На малюнку представлені магнітні лінії. Презентація – тест з фізики «Електромагнітне поле. Теми кодифікатора ЄДІ: взаємодія магнітів, магнітне поле провідника зі струмом

З курсу фізики 8 класу ви знаєте, що магнітне поле породжується електричним струмом. Воно існує, наприклад, навколо металевого провідника зі струмом. У цьому струм створюється електронами, спрямовано рухомими вздовж провідника. Магнітне поле виникає й у тому випадку, коли струм проходить через розчин електроліту, де носіями зарядів є позитивно та негативно заряджені іони, що рухаються назустріч один одному.

Оскільки електричний струм - це спрямований рух заряджених частинок, то можна сказати, що магнітне поле створюється зарядженими частинками, що рухаються, як позитивними, так і негативними.

Нагадаємо, що, згідно з гіпотезою Ампера, в атомах та молекулах речовини в результаті руху електронів виникають кільцеві струми.

На малюнку 85 показано, що у постійних магнітах ці елементарні кільцеві струми орієнтовані однаково. Тому магнітні поля, що утворюються навколо кожного струму, мають однакові напрями. Ці поля посилюють одне одного, створюючи поле всередині та навколо магніту.

Рис. 85. Ілюстрація гіпотези Ампера

Для наочного уявлення магнітного поля використовують магнітні лінії (їх називають також лініями магнітного поля) 1 . Нагадаємо, що магнітні лінії - це уявні лінії, вздовж яких розташувалися б маленькі магнітні стрілки, поміщені в магнітне поле.

Магнітну лінію можна провести через будь-яку точку простору, де існує магнітне поле.

На малюнку 86 показано, що магнітна лінія (як прямолінійна, так і криволінійна) проводиться так, щоб у будь-якій точці цієї лінії, дотична до неї збігалася з віссю магнітної стрілки, поміщеної в цю точку.

Рис. 86. У будь-якій точці магнітної лінії дотична до неї збігається з віссю магнітної стрілки, поміщеною в цю точку.

Магнітні лінії замкнуті. Наприклад, картина магнітних ліній прямого провідника зі струмом є концентричними колами, що лежать у площині, перпендикулярній провіднику.

З малюнка 86 видно, що за напрямок магнітної лінії в будь-якій її точці умовно приймають напрямок, який вказує північний полюс магнітної стрілки, поміщеної в цю точку.

У тих областях простору, де магнітне поле сильніше, магнітні лінії зображають ближче один до одного, тобто густіше, ніж у тих місцях, де поле слабше. Наприклад, поле, зображене малюнку 87, зліва сильніше, ніж праворуч.

Рис. 87. Магнітні лінії ближче одна до одної в тих місцях, де магнітне поле сильніше

Таким чином, за картиною магнітних ліній можна судити не тільки про напрям, а й про величину магнітного поля (тобто про те, в яких точках простору поле діє на магнітну стрілку з більшою силою, а в яких - з меншою).

Розглянемо картину ліній магнітного поля постійного смугового магніту (рис. 88). З курсу фізики 8 класу ви знаєте, що магнітні лінії виходять із північного полюса магніту та входять до південного. Усередині магніту вони спрямовані від південного полюса до північного. Магнітні лінії не мають ні початку, ні кінця: вони або замкнуті, або, як середня лінія на малюнку, йдуть з нескінченності до нескінченності.

Рис. 88. Картина магнітного поля постійного смугового магніту

Рис. 89. Магнітні лінії магнітного поля, створеного прямолінійним провідником зі струмом

Поза магнітом магнітні лінії розташовані найбільш густо біля його полюсів. Значить, біля полюсів поле найсильніше, а в міру віддалення від полюсів воно слабшає. Чим ближче до полюса магніту розташована магнітна стрілка, тим із більшою за модулем силою діє на неї поле магніту. Оскільки магнітні лінії викривлені, то напрямок сили, з якою поле діє на стрілку, теж змінюється від точки до точки.

Таким чином, сила, з якою поле смугового магніту діє на поміщену в це поле магнітну стрілку, у різних точках поля може бути різною як за модулем, так і за напрямом.

Таке поле називається неоднорідним. Лінії неоднорідного магнітного поля викривлені, їхня густота змінюється від точки до точки.

Ще одним прикладом неоднорідного магнітного поля може бути поле навколо прямолінійного провідника зі струмом. На малюнку 89 зображено ділянку такого провідника, розташовану перпендикулярно площині креслення. Кружочком позначено переріз провідника. Крапка означає, що струм спрямований через креслення до нас, ніби ми бачимо вістря стріли, що вказує напрям струму (струм, спрямований від нас за креслення, позначають хрестиком, ніби ми бачимо хвостове оперення стріли, спрямованої струмом).

З цього малюнка видно, що магнітні лінії поля, створеного прямолінійним провідником зі струмом, є концентричними колами, відстань між якими збільшується в міру віддалення від провідника.

У деякій обмеженій області простору можна створити однорідне магнітне поле, тобто поле, у будь-якій точці якого сила на магнітну стрілку однакова по модулю і напрямку.

На малюнку 90 показано магнітне поле, що виникає всередині соленоїда - дротяної циліндричної котушки зі струмом. Поле всередині соленоїда можна вважати однорідним, якщо довжина соленоїда значно більша за його діаметр (поза соленоїдом поле неоднорідне, його магнітні лінії розташовані приблизно так само, як у смугового магніту). З цього малюнка видно, що магнітні лінії однорідного магнітного поля паралельні один до одного і розташовані з однаковою густотою.

Рис. 90. Магнітне поле соленоїда

Однорідним є поле всередині постійного смугового магніту в центральній його частині (див. рис. 88).

Для зображення магнітного поля користуються наступним прийомом. Якщо лінії однорідного магнітного поля розташовані перпендикулярно до площини креслення і направлені від нас за креслення, то їх зображають хрестиками (рис. 91, а), а якщо з-за креслення до нас – то точками (рис. 91, б). Як і у випадку зі струмом, кожен хрестик - це як би видиме нами хвостове оперення стріли, що летить від нас, а точка - вістря стріли, що летить до нас (на обох малюнках напрямок стріл збігається з напрямком магнітних ліній).

Рис. 91. Лінії магнітного поля, спрямовані перпендикулярно до площини креслення: а - від спостерігача; б - до спостерігача

Запитання

1. Що є джерелом магнітного поля?
2. Чим утворюється магнітне поле постійного магніту?
3. Що таке магнітні смуги? Що приймають за їхній напрям у якійсь її точці?
4. Як розташовані магнітні стрілки в магнітному полі, лінії якого прямолінійні; криволінійні?
5. 0 Чим можна судити з картини ліній магнітного поля?
6. Яке магнітне поле – однорідне чи неоднорідне – утворюється навколо смугового магніту; навколо прямолінійного провідника зі струмом; всередині соленоїда, довжина якого значно більша за його діаметр?
7. Що можна сказати про модуль і напрям сили, що діє на магнітну стрілку в різних точках неоднорідного магнітного поля; однорідного магнітного поля?
8. Чим відрізняється розташування магнітних ліній у неоднорідному та однорідному магнітних полях?

Вправа 31

1 У § 37 буде дано більш точну назву та визначення цих ліній.

Темою цього уроку буде магнітне поле та його графічне зображення. Ми обговоримо неоднорідне та однорідне магнітне поле. Для початку дамо визначення магнітного поля, розповімо, з чим воно пов'язане і якими воно має властивості. Навчимося зображати його на графіках. Також дізнаємося, як визначається неоднорідне та однорідне магнітне поле.

Сьогодні ми насамперед повторимо, що таке магнітне поле. Магнітне поле -силове поле, що утворюється навколо провідника, яким протікає електричний струм. Воно пов'язане з зарядами, що рухаються..

Тепер необхідно відзначити властивості магнітного поля. Ви знаєте, що із зарядом пов'язано кілька полів. Зокрема електричне поле. Але ми обговорюватимемо саме магнітне поле, створюване зарядами, що рухаються. У магнітного поля кілька властивостей. Перше: магнітне поле створюється електричними зарядами, що рухаються. Іншими словами, магнітне поле утворюється навколо провідника, яким протікає електричний струм. Наступне властивість, яке говорить, як магнітне поле визначається. Визначається воно за дією на інший електричний заряд, що рухається.Або, кажуть, на інший електричний струм. Наявність магнітного поля ми можемо визначити по дії стрілку компаса, т.зв. магнітну стрілку.

Ще одна властивість: магнітне поле має силову дію. Тому кажуть, що магнітне поле є матеріальним.

Ці властивості є відмінними рисами магнітного поля. Після того, як ми визначилися з тим, що таке магнітне поле, та визначили властивості такого поля, слід сказати, як магнітне поле досліджують. Насамперед магнітне поле досліджується за допомогою рамки зі струмом. Якщо ми візьмемо провідник, зробимо з цього провідника круглу або квадратну рамку і по цій рамці пропускатимемо електричний струм, то в магнітному полі ця рамка буде повертатися певним чином.

Рис. 1. Рамка зі струмом повертається у зовнішньому магнітному полі

Після того, як повертається ця рамка, ми можемо судити про магнітному полі. Тільки тут є одна важлива умова: рамка має бути дуже маленька або вона має бути дуже малих розмірів у порівнянні з відстанями, на яких ми вивчаємо магнітне поле. Таку рамку називають контур із струмом.

Дослідити магнітне поле ми можемо і за допомогою магнітних стрілок, розміщуючи їх у магнітному полі та спостерігаючи за їхньою поведінкою.

Рис. 2. Дія магнітного поля на магнітні стрілки

Наступне, про що ми говоритимемо, про те, як можна зобразити магнітне поле. В результаті досліджень, проведених протягом тривалого часу, стало зрозуміло, що магнітне поле зручно зображати за допомогою магнітних ліній. Щоб поспостерігати магнітні лінії, проробимо один експеримент. Для нашого експерименту потрібен постійний магніт, металева залізна тирса, скло і лист білого паперу.

Рис. 3. Залізна тирса вибудовується вздовж ліній магнітного поля

Магніт накриваємо скляною пластиною, а зверху кладемо аркуш паперу, білий аркуш паперу. Зверху на аркуш паперу сиплемо залізну тирсу. В результаті буде видно, як виявляються лінії магнітного поля. Те, що ми побачимо, це лінії магнітного поля постійного магніту. Їх ще називають іноді спектром магнітних ліній. Зауважте, що лінії існують у всіх трьох напрямках, не лише у площині.

Магнітна лінія- уявна лінія, вздовж якої вишиковувалися б осі магнітних стрілок.

Рис. 4. Схематичне зображення магнітної лінії

Подивіться, на малюнку представлено таке: лінія вигнута, напрямок магнітної лінії визначається напрямком магнітної стрілки. Напрямок показує північний полюс магнітної стрілки. Дуже зручно зображати лінії за допомогою стрілок.

Рис. 5. Як позначається напрямок силових ліній

Тепер поговоримо про властивості магнітних ліній. По-перше, магнітні лінії не мають ні початку, ні кінця. Це лінії замкнуті.Якщо магнітні лінії замкнуті, то не існує магнітних зарядів.

Друге: це лінії, які не перетинаються, не перериваються, не звиваютьсяяким-небудь чином. За допомогою магнітних ліній ми можемо характеризувати магнітне поле, уявити не лише його форму, а й говорити про силовий вплив. Якщо зображати велику густоту таких ліній, то тут, у цій точці простору, у нас силова дія буде більшою.

Якщо лінії розташовуються паралельно одна одній, їхня густота однакова, то в цьому випадку кажуть, що магнітне поле однорідне. Якщо, навпаки, цього виконується, тобто. густота різна, лінії викривлені, то таке поле називатиметься неоднорідним. На закінчення уроку хотілося б звернути вашу увагу на такі малюнки.

Рис. 6. Неоднорідне магнітне поле

По-перше, тепер ми вже знаємо, що магнітні лініїможна зображати стрілками. І малюнок є саме неоднорідним магнітним полем. Густота в різних місцях різна, отже, силова дія цього поля на магнітну стрілку буде різною.

На наступному малюнку представлено однорідне поле. Лінії спрямовані в один бік, і їхня густота однакова.

Рис. 7. Однорідне магнітне поле

Однорідне магнітне поле - це поле, яке зустрічається всередині котушки з великою кількістю витків або всередині прямолінійного смугового магніту. Магнітне поле поза смуговим магнітом або те, що ми сьогодні спостерігали на уроці, це поле неоднорідне. Щоб усе це остаточно засвоїти, давайте подивимося на таблицю.

Список додаткової літератури:

Бєлкін І.К. Електричне та магнітне поля // Квант. - 1984. - № 3. - С. 28-31. Кікоін А.К. Звідки береться магнетизм? //Квант. - 1992. - № 3. - С. 37-39,42 Леєнсон І. Загадки магнітної стрілки / / Квант. - 2009. - № 3. - С. 39-40. Елементарний підручник з фізики. За ред. Г.С. Ландсберг. Т. 2. – М., 1974

Використання тестів під час уроків дає можливість здійснювати реальну індивідуалізацію та диференціацію навчання; вносити своєчасну корекційну роботу у процес викладання; достовірно оцінювати та керувати якістю навчання. Пропоновані тести на тему “Магнітне поле” містять по 10 завдань.

Тест №1

1. Магніт створює навколо себе магнітне поле. Де виявлятиметься дія цього поля найсильніше?

А. Біля полюсів магніту.
Б. У центрі магніту.
Дія магнітного поля проявляється рівномірно в кожній точці магніту.

Вірна відповідь: А.

2. Чи можна скористатися компасом на Місяці для орієнтування на території?

А. Не можна.
Б. Можна.
В. Можна, але лише на рівнинах.

Вірна відповідь: А.

3. За якої умови магнітне поле утворюється навколо провідника?

А. Коли у провіднику виникає електричний струм.
Б. Коли провідник складають удвічі.
Коли провідник нагрівають.

Вірна відповідь: А.

А. Вгору.
Б. вниз.
В. Праворуч.
Г. Ліворуч.

Вірна відповідь: В.

5. Вкажіть фундаментальну властивість магнітного поля?

А. Його силові лінії мають джерела: вони починаються на позитивних зарядах і закінчуються на негативних.
Б. Магнітне поле немає джерел. Магнітних зарядів у природі немає.
В. Його силові лінії мають джерела: вони починаються на негативних зарядах і закінчуються на позитивних.

Вірна відповідь: Б.

6.Виберіть малюнок, де зображено магнітне поле.

Вірна відповідь: рис.2

7. По дротяному кільцю протікає струм. Вкажіть напрямок вектора магнітної індукції.

А. Вниз.
Б. Вгору.
В. Праворуч.

Вірна відповідь: Б.

8. Як поводяться котушки з сердечниками, зображені малюнку.

А. Не взаємодіють.
Б. Повертаються.
В. Відштовхуються.

Вірна відповідь: А.

9. Зі котушки зі струмом прибрали залізний сердечник. Як зміниться картина магнітної індукції?

А. Густота магнітних ліній багаторазово зросте.
Б. Густота магнітних ліній багаторазово зменшиться.
Ст. Картина магнітних ліній не зміниться.

Вірна відповідь: Б.

10. Яким чином можна змінити полюси магнітного котушки зі струмом?

А. Ввести в котушку сердечник.
Б. Змінити напрямок струму в котушці.
Відключити джерело струму.

Г. Збільшити силу струму.

Вірна відповідь: Б.

Тест №2

1. В Ісландії та Франції морський компас почали використовувати у 12-13 століттях. Магнітний брусок закріплювали у центрі дерев'яного хреста, потім цю конструкцію поміщали у воду, і хрест, повернувшись, встановлювався у напрямі північ-південь. Яким полюсом магнітний брусок повернеться до північного магнітного полюса Землі?

А. Північним.
Б. Південним.

Вірна відповідь: Б.

2. Яка речовина зовсім не притягується магнітом?

А. Залізо.
Б. Нікель.
В. Скло.

Вірна відповідь: В.

3. Усередині стінового покриття прокладено ізольований провід. Як виявити місцезнаходження дроту не порушуючи стінового покриття?

А. Піднести до стіни магнітну стрілку. Провідник зі струмом та стрілка взаємодіятимуть.
Б. Висвітлити стіни. Посилення світла вкаже на знаходження дроту.
В. Місцезнаходження дроту не можна визначити, чи не ламаючи стінового покриття.

Вірна відповідь: А.

4. На малюнку показано розташування магнітної стрілки. Як у точці А спрямовано вектор магнітної індукції?

А. Вниз.
Б. Вгору.
В. Праворуч.
Г. Ліворуч.

Вірна відповідь: А.

5. У чому полягає особливість ліній магнітної індукції?

А. Лінії магнітної індукції починаються на позитивних зарядах, закінчуються негативними.
Б. Лінії немає ні початку, ні кінця. Вони завжди замкнуті.

Вірна відповідь: Б.

6. Провідник зі струмом розташований перпендикулярно до площини. На якому малюнку лінії магнітної індукції зображено правильно.

Рис.1 Рис.2 Рис.3 Рис.4

Вірна відповідь: рис. 4.

7. По дротяному кільцю протікає струм. Вкажіть напрямок струму, якщо вектор магнітної індукції спрямований нагору.

А. Проти годинникової стрілки.
Б. За годинниковою стрілкою.

Вірна відповідь: А.

8. Визначте характер взаємодії котушок, зображених на малюнку.

А. Притягуються.
Б. Відштовхуються.
В. Не взаємодіють.

Вірна відповідь: Б.

9. Рамка зі струмом у магнітному полі повертається. Який прилад використовує це явище?

А. Лазерний диск.
Б. Амперметр.
Ст. Електромагніт.

Вірна відповідь: Б.

10. Чому рамка зі струмом, поміщена між полюсами постійного магніту, обертається?

А. Через взаємодію магнітних полів рамки та магніту.
Б. Через дію електричного поля рамки на магніт.

В. Через дію магнітного поля магніту на заряд у витку.

Вірна відповідь: А.

Література:фізика. 8 кл.: підручник для загальноосвітніх документів/А.В. Перишкін. – Дрофа, 2006.

Теми кодифікатора ЄДІ: взаємодія магнітів, магнітне поле провідника зі струмом

Магнітні властивості речовини відомі людям давно. Магніти отримали свою назву від античного міста Магнесія: на його околицях був розповсюджений мінерал (названий згодом магнітним залізняком або магнетитом), шматки якого притягували залізні предмети.

Взаємодія магнітів

На двох сторонах кожного магніту розташовані північний полюсі Південний полюс. Два магніти притягуються одна до одної різноіменними полюсами і відштовхуються однойменними. Магніти можуть діяти один на одного навіть крізь вакуум! Все це нагадує взаємодію електричних зарядів, проте взаємодія магнітів не є електричною. Про це свідчать такі досвідчені факти.

Магнітна сила слабшає під час нагрівання магніту. Сила ж взаємодії точкових зарядів не залежить від їхньої температури.

Магнітна сила слабшає, якщо трясти магніт. Нічого подібного з електрично зарядженими тілами не відбувається.

Позитивні електричні заряди можна відокремити від негативних (наприклад, при електризації тіл). А ось розділити полюси магніту не виходить: якщо розрізати магніт на дві частини, то в місці розрізу також виникають полюси, і магніт розпадається на два магніти з різноіменними полюсами на кінцях (орієнтованих так само, як і полюси вихідного магніту).

Таким чином, магніти завждидвополюсні, вони існують лише у вигляді диполів. Ізольованих магнітних полюсів (так званих магнітних монополів- аналогів електричного заряду) у природі не існує (принаймні, експериментально вони поки не виявлені). Це, мабуть, найвражаюча асиметрія між електрикою та магнетизмом.

Як і електрично заряджені тіла, магніти діють електричні заряди. Однак магніт діє тільки на рухаєтьсязаряд; якщо заряд спочиває щодо магніту, то дії магнітної сили на заряд не спостерігається. Навпаки, на електризоване тіло діє будь-який заряд, незалежно від цього, лежить він чи рухається.

За сучасними уявленнями теорії близькодії, взаємодія магнітів здійснюється за допомогою магнітного поля.А саме, магніт створює в навколишньому просторі магнітне поле, яке діє на інший магніт і викликає видиме тяжіння чи відштовхування цих магнітів.

Прикладом магніту є магнітна стрілкакомпасу. За допомогою магнітної стрілки можна судити про наявність магнітного поля в даній області простору, а також напрям поля.

Наша планета Земля є величезним магнітом. Неподалік північного географічного полюса Землі розташований південний магнітний полюс. Тому північний кінець стрілки компаса, повертаючись до південного магнітного полюса Землі, вказує на географічну північ. Звідси, власне, і виникла назва "північний полюс" магніту.

Лінії магнітного поля

Електричне поле, нагадаємо, досліджується за допомогою маленьких пробних зарядів, по дії на які можна судити про величину та напрямок поля. Аналогом пробного заряду у разі магнітного поля є невелика магнітна стрілка.

Наприклад, можна отримати деяке геометричне уявлення про магнітне поле, якщо розмістити в різних точках простору дуже малі стрілки компаса. Досвід показує, що стрілки вишикуються вздовж певних ліній -так званих ліній магнітного поля. Дамо визначення цього поняття у вигляді наступних трьох пунктів.

1. Лінії магнітного поля, або магнітні силові лінії - це спрямовані лінії у просторі, що мають наступну властивість: маленька стрілка компаса, поміщена в кожній точці такої лінії, орієнтується по дотичній до цієї лінії.

2. Напрямком лінії магнітного поля вважається напрямок північних кінців стрілок компаса, розташованих у точках даної лінії.

3. Чим густіше йдуть лінії, тим сильніше магнітне поле в цій галузі простору.

Роль стрілок компаса з успіхом можуть виконувати залізну тирсу: в магнітному полі маленька тирса намагнічується і поводяться точно як магнітні стрілки.

Так, насипавши залізну тирсу навколо постійного магніту, ми побачимо приблизно наступну картину ліній магнітного поля (рис. 1).

Рис. 1. Поле постійного магніту

Північний полюс магніту позначається синім кольором та літерою; південний полюс - червоним кольором та літерою. Зверніть увагу, що лінії поля виходять із північного полюса магніту і входять до південного полюса: адже саме до південного полюса магніту буде спрямований північний кінець стрілки компаса.

Досвід Ерстеда

Незважаючи на те, що електричні та магнітні явища були відомі людям ще з античності, жодного взаємозв'язку між ними тривалий час не спостерігалося. Протягом кількох століть дослідження електрики та магнетизму йшли паралельно та незалежно один від одного.

Той чудовий факт, що електричні та магнітні явища насправді пов'язані один з одним, був уперше виявлений у 1820 році – у знаменитому досвіді Ерстеда.

Схема досвіду Ерстеда показано на рис. 2 (зображення із сайту rt.mipt.ru). Над магнітною стрілкою (і - північний та південний полюси стрілки) розташований металевий провідник, підключений до джерела струму. Якщо замкнути ланцюг, то стрілка повертається перпендикулярно до провідника!
Цей простий досвід прямо вказав на взаємозв'язок електрики та магнетизму. Експерименти, що пішли за досвідом Ерстеда, твердо встановили наступну закономірність: магнітне поле породжується електричними струмами і діє струмами.

Рис. 2. Досвід Ерстеда

Картина ліній магнітного поля, породженого провідником із струмом, залежить від форми провідника.

Магнітне поле прямого дроту зі струмом

Лінії магнітного поля прямолінійного дроту зі струмом є концентричними колами. Центри цих кіл лежать на дроті, які площини перпендикулярні дроту (рис. 3 ).

Рис. 3. Поле прямого дроту зі струмом

Для визначення напрямку ліній магнітного поля прямого струму існують два альтернативні правила.

Правило годинникової стрілки. Лінії поля йдуть проти годинникової стрілки, якщо дивитися так, щоб струм тек на нас.

Правило гвинта(або правило буравчика, або правило штопора- це вже кому що ближче; -)). Лінії поля йдуть туди, куди треба обертати гвинт (зі звичайним правим різьбленням), щоб він рухався по різьблення у напрямку струму.

Користуйтеся тим правилом, яке вам більше до вподоби. Краще звикнути до правила годинникової стрілки - ви самі згодом переконаєтеся, що воно більш універсальне і ним простіше користуватися (а потім з подякою згадайте його на першому курсі, коли вивчатимете аналітичну геометрію).

На рис. 3 з'явилося і щось нове: це вектор , який називається індукцією магнітного поля, або магнітною індукцією. Вектор магнітної індукції є аналогом вектора напруги електричного поля: він служить силовою характеристикоюмагнітного поля, визначаючи силу, з якою магнітне поле діє на заряди, що рухаються.

Про сили в магнітному полі ми поговоримо пізніше, а поки що відзначимо лише, що величина та напрямок магнітного поля визначається вектором магнітної індукції. У кожній точці простору вектор спрямований туди, куди і північний кінець стрілки компаса, поміщеної в дану точку, а саме по дотичній до лінії поля в напрямку цієї лінії. Вимірюється магнітна індукція в теслах(Тл).

Як і у випадку електричного поля, для індукції магнітного поля справедливо принцип суперпозиції. Він у тому, що індукції магнітних полів , створюваних у цій точці різними струмами, складаються векторно і дають результуючий вектор магнітної індукції:.

Магнітне поле витка зі струмом

Розглянемо круговий виток, яким циркулює постійний струм . Джерело, що створює струм, ми малюнку не показуємо.

Картина ліній поля нашого витка матиме приблизно такий вигляд (рис. 4).

Рис. 4. Поле витка зі струмом

Нам буде важливо вміти визначати, до якого напівпростору (щодо площини витка) спрямоване магнітне поле. Знову маємо два альтернативні правила.

Правило годинникової стрілки. Лінії поля йдуть туди, дивлячись звідки струм здається циркулюючим проти годинникової стрілки.

Правило гвинта. Лінії поля йдуть туди, куди переміщатиметься гвинт (зі звичайним правим різьбленням), якщо обертати його в напрямку струму.

Як бачите, струм і поле змінюються ролями - у порівнянні з формулюваннями цих правил для прямого струму.

Магнітне поле котушки зі струмом

Котушкавийде, якщо щільно, виток до витка, намотати провід досить довгу спіраль (рис. 5 - зображення з сайту en.wikipedia.org). У котушці може бути кілька десятків, сотень чи навіть тисяч витків. Котушка називається ще соленоїдом.

Рис. 5. Котушка (соленоїд)

Магнітне поле одного витка, як ми знаємо, виглядає не дуже просто. Поля? окремих витків котушки накладаються один на одного, і, здавалося б, в результаті повинна вийти зовсім заплутана картина. Однак це не так: поле довгої котушки має несподівано просту структуру (рис. 6).

Рис. 6. поле котушки зі струмом

На цьому малюнку струм у котушці йде проти годинникової стрілки, якщо дивитися зліва (так буде, якщо на рис. 5 правий кінець котушки підключити до плюса джерела струму, а лівий кінець - до мінуса). Ми бачимо, що магнітне поле котушки має дві характерні властивості.

1. Усередині котушки далеко від її країв магнітне поле є однорідним: у кожній точці вектор магнітної індукції однаковий за величиною та напрямком. Лінії поля – паралельні прямі; вони викривляються лише поблизу країв котушки, коли виходять назовні.

2. Поза котушки поле близько до нуля. Чим більше витків у котушці - тим слабше поле зовні.

Зауважимо, що нескінченно довга котушка взагалі не випускає поле назовні: поза котушкам магнітне поле відсутнє. Усередині такої котушки поле усюди є однорідним.

Нічого не нагадує? Котушка є "магнітним" аналогом конденсатора. Ви ж пам'ятаєте, що конденсатор створює в собі однорідне електричне поле, лінії якого викривляються лише поблизу країв пластин, а поза конденсатором поле близько до нуля; конденсатор із нескінченними обкладками взагалі не випускає поле назовні, а всюди всередині нього поле однорідне.

А тепер – головне спостереження. Зіставте, будь ласка, картину ліній магнітного поля поза котушки (рис. 6) з лініями поля магніту на рис. 1 . Одне й те саме, чи не так? І ось ми підходимо до питання, яке, ймовірно, у вас вже давно виникло: якщо магнітне поле породжується струмами і діє на струми, то яка причина виникнення магнітного поля поблизу постійного магніту? Адже цей магніт начебто не є провідником зі струмом!

Гіпотеза Ампера. Елементарні струми

Спочатку вважали, що взаємодія магнітів пояснюється спеціальними магнітними зарядами, зосередженими на полюсах. Але, на відміну електрики, ніхто було ізолювати магнітний заряд; адже, як ми вже казали, не вдавалося отримати окремо північний і південний полюс магніту - полюси завжди присутні у магніті парами.

Сумніви щодо магнітних набоїв посилив досвід Ерстеда, коли з'ясувалося, що магнітне поле породжується електричним струмом. Більше того, виявилося, що для будь-якого магніту можна підібрати провідник зі струмом відповідної конфігурації, такою, що поле цього провідника збігається з полем магніту.

Ампер висунув сміливу гіпотезу. Немає жодних магнітних зарядів. Дія магніту пояснюється замкнутими електричними струмами всередині нього.

Що це за струми? Ці елементарні струмициркулюють усередині атомів та молекул; вони пов'язані з рухом електронів за атомними орбітами. Магнітне поле будь-якого тіла складається з магнітних полів цих елементарних струмів.

Елементарні струми можуть бути безладно розташовані один щодо одного. Тоді їхні поля взаємно погашаються, і тіло не виявляє магнітних властивостей.

Але якщо елементарні струми розташовані узгоджено, їх поля, складаючи, посилюють одне одного. Тіло стає магнітом (рис. 7; магніте поле буде спрямоване на нас; також на нас буде спрямований і північний полюс магніту).

Рис. 7. Елементарні струми магніту

Гіпотеза Ампера про елементарні струми прояснила властивості магнітів. Нагрівання та тряска магніту руйнують порядок розташування його елементарних струмів, і магнітні властивості слабшають. Нероздільність полюсів магніту стала очевидною: у місці розрізу магніту ми отримуємо самі елементарні струми на торцях. Здатність тіла намагнічуватися в магнітному полі пояснюється узгодженим вибудовуванням елементарних струмів, що «повертаються» належним чином (про поворот кругового струму в магнітному полі читайте в наступному листку).

Гіпотеза Ампера виявилася справедливою – це показало подальший розвиток фізики. Уявлення про елементарні струми стали невід'ємною частиною теорії атома, розробленої вже у ХХ столітті – майже через сто років після геніального припущення Ампера.