Постоянные магниты. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции

Постоянные магниты

Постоянный магнит — тело, длительное время сохраняющее магнитные свойства. Наиболее сильно действие магнита проявляется возле его полюсов. Полюс, который у свободно подвешенного магнита поворачивается примерно к северному географическому направлению, называют северным и обозначают \(N\); противоположный полюс называют южным и обозначают \(S\).

Одноимённые полюсы магнитов отталкиваются, разноимённые — притягиваются. Изолированный магнитный полюс обычным разделением магнита получить нельзя: каждая часть разрезанного магнита снова имеет северный и южный полюсы.

Магнитные свойства вещества связаны с движением электрических зарядов внутри атомов и согласованной ориентацией микроскопических магнитных областей — доменов. В ненамагниченном ферромагнетике направления намагниченности доменов в значительной степени различны. При намагничивании многие домены ориентируются согласованно, и их действие усиливается.

Магнитное поле

Вокруг движущихся электрических зарядов, электрических токов и намагниченных тел существует магнитное поле. Оно является материальной формой взаимодействия и обнаруживается по действию на движущиеся заряды, проводники с током и магниты.

Магнитное поле нельзя увидеть непосредственно, но можно исследовать его с помощью магнитной стрелки, небольшого магнита или железных опилок. Магнитная стрелка в каждой точке устанавливается вдоль определённого направления поля.

Вектор магнитной индукции

Силовой характеристикой магнитного поля служит вектор магнитной индукции \(\vec B\). Его направление в данной точке принимают совпадающим с направлением, которое показывает северный полюс маленькой магнитной стрелки.

Модуль магнитной индукции характеризует интенсивность магнитного поля. Единица магнитной индукции в СИ — тесла (Тл). Количественные способы определения \(B\) по действию поля на заряд или ток рассматриваются далее.

Линии магнитной индукции

Для наглядного изображения магнитного поля используют линии магнитной индукции. Это воображаемые линии, касательная к которым в каждой точке совпадает с направлением вектора \(\vec B\).

Основные свойства линий магнитной индукции:

• вне постоянного магнита они направлены от северного полюса \(N\) к южному \(S\);
• внутри магнита они продолжаются от \(S\) к \(N\), поэтому линии замкнуты;
• линии не пересекаются, потому что в каждой точке вектор \(\vec B\) имеет одно направление;
• чем гуще изображены линии, тем сильнее поле в данной области.

Поле, в котором вектор \(\vec B\) одинаков во всех точках, называют однородным. Его изображают параллельными равноотстоящими линиями. Поле полосового магнита неоднородно: возле полюсов линии расположены гуще.

Магнитное поле Земли

Земля обладает магнитным полем, поэтому свободная магнитная стрелка ориентируется приблизительно вдоль направления север—юг. Географические и магнитные полюсы Земли не совпадают, поэтому компас указывает направление на географический север лишь приближённо. На показания компаса также влияют находящиеся рядом магниты, стальные предметы и электрические токи.

Разбор ситуаций

Ситуация 1. Магнитная стрелка возле полосового магнита

Если компас находится снаружи возле северного полюса полосового магнита, северный конец стрелки направится от полюса \(N\), вдоль линии магнитной индукции. Возле южного полюса он будет направлен к \(S\).

Ситуация 2. Разделение магнита

Если полосовой магнит разломить пополам, не получится отдельного северного и отдельного южного полюса. Образуются два меньших магнита, каждый с полюсами \(N\) и \(S\). Повторное деление приводит к тому же результату.

Ситуация 3. Рисунок магнитного поля

Если на рисунке линии расположены гуще у полюсов и реже вдали от магнита, можно заключить, что поле сильнее возле полюсов. Направление \(\vec B\) в выбранной точке определяют по касательной к линии и стрелке на ней.

Простое наблюдение

Положите полосовой магнит под лист бумаги и насыпьте сверху немного железных опилок. После лёгкого постукивания опилки расположатся цепочками, показывая форму магнитного поля. Опилки не являются самими линиями поля: они лишь намагничиваются и ориентируются вдоль него. Не подносите сильный магнит к телефонам, банковским картам и другим чувствительным устройствам.

Главное

• Постоянный магнит имеет два полюса; одноимённые полюсы отталкиваются, разноимённые притягиваются.
• Изолированный северный или южный полюс разделением магнита получить нельзя.
• Магнитное поле создаётся движущимися зарядами, токами и намагниченными телами.
• Вектор магнитной индукции \(\vec B\) характеризует магнитное поле; его единица — тесла.
• Линии магнитной индукции замкнуты, не пересекаются и показывают направление поля.

Вопросы и задания

1. Как взаимодействуют одноимённые и разноимённые полюсы магнитов?
2. Что произойдёт с полюсами полосового магнита, если разрезать его на три части?
3. Назовите источники магнитного поля и способы обнаружить его существование.
4. Как по положению магнитной стрелки определить направление вектора \(\vec B\)?
5. Почему линии магнитной индукции не могут пересекаться? Что показывает густота линий на рисунке?
6. Северный конец магнитной стрелки расположен возле северного полюса полосового магнита. Куда он повернётся? Как изменится ответ, если стрелку перенести к южному полюсу?