часть получает полюса N и S на своих противоположных концах.
3. Вторая часть также получает полюса N и S на противоположных концах.

Ответ: каждый кусочек является самостоятельным магнитом: его схема имеет вид N—S. Нельзя считать один кусок только северным, а другой только южным.

Как найти магнит среди двух стержней

Условие. Есть два одинаковых с виду стержня: постоянный магнит и немагнитный металлический стержень. Нужно сначала найти магнит, а затем установить его полюса.

1. Поднесите конец одного стержня к середине другого. Если это магнит, его полюс притянет железный или стальной немагнитный стержень, тогда как середина магнита действует слабее.
2. Повторите опыт в обратном порядке, чтобы исключить случайное наблюдение и найти стержень, который оказывает магнитное действие.
3. Для определения полюсов используйте известный магнит. Отталкивание с его N означает, что проверяемый конец тоже N; притяжение означает S.

Ответ: магнит находят по действию на середину другого стержня, а его полюса различают по отталкиванию и притяжению с известным магнитом.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать, что любой конец магнита является северным полюсом. Так думают, потому что действие сильнее именно на концах, но концы различаются: один N, другой S. Проверьте себя: у целого магнита всегда должны быть два разноимённых полюса.

Ошибка 2. Утверждать, что разноимённые полюса отталкиваются. Причина ошибки — механическое запоминание слов «разные» и «расходятся». Повторите правило: N и S притягиваются, а одинаковые N и N или S и S отталкиваются.

Ошибка 3. Путать притяжение магнита к железу с взаимодействием двух полюсов. Железный предмет может притягиваться и к N, и к S, поэтому такое наблюдение не показывает название полюса. Для проверки используйте другой магнит с известным полюсом.

Ошибка 4. Считать, что при разламывании образуются отдельные N и S. Это невозможно: каждый фрагмент получает оба полюса и становится самостоятельным магнитом. Проверьте схему, изобразив на каждом куске пару N—S.

Связь с другими темами

До изучения темы нужны понятия силы, взаимодействия тел и наблюдения за движением. По движению магнитов можно определить, притягиваются они или отталкиваются, и связать наблюдение с действующей силой.

Взаимодействие магнитов объясняется магнитным полем. Позже это поможет понять работу компаса и магнитное поле Земли.

Дальше знания пригодятся при изучении электромагнитов и действия электрического тока. Так можно увидеть связь между постоянными магнитами и магнитными явлениями в электрических цепях.

Что запомнить

• Постоянный магнит длительно сохраняет магнитные свойства.
• У каждого магнита есть северный и южный полюса.
• Магнитное действие сильнее всего у полюсов.
• Одноимённые полюса отталкиваются.
• Разноимённые полюса притягиваются.
• При разделении магнита каждый кусок получает два полюса.
• Магнитная стрелка ориентируется под действием другого магнита.