Тема: МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ
§ 1. Постоянные магниты и магнитное поле
Сегодня мы знаем, что между магнетизмом и электричеством есть тесная связь.
Из специальной теории относительности следует существование единого электромагнитного поля, разделение которого на электрическую и магнитную составляющие зависит от выбора системы отсчета. (Подробнее об этом мы поговорим позже).
Исторически же электрические и магнитные явления изучались независимо друг от друга.
Уже в античных цивилизациях и древнем Китае были известны постоянные магниты (Магнезия – территория Малой Азии, где находили магнитную породу для их изготовления). Мореплаватели использовали компасы более 2 тыс. лет назад.
Обращенный к географическому северу полюс свободно подвешенной магнитной стрелки назвали северным полюсом магнита (N), обращенный к югу – южным (S).
Еще в 1600 г. Уильям Гильберт на опыте установил, что одноименные полюса магнитов отталкиваются, разноименные – притягиваются. Демонстрация.
О
н
же обнаружил, что если разрезать магнит
посередине, то мы получим не отдельно
«северный» и «южный» магниты, а снова
магнит с двумя полюсами:
В 19 веке по аналогии с электрическим полем возникло представление о магнитном поле – особой материи, окружающей магнит. Изучать конфигурацию магнитного поля можно с помощью свободно подвешенных магнитных стрелок (или железных опилок, которые играют роль таких стрелок).
З
а
направление силовой линии магнитного
поля (позднее их стали называть линиями
магнитной индукции, обозначаются
буквой В) принимается
направление от S-полюса
к N-полюсу
свободно подвешенной магнитной стрелки.
Так выглядит картина линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня (ход линий внутри стержня мы домысливаем)
и
подковообразного магнита.
Линия магнитной индукции – это линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением свободно подвешенной магнитной стрелки (от S-полюса к N-полюсу). Снаружи они идут от северного полюса к южному, замыкаясь внутри магнита.
Тот же Гильберт пришел к смелому выводу: Земля – это огромный магнит. Он сделал «модель Земли» - шар из намагниченного железа, и миниатюрные компасы поворачивались к полюсам этого шара. Так выглядит магнитное поле вблизи Земли. Линии магнитной индукции выходят из Земли вблизи ее южного географического полюса – значит, там расположен северный магнитный полюс. Положения географических и магнитных полюсов в настоящее время отличаются примерно на 10 градусов.
Самое интересное, что время от времени происходит инверсия магнитных полюсов Земли: они меняются местами. Последний раз это произошло 780 тыс. лет назад.
Что происходит в постоянных магнитах? Какая связь между электричеством и магнетизмом? Например, было замечено, что после удара молнии в мачту корабля компасы перестают действовать, а железные предметы становятся магнитами, но почему так происходит, оставалось непонятным. Ответы на эти вопросы начали проясняться после 1820 года, когда был совершен прорыв в изучении электрических и магнитных явлений. И толчком к этому стал опыт Эрстеда.