5

Магнитное поле. Сила взаимодействия параллельных токов.

И

Рис.1

з опыта видно, что катушки с током одинакового направления притягиваются (рис. 1, а). Если же создать в катушках токи противоположного направления, то они будут отталкиваться (рис. 1, б). Такое взаимодействие получается и между прямолинейными проводниками, расположенными параллельно.

Итак, токи одинакового направления притягиваются, а противоположного — отталкиваются. Следовательно, когда проводники с токами находятся на некотором расстоянии друг от друга, между ними существует взаимодействие, которое нельзя объяснить наличием электрического поля между ними, поскольку проводники при прохождении по ним тока остаются практически нейтральными. Это означает, что вокруг любого проводника с током имеется какое-то другое поле, отличное от электрического, поскольку оно не действует на неподвижные заряды, что было подтверждено опытами.

У

Рис.2

словимся называть поле, посредством которого осуществляется взаимодейст­вие электрических токов, расположенных на расстоянии, магнитным полем. Опыт показал, что магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами или переменным электрическим полем и действует только на движущиеся заряды. Итак, чтобы обнаружить магнитное поле в какой-либо области пространства, необходимо внести в эту область проводник с током или какие-либо другие движущиеся заряды. Впервые магнитное поле вокруг проводников с токами опытным путем обнаружил датский физик Г. Эрстед в 1820 г.

Магнитные поля различных токов при наложении могут как уси­ливать, так и ослаблять друг друга. Покажем это на опыте. Если связать вместе две одинаковые катушки и создать в них токи противоположного направления (рис. 2, а слева), то их общее поле становится настолько слабым, что не будет производить заметного действия на третью катушку с током. Это объясняет, почему нет магнитного поля вокруг шнура, сплетенного из двух проводов с токами противоположного направления. Если же в связанных катушках создать токи одинакового направления, то их действие на третью катушку с током заметно усиливается (рис. 2.2, б) по сравнению с опытом, описанным в предыдущем параграфе. Итак, усиление магнитного поля можно получить наложением магнитных полей токов одинакового направления, а ослабление поля — наложением полей токов противоположного направления.

Если катушки перед началом опыта расположить так, чтобы их оси были не на одной прямой, то при включении в них тока катушки сами поворачиваются так, что токи в них текут в одном направлении, и затем притягиваются друг к другу. В результате магнитное поле в окружающем пространстве усиливается.

Магниты.

Свойства магнитов дают основание считать, что вокруг них существует магнитное поле, которое имеет опреде­ленную направленность. Здесь возникают такие вопросы.

Можно ли считать, что природа поля вокруг магнита, и вокруг проводника с током одинакова, т. е. что в обоих случаях имеется именно магнитное поле?

Если оба поля магнитные, то как это согласовать с утверждением, что магнитное поле может создавать только электрический ток?

Опыты Эрстеда показали, что магнитное поле проводника с то­ком имеет такую же природу, что и поле магнита.

Ампер дал ответ на второй вопрос. Согласно теории Ампера внутри магнитов существуют молекулярные токи (микротоки), подобные току в замкнутой цепи. Как выяснилось позднее, эти токи создаются движением электронов в атомах. Это означает, что, вообще говоря, вокруг любой молекулы (атома) должно существовать магнитное поле. Следовательно, всякое вещество должно обладать теми или иными магнитными свойствами, которые определяются особенностями движения электронов в его молекулах и взаимным расположением молекул, т. е. особенностями внутреннего строения ве­щества.

Самым интересным веществом в этом отношении оказалось железо. Его атомы имеют довольно сильные поля, и, если атомы расположены упорядоченно, так, что их поля взаимно усиливаются, вокруг железного тела получается магнитное поле. Такие тела являются магнитами. При хаотическом расположении молекул в теле их поля взаимно ослабляются и магнитного поля вокруг тела нет. Помещая такое железное тело в магнитное поле, например, внутрь катушки с током, можно намагнитить тело, так как его молекулы под влиянием внешнего поля расположатся упорядоченно.

Тело, изготовленное из специальных сортов стали, прочно сохраняет свою намагниченность после удаления из внешнего поля, т. е. становится постоянным магнитом. Постоянный магнит притягивает к себе тела, содержащие железо. Наибольшей силой притяжения обладают концы магнита, которые называют магнитными полюсами. Маленький магнитик удлиненной формы, помещенный на острие, называют магнитной стрелкой. Магнитная стрелка при отсутствии помех сама располагается так, что один ее конец указывает на север, а другой — на юг. Конец стрелки, который указывает на север, условно называют северным полюсом и обозначают С (или N), а ее про­тивоположный конец называют южным полюсом и обозначают Ю (или S).

Поскольку магнитному полю в каждой точке можно приписать определенное направление (вспомните компас), то условно считают поле в каждой точке направленным туда, куда указывает северный полюс магнитной стрелки, находящейся в этой точке. На основании опытов было установлено, что одноименные полюсы магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются.