Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле

 Магнитное поле. Как создается и как действует?

Cе­год­ня мы в первую оче­редь по­вто­рим, что такое маг­нит­ное поле. Маг­нит­ное поле – си­ло­вое поле, ко­то­рое об­ра­зу­ет­ся во­круг про­вод­ни­ка, по ко­то­ро­му про­те­ка­ет элек­три­че­ский ток. Оно свя­за­но с дви­жу­щи­ми­ся за­ря­да­ми.

Те­перь необ­хо­ди­мо от­ме­тить свой­ства маг­нит­но­го поля. Вы зна­е­те, что с за­ря­дом свя­за­но несколь­ко полей. В част­но­сти, элек­три­че­ское поле. Но мы будем об­суж­дать имен­но маг­нит­ное поле, со­зда­ва­е­мое дви­жу­щи­ми­ся за­ря­да­ми. У маг­нит­но­го поля несколь­ко свойств. Пер­вое: маг­нит­ное поле со­зда­ет­ся дви­жу­щи­ми­ся элек­три­че­ски­ми за­ря­да­ми. Иными сло­ва­ми, маг­нит­ное поле об­ра­зу­ет­ся во­круг про­вод­ни­ка, по ко­то­ро­му про­те­ка­ет элек­три­че­ский ток. Сле­ду­ю­щее свой­ство, ко­то­рое го­во­рит, как маг­нит­ное поле опре­де­ля­ет­ся. Опре­де­ля­ет­ся оно по дей­ствию на дру­гой дви­жу­щий­ся элек­три­че­ский заряд. Или, го­во­рят, на дру­гой элек­три­че­ский ток. На­ли­чие маг­нит­но­го поля мы можем опре­де­лить по дей­ствию на стрел­ку ком­па­са, на т.н. маг­нит­ную стрел­ку.

Еще одно свой­ство: маг­нит­ное поле ока­зы­ва­ет си­ло­вое дей­ствие. По­это­му го­во­рят, что маг­нит­ное поле ма­те­ри­аль­но.

Эти три свой­ства яв­ля­ют­ся от­ли­чи­тель­ны­ми чер­та­ми маг­нит­но­го поля. После того, как мы опре­де­ли­лись с тем, что такое маг­нит­ное поле, и опре­де­ли­ли свой­ства та­ко­го поля, необ­хо­ди­мо ска­зать, как маг­нит­ное поле ис­сле­ду­ют. В первую оче­редь маг­нит­ное поле ис­сле­ду­ет­ся при по­мо­щи рамки с током. Если мы возь­мем про­вод­ник, сде­ла­ем из этого про­вод­ни­ка круг­лую или квад­рат­ную рамку и по этой рамке будем про­пус­кать элек­три­че­ский ток, то в маг­нит­ном поле эта рамка будет опре­де­лен­ным об­ра­зом по­во­ра­чи­вать­ся.

Рис. 1. Рамка с током по­во­ра­чи­ва­ет­ся во внеш­нем маг­нит­ном поле

По тому, как по­во­ра­чи­ва­ет­ся эта рамка, мы можем су­дить о маг­нит­ном поле. Толь­ко здесь есть одно важ­ное усло­вие: рамка долж­на быть очень ма­лень­кая или она долж­на быть очень малых раз­ме­ров по срав­не­нию с рас­сто­я­ни­я­ми, на ко­то­рых мы изу­ча­ем маг­нит­ное поле. Такую рамку на­зы­ва­ют кон­тур с током.

Ис­сле­до­вать маг­нит­ное поле мы можем и при по­мо­щи маг­нит­ных стре­лок, раз­ме­щая их в маг­нит­ном поле и на­блю­дая за их по­ве­де­ни­ем.

Рис. 2. Дей­ствие маг­нит­но­го поля на маг­нит­ные стрел­ки

 Линии магнитного поля. Свойства

Сле­ду­ю­щее, о чем мы будем го­во­рить, о том, как можно изоб­ра­зить маг­нит­ное поле. В ре­зуль­та­те ис­сле­до­ва­ний, ко­то­рые были про­ве­де­ны в те­че­ние дол­го­го вре­ме­ни, стало по­нят­но, что маг­нит­ное поле удоб­но изоб­ра­жать при по­мо­щи маг­нит­ных линий. Чтобы про­на­блю­дать маг­нит­ные линии, про­де­ла­ем один экс­пе­ри­мент. Для на­ше­го экс­пе­ри­мен­та по­тре­бу­ет­ся по­сто­ян­ный маг­нит, ме­тал­ли­че­ские же­лез­ные опил­ки, стек­ло и лист белой бу­ма­ги.

Рис. 3. Же­лез­ные опил­ки вы­стра­и­ва­ют­ся вдоль линий маг­нит­но­го поля 

Маг­нит на­кры­ва­ем стек­лян­ной пла­сти­ной, а свер­ху кла­дем лист бу­ма­ги, белый лист бу­ма­ги. Свер­ху на лист бу­ма­ги сып­лем же­лез­ные опил­ки. В ре­зуль­та­те будет видно, как про­яв­ля­ют­ся линии маг­нит­но­го поля. То, что мы уви­дим, – это линии маг­нит­но­го поля по­сто­ян­но­го маг­ни­та. Их еще на­зы­ва­ют ино­гда спек­тром маг­нит­ных линий. За­меть­те, что линии су­ще­ству­ют по всем трем на­прав­ле­ни­ям, не толь­ко в плос­ко­сти.

Маг­нит­ная линия – во­об­ра­жа­е­мая линия, вдоль ко­то­рой вы­стра­и­ва­лись бы оси маг­нит­ных стре­лок.

Рис. 4. Схе­ма­ти­че­ское изоб­ра­же­ние маг­нит­ной линии 

По­смот­ри­те, на ри­сун­ке пред­став­ле­но сле­ду­ю­щее: линия изо­гну­тая, на­прав­ле­ние маг­нит­ной линии опре­де­ля­ет­ся на­прав­ле­ни­ем маг­нит­ной стрел­ки. На­прав­ле­ние ука­зы­ва­ет се­вер­ный полюс маг­нит­ной стрел­ки. Очень удоб­но изоб­ра­жать линии имен­но при по­мо­щи стре­лок.

Рис.5. Как обо­зна­ча­ет­ся на­прав­ле­ние си­ло­вых линий 

Те­перь по­го­во­рим о свой­ствах маг­нит­ных линий. Во-пер­вых, у маг­нит­ных линий нет ни на­ча­ла, ни конца. Это линии за­мкну­тые. Раз маг­нит­ные линии за­мкну­ты, то не су­ще­ству­ет маг­нит­ных за­ря­дов.

Вто­рое: это линии, ко­то­рые не пе­ре­се­ка­ют­ся, не пре­ры­ва­ют­ся, не сви­ва­ют­ся ка­ким-ли­бо об­ра­зом. При по­мо­щи маг­нит­ных линий мы можем ха­рак­те­ри­зо­вать маг­нит­ное поле, пред­ста­вить себе не толь­ко его форму, но и го­во­рить о си­ло­вом воз­дей­ствии. Если изоб­ра­жать боль­шую гу­сто­ту таких линий, то в этом месте, в этой точке про­стран­ства, у нас си­ло­вое дей­ствие будет боль­ше.

 Однородное и неоднородное магнитные поля

Если линии рас­по­ла­га­ют­ся па­рал­лель­но друг другу, их гу­сто­та оди­на­ко­ва, то в этом слу­чае го­во­рят, что маг­нит­ное поле од­но­род­но. Если, на­о­бо­рот, этого не вы­пол­ня­ет­ся, т.е. гу­сто­та раз­ная, линии ис­крив­ле­ны, то такое поле будет на­зы­вать­ся неод­но­род­ным. В за­клю­че­ние урока хо­те­лось бы об­ра­тить ваше вни­ма­ние на сле­ду­ю­щие ри­сун­ки.

Рис. 6. Неод­но­род­ное маг­нит­ное поле 

Во-пер­вых, те­перь мы уже знаем, что маг­нит­ные линии можно изоб­ра­жать стрел­ка­ми. И ри­су­нок пред­став­ля­ет имен­но неод­но­род­ное маг­нит­ное поле. Гу­сто­та в раз­ных ме­стах раз­ная, зна­чит, си­ло­вое воз­дей­ствие этого поля на маг­нит­ную стрел­ку будет раз­ным.

На сле­ду­ю­щем ри­сун­ке пред­став­ле­но уже од­но­род­ное поле. Линии на­прав­ле­ны в одну сто­ро­ну, и их гу­сто­та оди­на­ко­ва.

Рис. 7. Од­но­род­ное маг­нит­ное поле 

Од­но­род­ное маг­нит­ное поле – это поле, ко­то­рое встре­ча­ет­ся внут­ри ка­туш­ки с боль­шим чис­лом вит­ков или внут­ри пря­мо­ли­ней­но­го, по­ло­со­во­го маг­ни­та. Маг­нит­ное поле вне по­ло­со­во­го маг­ни­та или то, что мы се­год­ня на­блю­да­ли на уроке, это поле неод­но­род­ное. Чтобы все это до конца усво­ить, да­вай­те по­смот­рим на таб­ли­цу.