Ono što se naziva linijama magnetskog polja. Magnetno polje. Linije. Magnetno polje zavojnice sa strujom

Hajde da zajedno shvatimo što je magnetsko polje. Uostalom, mnogi ljudi cijeli život žive na ovom polju, a o tome i ne razmišljaju. Vrijeme je da to popravite!

Magnetno polje

Magnetno polje- posebna vrsta materije. Očituje se djelovanjem na pokretne električne naboje i tijela koja imaju svoj magnetski moment (trajni magneti).

Važno: magnetsko polje ne utječe na stacionarne naboje! Magnetno polje također nastaje pomicanjem električnih naboja, ili vremenski promjenjivim električnim poljem, ili magnetskim momentima elektrona u atomima. Odnosno, svaka žica kroz koju teče struja također postaje magnet!

Tijelo s vlastitim magnetskim poljem.

Magnet ima polove koji se nazivaju sjever i jug. Oznake "sjever" i "jug" dane su samo radi praktičnosti (poput "plus" i "minus" u struji).

Magnetno polje je prikazano linije magnetskog polja... Linije sila su neprekidne i zatvorene, a njihov se smjer uvijek poklapa sa smjerom djelovanja sila polja. Ako su metalne strugotine razbacane oko trajnog magneta, metalne čestice će pokazati vizualnu sliku linija magnetskog polja koje izlaze sa sjevera i ulaze u južni pol. Grafička karakteristika magnetskog polja – linije sile.

Karakteristike magnetskog polja

Glavne karakteristike magnetskog polja su magnetska indukcija, magnetski tok i magnetska propusnost... Ali razgovarajmo o svemu po redu.

Odmah napominjemo da su sve mjerne jedinice dane u sustavu SI.

Magnetska indukcija B - vektorska fizička veličina, koja je glavna karakteristika sile magnetskog polja. Označava se slovom B ... Mjerna jedinica magnetske indukcije - Tesla (T).

Magnetska indukcija pokazuje koliko je jako polje određivanjem sile kojom djeluje na naboj. Ova moć se zove Lorentzovom silom.

Ovdje q - punjenje, v - njegovu brzinu u magnetskom polju, B - indukcija, F je Lorentzova sila kojom polje djeluje na naboj.

F- fizikalna veličina jednaka umnošku magnetske indukcije na površinu kruga i kosinus između vektora indukcije i normale na ravninu kruga kroz koju prolazi strujanje. Magnetski tok- skalarna karakteristika magnetskog polja.

Možemo reći da magnetski tok karakterizira broj linija magnetske indukcije koje prožimaju jedinicu površine. Magnetski tok se mjeri u Weberch (Wb).

Magnetska propusnost- koeficijent koji određuje magnetska svojstva medija. Jedan od parametara o kojem ovisi magnetska indukcija polja je magnetska permeabilnost.

Naš planet je već nekoliko milijardi godina veliki magnet. Indukcija Zemljinog magnetskog polja mijenja se ovisno o koordinatama. Na ekvatoru, to je otprilike 3,1 puta 10 na minus peti stepen Tesle. Osim toga, postoje magnetske anomalije, gdje se vrijednost i smjer polja značajno razlikuju od susjednih područja. Neke od najvećih magnetskih anomalija na planetu su Kursk i Brazilske magnetske anomalije.

Podrijetlo Zemljinog magnetskog polja još uvijek je misterij za znanstvenike. Pretpostavlja se da je izvor polja tekuća metalna jezgra Zemlje. Jezgra se kreće, što znači da se rastaljena legura željeza i nikla kreće, a kretanje nabijenih čestica je električna struja koja stvara magnetsko polje. Problem je što ova teorija ( geodinamo) ne objašnjava kako se polje održava stabilnim.

Zemlja je ogroman magnetski dipol. Magnetski polovi se ne podudaraju s geografskim, iako su u neposrednoj blizini. Štoviše, Zemljini magnetski polovi se pomiču. Njihovo raseljavanje bilježi se od 1885. godine. Na primjer, tijekom posljednjih stotinu godina, magnetski pol u Južna polutka raseljen gotovo 900 kilometara i sada se nalazi u Južnom oceanu. Pol arktičke hemisfere kreće se preko Arktičkog oceana do istočnosibirske magnetske anomalije, brzina njegovog kretanja (prema podacima iz 2004.) bila je oko 60 kilometara godišnje. Sada dolazi do ubrzanja kretanja polova - u prosjeku brzina raste za 3 kilometra godišnje.

Kakav je značaj Zemljinog magnetskog polja za nas? Prije svega, Zemljino magnetsko polje štiti planet od kozmičke zrake i solarni vjetar. Nabijene čestice iz udaljenog svemira ne padaju izravno na Zemlju, već ih odbija divovski magnet i kreću se duž njegovih linija sile. Tako su sva živa bića zaštićena od štetnog zračenja.

Tijekom povijesti Zemlje bilo ih je nekoliko inverzije(promjene) magnetskih polova. Inverzija polova- ovo je kad mijenjaju mjesta. Posljednji put taj se fenomen dogodio prije oko 800 tisuća godina, a geomagnetskih preokreta u povijesti Zemlje bilo je više od 400. Neki znanstvenici smatraju da, s obzirom na uočeno ubrzanje magnetskih polova, sljedeći preokret polova treba očekivati ​​u sljedećoj par tisuća godina.

Srećom, u našem se stoljeću ne očekuje promjena polariteta. To znači da možete razmišljati o ugodnom i uživati ​​u životu u dobrom starom stalnom polju Zemlje, s obzirom na osnovna svojstva i karakteristike magnetskog polja. A da to možete učiniti, tu su naši autori kojima s povjerenjem možete povjeriti dio edukativnog rada! i ostale vrste radova možete naručiti na poveznici.

Kao što električni naboj u mirovanju djeluje na drugi naboj kroz električno polje, električna struja djeluje na drugi naboj kroz električno polje magnetsko polje... Djelovanje magnetskog polja na trajne magnete svodi se na njegovo djelovanje na naboje koji se kreću u atomima tvari i stvaraju mikroskopske kružne struje.

Doktrina o elektromagnetizam na temelju dvije odredbe:

• magnetsko polje djeluje na pokretne naboje i struje;
• oko struja i pokretnih naboja nastaje magnetsko polje.

Interakcija magneta

Trajni magnet(ili magnetska igla) orijentirana je uzduž Zemljinog magnetskog meridijana. Kraj koji pokazuje na sjever zove se Sjeverni pol(N) a suprotni kraj je Južni pol(S). Približavajući dva magneta jedan drugome, primjećujemo da se njihovi slični polovi odbijaju, a suprotni privlače ( riža. 1 ).

Podijelimo li polove presijecanjem permanentnog magneta na dva dijela, tada ćemo naći da će svaki od njih također imati dva pola, odnosno bit će trajni magnet ( riža. 2 ). Oba pola - sjeverni i južni - međusobno su neodvojivi, jednaki.

Magnetsko polje koje stvara Zemlja ili trajni magneti prikazano je, poput električnog polja, magnetskim linijama sile. Slika sila magnetskog polja magneta može se dobiti tako da se iznad njega stavi list papira na koji se u ravnomjernom sloju izliju željezne strugotine. Jednom u magnetskom polju, piljevina se magnetizira - svaka od njih ima sjeverni i južni pol. Suprotni polovi teže se približavanju jedan drugome, ali to otežava trenje piljevine o papir. Kucnete li prstom po papiru, trenje će se smanjiti i piljevina će se međusobno privlačiti, stvarajući lance koji predstavljaju linije magnetskog polja.

Na riža. 3 prikazuje položaj u polju izravnog magneta piljevine i male magnetske strelice koje pokazuju smjer linija magnetskog polja. Ovaj smjer se uzima kao smjer sjevernog pola magnetske igle.

Oerstedovo iskustvo. Struja magnetskog polja

Početkom XIX stoljeća. danski znanstvenik Oersted otkrio je važno otkriće otkrivši električna struja koja djeluje na trajne magnete ... Postavio je dugačku žicu blizu magnetske igle. Prilikom prolaska struje kroz žicu, strelica se okrenula, pokušavajući se postaviti okomito na nju ( riža. 4 ). To bi se moglo objasniti pojavom magnetskog polja oko vodiča.

Magnetske linije sile polja koje stvara ravni vodič sa strujom su koncentrične kružnice smještene u ravnini okomitoj na njega, sa središtima u točki kroz koju struja prolazi ( riža. 5 ). Smjer linija određen je pravilom desnog vijka:

Zakrene li se vijak u smjeru linija polja, kretat će se u smjeru struje u vodiču. .

Karakteristika jakosti magnetskog polja je vektor magnetske indukcije B ... U svakoj je točki usmjerena tangencijalno na liniju polja. Linije električnog polja počinju na pozitivnim nabojima i završavaju na negativnim, a sila koja djeluje na naboj u tom polju usmjerena je tangencijalno na liniju u svakoj točki. Za razliku od električnog, linije magnetskog polja su zatvorene, što je posljedica nepostojanja "magnetskih naboja" u prirodi.

Magnetno polje struje u osnovi se ne razlikuje od polja koje stvara stalni magnet. U tom smislu, analog ravnog magneta je dugi solenoid - svitak žice, čija je duljina mnogo veća od promjera. Dijagram linija magnetskog polja koje je stvorio, prikazan na riža. 6 , sličan je onom za ravni magnet ( riža. 3 ). Krugovi označavaju poprečne presjeke žice koja tvori solenoidni namot. Struje koje teku kroz žicu od promatrača označene su križićima, a struje u suprotnom smjeru od promatrača označene su točkama. Iste se oznake usvajaju za linije magnetskog polja kada su okomite na ravninu crteža ( riža. 7 a, b).

Smjer struje u namotu solenoida i smjer linija magnetskog polja unutar njega također su povezani pravilom desnog vijka, koje je u ovom slučaju formulirano na sljedeći način:

Ako pogledate duž osi solenoida, tada struja koja teče u smjeru kazaljke na satu stvara magnetsko polje u njemu, čiji se smjer podudara sa smjerom kretanja desnog vijka ( riža. osam )

Na temelju ovog pravila, lako je zaključiti da je solenoid prikazan na riža. 6 , sjeverni pol je njegov desni kraj, a južni pol je lijevi.

Magnetsko polje unutar solenoida je ujednačeno - vektor magnetske indukcije tamo ima konstantnu vrijednost (B = const). U tom pogledu, solenoid je sličan ravnom kondenzatoru, unutar kojeg je homogena električno polje.

Sila koja djeluje u magnetskom polju na vodič sa strujom

Eksperimentalno je utvrđeno da na vodič sa strujom u magnetskom polju djeluje sila. U jednoličnom polju, ravni vodič duljine l, kroz koji teče struja I, smješten okomito na vektor polja B, doživljava silu: F = I l B .

Određuje se smjer sile pravilo lijeve ruke:

Ako su četiri ispružena prsta lijeve ruke postavljena u smjeru struje u vodiču, a dlan okomit na vektor B, tada će lijevi palac pokazati smjer sile koja djeluje na vodič (riža. devet ).

Valja napomenuti da sila koja djeluje na vodič sa strujom u magnetskom polju nije usmjerena tangencijalno na njegove linije sile, kao električna sila, već je okomita na njih. Magnetska sila ne djeluje na vodič koji se nalazi duž linija sile.

Jednadžba F = IlB omogućuje kvantificiranje indukcije magnetskog polja.

Stav ne ovisi o svojstvima vodiča i karakterizira samo magnetsko polje.

Modul vektora magnetske indukcije B brojčano je jednak sili koja djeluje na vodič jedinične duljine koji se nalazi okomito na njega, kroz koji teče struja od jednog ampera.

U SI sustavu jedinica indukcije magnetskog polja je tesla (T):

Magnetno polje. Tablice, dijagrami, formule

(Interakcija magneta, Oerstedov pokus, vektor magnetske indukcije, smjer vektora, princip superpozicije. Grafički prikaz magnetskih polja, linije magnetske indukcije. Magnetski tok, energetska karakteristika polja. Magnetske sile, Amperova sila, Lorentzova sila. Kretanje nabijenih čestica u magnetskom polju. Magnetska svojstva materije, Amperova hipoteza)

Sve formule uzimaju se u strogom skladu s Federalni zavod za pedagoška mjerenja (FIPI)

3.3 MAGNETSKO POLJE

3.3.1 Mehanička interakcija magneta

U blizini električnog naboja nastaje osebujan oblik materije – električno polje. Sličan oblik materije postoji oko magneta, ali ima drugačiju prirodu porijekla (uostalom, ruda je električno neutralna), naziva se magnetsko polje. Za proučavanje magnetskog polja koriste se ravni ili potkovičasti magneti. Određena mjesta magneta imaju najveći privlačan učinak, nazivaju se polovi (sjeverni i južni). Kao što se magnetski polovi privlače, dok se istoimeni magnetski polovi odbijaju.

Magnetno polje. Vektor magnetske indukcije

Za silnu karakteristiku magnetskog polja koristi se vektor indukcije magnetskog polja B. Magnetsko polje je grafički prikazano pomoću linija sile (linije magnetske indukcije). Linije su zatvorene, nemaju početka ni kraja. Mjesto iz kojeg izlaze magnetske linije je Sjeverni pol, a magnetske linije ulaze u Južni pol.

Magnetska indukcija B [Tl]- vektorska fizička veličina, koja je sila karakteristična za magnetsko polje.

Princip superpozicije magnetskih polja - ako magnetsko polje u danoj točki prostora stvara više izvora polja, tada je magnetska indukcija vektorski zbroj indukcija svakog od polja zasebno :

Linije magnetskog polja. Uzorak linija polja trajnih magneta u obliku trake i potkove

3.3.2 Oerstedovo iskustvo. Magnetsko polje vodiča sa strujom. Uzorak linija polja dugog ravnog vodiča i zatvorenog prstenastog vodiča, zavojnica sa strujom

Magnetno polje postoji ne samo oko magneta, već i oko bilo kojeg vodiča sa strujom. Oerstedov pokus pokazuje djelovanje električne struje na magnet. Ako se ravan vodič kroz koji teče struja provuče kroz rupu u listu kartona, na kojoj su razbacane male željezne ili čelične strugotine, tada tvore koncentrične krugove čije je središte smješteno na osi vodiča. Ovi krugovi predstavljaju linije sile magnetskog polja strujnog vodiča.

3.3.3 Amperska sila, njezin smjer i veličina:

Amperska sila- sila koja djeluje na vodič sa strujom u magnetskom polju. Smjer Amperove sile određen je pravilom lijeve strane: ako lijeva ruka položaj tako da okomita komponenta vektora magnetske indukcije B uđe u dlan, a četiri ispružena prsta budu usmjerena u smjeru struje, tada će palac savijen za 90 stupnjeva pokazati smjer sile koja djeluje na segment vodiča s struja, odnosno amperova sila.

gdje ja- jačina struje u vodiču;

B

L- duljina vodiča u magnetskom polju;

α - kut između vektora magnetskog polja i smjera struje u vodiču.

3.3.4 Lorentzova sila, njezin smjer i veličina:

Budući da je električna struja uređeno kretanje naboja, učinak magnetskog polja na vodič sa strujom rezultat je njegova djelovanja na zasebne pokretne naboje. Sila koja djeluje sa strane magnetskog polja na naboje koji se u njemu kreću naziva se Lorentzova sila. Lorentzova sila određena je omjerom:

gdje q- veličina pokretnog naboja;

V- modul njegove brzine;

B- modul vektora indukcije magnetskog polja;

α - kut između vektora brzine naboja i vektora magnetske indukcije.

Imajte na umu da je Lorentzova sila okomita na brzinu i stoga ne obavlja rad, ne mijenja modul brzine naboja i njegovu kinetičku energiju. Ali smjer brzine se kontinuirano mijenja.

Lorentzova sila je okomita na vektore V i v, a njegov je smjer određen istim pravilom lijeve strane kao i smjer Amperove sile: ako je lijeva ruka postavljena tako da komponenta magnetske indukcije V, okomito na brzinu naboja, ušao je u dlan, a četiri prsta su bila usmjerena duž kretanja pozitivnog naboja (protiv kretanja negativnog, na primjer, elektrona), tada će palac savijen za 90 stupnjeva pokazati smjer Lorentzove sile koja djeluje na naboj Fl.

Kretanje nabijene čestice u jednoličnom magnetskom polju

Kada se nabijena čestica giba u magnetskom polju, Lorentzova sila ne djeluje. Stoga se modul vektora brzine ne mijenja kada se čestica kreće. Ako se nabijena čestica giba u jednoličnom magnetskom polju pod djelovanjem Lorentzove sile, a njezina brzina leži u ravnini okomitoj na vektor, tada će se čestica kretati duž kružnice polumjera R.

„Određivanje magnetskog polja“ – Prema podacima dobivenim tijekom pokusa popunit ćemo tablicu. J. Verne. Kada magnet prinesemo magnetskoj igli, ona se okreće. Grafički prikaz magnetskih polja. Hans Christian Oersted. Električno polje. Magnet ima dva pola: sjeverni i južni. Faza generalizacije i sistematizacije znanja.

"Magnetno polje i njegov grafički prikaz" - Nehomogeno magnetsko polje. Strujni svici. Magnetne linije. Amperova hipoteza. Unutar trake magneta. Nasuprotni magnetski polovi. polarna svjetla... Trajno magnetsko magnetsko polje. Magnetno polje. Zemljino magnetsko polje. Magnetski stupovi. Biometrologija. Koncentrični krugovi. Homogeno magnetsko polje.

"Energija magnetskog polja" - Skalarna vrijednost. Proračun induktiviteta. Konstantna magnetska polja. Vrijeme opuštanja. Definicija induktiviteta. Energija zavojnice. Ekstrastruje u strujnom krugu s induktivitetom. Prolazni procesi. Gustoća energije. Elektrodinamika. Oscilatorni krug. Pulsno magnetsko polje. Samoindukcija. Gustoća energije magnetskog polja.

"Karakteristike magnetskog polja" - Linije magnetske indukcije. Pravilo perforatora. Rotirajte duž linija sile. Računalni model Zemljinog magnetskog polja. Magnetska konstanta. Magnetska indukcija. Broj nositelja naboja. Tri načina postavljanja vektora magnetske indukcije. Magnetno polje električne struje. Fizičar William Hilbert.

"Svojstva magnetskog polja" - Vrsta tvari. Magnetska indukcija magnetskog polja. Magnetska indukcija. Trajni magnet. Neke vrijednosti magnetske indukcije. Magnetna igla. Zvučnik. Vektorski modul magnetske indukcije. Vodovi magnetske indukcije su uvijek zatvoreni. Interakcija struja. Zakretni moment. Magnetska svojstva materije.

"Kretanje čestica u magnetskom polju" - Spektrograf. Manifestacija djelovanja Lorentzove sile. Lorentzova sila. Ciklotron. Određivanje veličine Lorentzove sile. Kontrolna pitanja. Smjerovi Lorentzove sile. Međuzvjezdana materija. Cilj eksperimenta. Promijeniti postavke. Magnetno polje. Masspektrograf. Kretanje čestica u magnetskom polju. Katodna cijev.

Ukupno ima 20 prezentacija

Teme USE kodifikatora: interakcija magneta, magnetsko polje vodiča sa strujom.

Magnetska svojstva tvari poznata su ljudima već dugo vremena. Magneti su dobili ime po drevnom gradu Magneziji: u njegovoj blizini bio je rasprostranjen mineral (kasnije nazvan magnetska željezna ruda ili magnetit), čiji su komadići privlačili željezne predmete.

Interakcija magneta

Na obje strane svakog magneta nalaze se Sjeverni pol i Južni pol... Dva magneta međusobno privlače suprotni polovi, a isti odbijaju. Magneti mogu djelovati jedni na druge čak i kroz vakuum! Međutim, sve to nalikuje interakciji električnih naboja interakcija magneta nije električna... O tome svjedoče sljedeće eksperimentalne činjenice.

Magnetska sila slabi kada se magnet zagrijava. Sila interakcije točkastih naboja ne ovisi o njihovoj temperaturi.

Magnetska sila se slabi tresenjem magneta. Ništa se slično ne događa s električnim nabijenim tijelima.

Pozitivni električni naboji mogu se odvojiti od negativnih (primjerice, pri naelektriziranju tijela). Ali podjela polova magneta ne funkcionira: ako magnet presiječete na dva dijela, tada se na rezu pojavljuju i polovi, a magnet se dijeli na dva magneta s suprotnim polovima na krajevima (orijentirani na isti način kao i polovi izvornog magneta).

Dakle, magneti stalno bipolarni, postoje samo u obliku dipola... Izolirani magnetski polovi (tzv magnetski monopoli- analozi električnog naboja) ne postoje u prirodi (u svakom slučaju, još nisu eksperimentalno pronađeni). Ovo je možda najimpresivnija asimetrija između elektriciteta i magnetizma.

Poput električno nabijenih tijela, magneti djeluju na električne naboje. Međutim, magnet djeluje samo na krećući se naplatiti; ako naboj miruje u odnosu na magnet, tada se učinak magnetske sile na naboj ne opaža. Naprotiv, naelektrizirano tijelo djeluje na bilo koji naboj, bez obzira da li miruje ili se kreće.

Prema suvremenim konceptima teorije djelovanja kratkog dometa, interakcija magneta se provodi kroz magnetsko polje Naime, magnet stvara magnetsko polje u okolnom prostoru, koje djeluje na drugi magnet i uzrokuje vidljivo privlačenje ili odbijanje tih magneta.

Primjer magneta je magnetska igla kompas. Pomoću magnetske strelice možete procijeniti prisutnost magnetskog polja u određenom području prostora, kao i smjer polja.

Naš planet Zemlja je divovski magnet. Nedaleko od sjevernog geografskog pola Zemlje nalazi se južni magnetski pol. Stoga, sjeverni kraj igle kompasa, okrenut prema južnom magnetskom polu Zemlje, pokazuje na geografski sjever. Otuda je, zapravo, nastao naziv "sjeverni pol" magneta.

Linije magnetskog polja

Električno polje, podsjetimo, istražuje se uz pomoć malih probnih naboja, po djelovanju po kojima se može suditi o veličini i smjeru polja. Analog probnog naboja u slučaju magnetskog polja je mala magnetska igla.

Na primjer, možete dobiti neku geometrijsku ideju o magnetskom polju postavljanjem vrlo malih strelica kompasa na različite točke u prostoru. Iskustvo pokazuje da će se strelice poredati po određenim crtama – tzv linije magnetskog polja... Definiciju ovog pojma dat ćemo u obliku sljedeće tri točke.

1. Linije magnetskog polja ili magnetske linije sile su usmjerene linije u prostoru koje imaju sljedeće svojstvo: mala strelica kompasa postavljena u svakoj točki takve linije orijentirana je tangencijalno na ovu liniju.

2. Smjer linije magnetskog polja je smjer sjevernih krajeva strelica kompasa smještenih u točkama ove crte..

3. Što su linije gušće, to je jače magnetsko polje u određenom području prostora..

Željezne strugotine mogu uspješno igrati ulogu strelica kompasa: u magnetskom polju mala piljevina se magnetizira i ponaša se točno kao magnetske igle.

Dakle, izlivši željezne strugotine oko trajnog magneta, vidjet ćemo otprilike sljedeću sliku linija magnetskog polja (slika 1).

Riža. 1. Polje trajnog magneta

Sjeverni pol magneta označen je plavom bojom i slovom; južni pol - crvenom bojom i slovom. Imajte na umu da linije polja izlaze iz sjevernog pola magneta i ulaze u južni pol: na kraju krajeva, sjeverni kraj igle kompasa će biti usmjeren na južni pol magneta.

Oerstedovo iskustvo

Unatoč činjenici da su električni i magnetski fenomeni poznati ljudima od antike, dugo vremena nije uočena nikakva veza između njih. Nekoliko stoljeća istraživanja elektriciteta i magnetizma odvijala su se paralelno i neovisno jedno o drugom.

Izvanredna činjenica da su električni i magnetski fenomeni zapravo povezani jedni s drugima prvi put je otkrivena 1820. godine – u poznatom Oerstedovom eksperimentu.

Shema Oerstedova pokusa prikazana je na sl. 2 (slika s web-mjesta rt.mipt.ru). Iznad magnetske igle (a to su sjeverni i južni pol strelice) nalazi se metalni vodič spojen na izvor struje. Ako zatvorite krug, strelica se okreće okomito na vodič!
Ovo jednostavno iskustvo izravno je ukazalo na odnos između elektriciteta i magnetizma. Eksperimenti koji su slijedili Oerstedov eksperiment čvrsto su utvrdili sljedeći obrazac: stvara se magnetsko polje električne struje i djeluje na struje.

Riža. 2. Oerstedovo iskustvo

Obrazac linija magnetskog polja koje stvara vodič sa strujom ovisi o obliku vodiča.

Magnetno polje ravne žice sa strujom

Linije magnetskog polja ravne žice sa strujom su koncentrične kružnice. Središta ovih kružnica leže na žici, a njihove ravnine su okomite na žicu (slika 3.).

Riža. 3. Polje ravne žice sa strujom

Postoje dva alternativna pravila za određivanje smjera linija magnetskog polja naprijed struje.

Pravilo u smjeru kazaljke na satu. Linije polja idu suprotno od kazaljke na satu kada se gledaju tako da struja teče prema nama.

Vijčano pravilo(ili pravilo gimleta, ili pravilo vadičepa- to je nekome bliže ;-)). Linije polja idu tamo gdje trebate rotirati vijak (s normalnim desnim navojem) tako da se kreće duž navoja u smjeru struje.

Upotrijebite koje god pravilo vam se najviše sviđa. Bolje je naviknuti se na pravilo kazaljke sata - kasnije ćete i sami vidjeti da je univerzalnije i jednostavnije za korištenje (i onda ga se sa zahvalnošću prisjetite na prvoj godini kada studirate analitičku geometriju).

Na sl. 3, pojavilo se i nešto novo: ovo je vektor tzv magnetska indukcija, ili magnetska indukcija... Vektor magnetske indukcije je analog vektora jakosti električnog polja: on služi karakteristika snage magnetsko polje, određujući silu kojom magnetsko polje djeluje na pokretne naboje.

O silama u magnetskom polju ćemo kasnije, ali za sada ćemo samo napomenuti da je veličina i smjer magnetskog polja određen vektorom magnetske indukcije. U svakoj točki u prostoru vektor je usmjeren u istom smjeru kao i sjeverni kraj strelice kompasa postavljen u ovoj točki, odnosno tangencijalno na liniju polja u smjeru ove linije. Magnetska indukcija se mjeri u teslah(T).

Kao i u slučaju električnog polja, magnetska indukcija je princip superpozicije... Leži u činjenici da indukcije magnetskih polja koje u danoj točki stvaraju različite struje zbrajaju se vektorski i daju rezultirajući vektor magnetske indukcije:.

Magnetno polje petlje sa strujom

Razmotrimo kružnu petlju kroz koju kruži istosmjerna struja. Izvor koji stvara struju nije prikazan na slici.

Uzorak linija polja naše petlje izgledat će otprilike ovako (slika 4).

Riža. 4. Polje petlje sa strujom

Bit će nam važno znati u kojem je poluprostoru (u odnosu na ravninu petlje) usmjereno magnetsko polje. Opet, imamo dva alternativna pravila.

Pravilo u smjeru kazaljke na satu. Linije polja idu tamo gdje se čini da struja kruži u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Vijčano pravilo. Linije polja idu tamo gdje će se vijak (s normalnim desnim navojem) pomaknuti ako ga zakrenete u smjeru struje.

Kao što možete vidjeti, struja i polje su obrnuti u usporedbi s formulacijama ovih pravila za slučaj istosmjerne struje.

Magnetno polje zavojnice sa strujom

Zavojnica ispostavit će se, ako se čvrsto, okrenuti prema okretanju, namotati žicu u dovoljno dugačku spiralu (slika 5 - slika s web-mjesta en.wikipedia.org). U svitku može biti nekoliko desetaka, stotina ili čak tisuća zavoja. Zavojnica se također naziva solenoid.

Riža. 5. Zavojnica (solenoid)

Magnetno polje jednog zavoja, kao što znamo, ne izgleda baš jednostavno. Polja? pojedinačni zavoji zavojnice su postavljeni jedan na drugi, i, čini se, rezultat bi trebao biti vrlo zbunjujuća slika. Međutim, to nije slučaj: polje dugog svitka ima neočekivano jednostavnu strukturu (slika 6).

Riža. 6.Polje zavojnice sa strujom

Na ovoj slici struja u zavojnici ide u smjeru suprotnom od kazaljke na satu kada se gleda s lijeve strane (to će biti slučaj ako je na slici 5 desni kraj zavojnice spojen na "plus" izvora struje, a lijevi kraj na "minus"). Vidimo da magnetsko polje zavojnice ima dva karakteristična svojstva.

1. Unutar zavojnice, daleko od njegovih rubova, magnetsko polje je homogena: u svakoj točki vektor magnetske indukcije je jednak po veličini i smjeru. Linije polja su paralelne ravne linije; savijaju se samo blizu rubova zavojnice kad izađu.

2. Izvan zavojnice, polje je blizu nule. Što je više zavoja u zavojnici, slabije je polje izvan nje.

Imajte na umu da beskonačno duga zavojnica uopće ne emitira polje: izvan zavojnice nema magnetskog polja. Unutar takve zavojnice polje je posvuda jednolično.

Zar ne liči na ništa? Zavojnica je "magnetski" analog kondenzatora. Sjećate se da kondenzator unutar sebe stvara jednolično električno polje, čije su linije savijene samo blizu rubova ploča, a izvan kondenzatora polje je blizu nule; kondenzator s beskonačnim pločama uopće ne oslobađa polje izvana, a polje je posvuda unutar njega jednolično.

A sada - glavno opažanje. Molimo usporedite sliku linija magnetskog polja izvan zavojnice (slika 6) s linijama magnetskog polja na sl. 1 . Ista stvar, zar ne? A sada dolazimo do pitanja koje se vjerojatno davno pojavilo u vašem umu: ako magnetsko polje nastaje strujama i djeluje na struje, koji je onda razlog za pojavu magnetskog polja u blizini stalnog magneta? Uostalom, čini se da ovaj magnet nije vodič sa strujom!

Amperova hipoteza. Elementarne struje

Isprva se smatralo da je interakcija magneta posljedica posebnih magnetskih naboja koncentriranih na polovima. Ali, za razliku od elektriciteta, nitko nije mogao izolirati magnetski naboj; uostalom, kao što smo već rekli, nije bilo moguće dobiti odvojeno sjeverni i južni pol magneta - polovi su uvijek prisutni u magnetu u paru.

Sumnje oko magnetskih naboja pojačao je Oerstedov pokus, kada je postalo jasno da magnetsko polje stvara električna struja. Štoviše, pokazalo se da je za bilo koji magnet moguće odabrati vodič sa strujom odgovarajuće konfiguracije, tako da se polje ovog vodiča podudara s poljem magneta.

Ampere je iznio hrabru hipotezu. Nema magnetskih naboja. Djelovanje magneta objašnjava se zatvorenim električnim strujama unutar njega..

Koje su to struje? Ove elementarne struje cirkuliraju unutar atoma i molekula; povezani su s kretanjem elektrona u atomskim orbitama. Magnetsko polje bilo kojeg tijela sastoji se od magnetskih polja ovih elementarnih struja.

Elementarne struje mogu biti nasumično locirane jedna u odnosu na drugu. Tada se njihova polja međusobno gase, a tijelo ne pokazuje magnetska svojstva.

Ali ako su elementarne struje raspoređene zajedno, tada se njihova polja, zbrajajući, međusobno pojačavaju. Tijelo postaje magnet (slika 7; magnetsko polje će biti usmjereno na nas; sjeverni pol magneta također će biti usmjeren prema nama).

Riža. 7. Elementarne struje magneta

Amperova hipoteza o elementarnim strujama razjasnila je svojstva magneta.Zagrijavanjem i drhtanjem magneta uništava se red njegovih elementarnih struja, a magnetska svojstva slabe. Nerazdvojivost polova magneta postala je očita: na mjestu rezanja magneta dobivamo iste elementarne struje na krajevima. Sposobnost tijela da se magnetizira u magnetskom polju objašnjava se koordiniranim poravnanjem elementarnih struja, koje se pravilno "okreću" (o rotaciji kružne struje u magnetskom polju pročitajte u sljedećem letku).

Amperova hipoteza se pokazala točnom – pokazalo se daljnji razvoj fizika. Koncept elementarnih struja postao je sastavni dio teorije atoma, razvijene već u dvadesetom stoljeću - gotovo stotinu godina nakon Ampereova genijalnog nagađanja.