Главная

ЕГЭ

ОГЭ

Магнитное поле. Взаимодействие токов. Вектор магнитной индукции.

Как известно, между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Согласно теории близкодействия это взаимодействие осуществляется так: каждый из зарядов создает электрическое поле, которое действует на другой заряд.

Однако между электрическими зарядами могут существовать силы и иной природы. Их можно обнаружить с помощью следующего опыта.

Возьмем два гибких проводника, укрепим их вертикально, а затем присоединим нижними концами к полюсам источника тока (рис. 24.1). Притяжения или отталкивания проводников при этом не обнаружится, так как цепь не замкнута и ток в проводниках нет. Если теперь другие концы проводников замкнуть проволокой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления, то проводники начнут отталкиваться друг от друга (рис. 24.2). Если замкнуть и нижние концы проводников, то в проводниках возникнут токи одного направления и проводники будут притягиваться (рис. 24.3).

Взаимодействия между проводниками с током, т. е. взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Магнитное поле. Согласно теории близкодействия, подобно тому как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.

Электрический ток в проводнике создает вокруг себя магнитное поле, которое действует на ток в другом проводнике. А поле, созданное электрическим током второго проводника, действует на первый.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Перечислим основные свойства магнитного поля, которые установлены экспериментально.

1. Магнитное поле порождается электрическим током (направленно движущимися зарядами).

2. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (на движущиеся заряды).

3. Магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.

Экспериментальным доказательством реальности магнитного поля, как и реальности электрического поля, может служить факт существования электромагнитных волн.

Для изучения магнитного поля можно взять замкнутый контур малых (по сравнению с расстояниями, на которых магнитное поле заметно изменяется) размеров. Например, можно взять маленькую плоскую проволочную рамку произвольной формы (рис. 24.4). Подводящие ток проводники нужно расположить близко друг к другу (рис. 24.4, а) или сплести их вместе (рис. 24.4, б). Тогда результирующая сила, действующая со стороны магнитного поля на эти проводники, будет равна нулю.
 

Выяснить характер действия магнитного поля на контур с током можно с помощью следующего опыта.
Подвесим на тонких гибких проводниках, сплетенных вместе, маленькую плоскую рамку, состоящую из нескольких витков проволоки. На расстоянии, значительно большем размеров рамки, вертикально расположим провод (рис. 24.5, а). Рамка при пропускании электрического тока через нее и через провод поворачивается и располагается так, что провод оказывается в плоскости рамки (рис. 24.5, б). При изменении направления тока в проводе рамка поворачивается на 180°.
 

Опыты показывают, что магнитное поле действует с некоторой силой на проводник с током (проводники притягиваются или отталкиваются в зависимости от направления токов в них, рис 24.1 - рис. 24.3). это наводит на мысль о том, что подобно электрическому полю, должна существовать силовая характеристика магнитного поля. Силовую характеристику магнитного поля называют вектором магнитной индукции и обозначают буквой В.

Мы видели, что в магнитном поле рамка с током на гибком подвесе, со стороны которого не действуют силы упругости, препятствующие ориентации рамки, поворачивается до тех пор, пока она не установится определенным образом. Вам известно, что так же ведет себя и магнитная стрелка — маленький продолговатый магнит с двумя полюсами на концах — южным S и северным N.

Ориентирующее действие магнитного поля на магнитную стрелку или рамку с током можно использовать для определения направления вектора магнитной индукции.

За направление вектора магнитной индукции принимается направление, которое показывает северный полюс N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле (рис. 24.7, а). Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током (рис. 24.7, б). Положительная нормаль направлена в ту сторону, куда перемещается буравчик (с правой нарезкой), если вращать его по направлению тока в рамке (рис. 24.7, в).

Рис. 24.7.а	Рис. 24.7.б	Рис. 24.7.в

Используя рамку с током или магнитную стрелку, можно определить направление вектора магнитной индукции в любой точке поля.

На рисунках 24.8, 24.9 показаны опыты с магнитной стрелкой, повторяющие опыты с рамкой (см. рис. 24.5, 24.6).

Рис. 24.8.	Рис. 24.9.

В магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке устанавливается по касательной к окружности (см. рис. 24.9). Плоскость такой окружности перпендикулярна проводу, а центр ее лежит на оси провода.

Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика указывает направление вектора магнитной индукции.

Опыт по определению направления вектора индукции магнитного поля Земли проводит каждый, кто ориентируется на местности по компасу.

Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые линии магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым в любой их точке совпадают с вектором В в данной точке поля (рис. 24.10). Линии вектора магнитной индукции аналогичны линиям вектора напряженности электростатического поля.

Для магнитного поля прямолинейного проводника с током из приведенных ранее опытов следует, что линии магнитной индукции — концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной этому проводнику с током (см. рис. 24.9). Центр окружностей находится на оси проводника. Стрелки на линиях указывают, в какую сторону направлен вектор магнитной индукции, касательный к данной линии. На рисунке 24.11 показана картина магнитного поля катушки с током (соленоида). Если длина соленоида много больше его диаметра, то магнитное поле внутри соленоида можно считать однородным. Линии магнитной индукции такого поля параллельны и находятся на равных расстояниях друг от друга.
 

Рис. 24.10.	Рис. 24.11.

На рисунке 24.12 показано магнитное поле Земли. Линии магнитной индукции поля Земли подобны линиям магнитной индукции поля соленоида. Магнитный северный полюс N близок к Южному географическому полюсу, а магнитный южный полюс S — к Северному географическому полюсу. Ось такого большого магнита составляет с осью вращения Земли угол 11,5°. Периодически магнитные полюсы меняют свою полярность. Последняя такая замена произошла около 30 ООО лет назад.

Рис. 24.12.	Рис. 24.13.	Рис. 24.14.

Картину линий магнитной индукции можно сделать видимой, воспользовавшись мелкими железными опилками. В магнитном поле каждый кусочек железа, насыпанный на лист картона, намагничивается и ведет себя как маленькая магнитная стрелка. Большое количество таких стрелок позволяет в большем числе точек определить направление магнитного поля и, следовательно, точнее выяснить расположение линий магнитной индукции. Примеры картин магнитного поля приведены на рисунках 24.13—24.16.
 

Рис. 24.15.	Рис. 24.16.

Важная особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты. Вспомним, что с электростатическим полем дело обстоит иначе. Его силовые линии во всех случаях имеют источники: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.

Поля, силовые линии которых замкнуты, называют вихревыми. Магнитное поле — вихревое поле. Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля, которое заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе не существует.

Магнитное поле — вихревое поле, в каждой точке поля вектор магнитной индукции имеет определенное направление. Это направление указывает магнитная стрелка или его можно определить по правилу буравчика. Магнитное поле не имеет источников; магнитных зарядов в природе не существует.

Содержание

Центр компьютерного обучения МБОУ СШ №2 © 2001 - 2026 г.