§ 1. Магнитные взаимодействия и поля

Движущиеся электрические заряды и постоянные магниты создают в окружающем пространстве магнитное поле. С помощью магнитного поля электрические токи и постоянные магниты взаимодействуют между собой.

Постоянные магниты обладают способностью взаимодействовать с другими магнитами: притягивать или отталкивать их. Известно, что любой магнит обладает двумя полюсами – областями, где взаимодействие с другими магнитами оказывается наиболее выраженным. Стрелка компаса, способная свободно вращаться вокруг вертикальной оси, тоже является постоянным магнитом, и тот её полюс, который поворачивается к северу, называют северным полюсом и обозначают буквой N, а другой полюс – южным (S). Так как одноимённые полюса магнитов отталкиваются, а разноимённые притягиваются, то, используя стрелку компаса, можно определить, где у любого магнита находятся северный и южный полюса.

Земля является огромным магнитом, вытянутым вдоль оси вращения Земли. При этом южный (S) полюс земного магнита находится вблизи северного географического полюса, и поэтому северный (N) полюс стрелки компаса указывает на север. Однако пользоваться компасом вблизи полюсов Земли не рекомендуется, т.к. S-полюс земного магнита находится сейчас не точно на географическом полюсе, а на севере Канады.

Датский физик Х.Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается одним из своих полюсов к проводнику при пропускании через него электрического тока. При этом то, какой полюс стрелки притягивался к проводнику, зависело от направления тока в нём (рис.1а). Таким образом, было показано, что движущиеся заряды обладают магнитным действием на стрелку компаса. Последующие опыты французского физика А. Ампера подтвердили предположение Эрстеда о магнитном действии электрического тока. Ампер открыл взаимодействие между параллельными проводниками с током: если токи текут в одном направлении, то проводники притягиваются, а если в противоположных, то отталкиваются (рис.1б).

Взаимодействия между проводниками с током или движущимися электрическими зарядами называют магнитными. Согласно теории близкодействия, магнитные взаимодействия осуществляются посредством магнитного поля. А именно, проводник с током создаёт вокруг себя магнитное поле, которое и действует на движущиеся заряды в других проводниках с токами и магниты.

Из опытов Ампера следует, что проводник с током обладает свойствами постоянного магнита, а значит, этот проводник должен ориентироваться в соответствии с внешним магнитным полем, как стрелка компаса. Продемонстрируем это, поместив проволочную рамку, подвешенную на тонких проводах между полюсами постоянного магнита. После включения тока через рамку она установится так, что её плоскость станет перпендикулярной прямой, соединяющей полюса магнита (рис.1в). Таким образом, магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, такое же, как и на стрелку компаса, ориентированную перпендикулярно плоскости рамки.

Возникновение магнитного поля вокруг постоянных магнитов объясняется только с позиций квантовой физики, где считается, что магнитное поле постоянных магнитов возникает «как бы» из-за вращения электронов вокруг собственной оси. В результате, каждый электрон магнита является некой рамкой с током, образующим вокруг себя магнитное поле. Когда ориентация магнитных полей электронов перестаёт быть хаотичной, и большинство электронов ориентируют свои магнитные поля в одну сторону, это вещество или предмет становятся постоянным магнитом.

Вопросы для повторения:

· Что такое магнитные полюса и как они обозначаются?

· Какие опыты Эрстеда доказали существование магнитного поля у проводника с током?

· Как взаимодействуют параллельные проводники с током?

· Дайте определения магнитным взаимодействиям и магнитному полю?

· Как ориентирует магнитное поле рамку с током?

Рис. 1. Схематическое изображение опыта Эрстеда - (а), магнитного взаимодействия между параллельными токами – (б) и ориентирующего действия магнитного поля на рамку с током (в).