Что делают два разноименных полюса

Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов

Магнитное поле возникает при наличии движущихся зарядов. Например, при наличии проводника с током. Но все мы видели магниты и в повседневной жизни, хоть в виде тех же значков на холодильнике.

Рядом с такими магнитами ведь никакого проводника с током. Тогда почему они все же обладают магнитными свойствами? Притягивают к себе другие металлические предметы или сами притягиваются к ним? На данном уроке вы узнаете много нового и интересного про магниты, природу их магнитного поля и его свойства.

Постоянный магнит

Начнем с определения. Какие тела называют постоянными магнитами?

Постоянный магнит (или просто магнит) — это тело, длительное время сохраняющее намагниченность.

Что это означает? Если мы вставим в катушку с током обычный железный стержень, он начнет притягивать к себе другие железные предметы. В этот момент он намагничен и обладает магнитными свойствами. Выключим ток — и намагниченность сразу исчезнет.

Но если мы вставим в катушку с током стержень из закаленной стали, после выключения тока он не размагнитится. Он будет сохранять намагниченность (рисунок 1). Такое устройство мы можем называть магнитом.

Получается, что создавать магнитное поле могут всего две вещи:

• проводник с током;
• постоянный магнит.

Объяснение явления намагниченности

Одно из первых объяснений этого явления принадлежало Андре-Мари Амперу.

Как Ампер объяснял намагниченность железа?
Французский ученый говорил о существовании электрических токов. Эти токи по его предположению циркулировали внутри каждой молекулы вещества.

Странное объяснение, не так ли? Дело в том, что в те времена еще не было достаточно знаний о строении вещества. Про атомы еще никто не слышал и не говорил. Так что такое мнение не имело доказательств, ведь природу молекулярных токов никто не мог объяснить.

С тех времен физика шагнула далеко вперед. Как можно теперь объяснить молекулярные токи Ампера?

Давайте вспомним строение атома. Вокруг ядра вращаются электроны. Каждый электрон имеет заряд и находится в движении. Значит, вокруг него существует магнитное поле. Но большинство веществ устроено таким образом, что эти крошечные магниты нейтрализуют друг друга.

В строении веществ, из которых делают магниты, такой нейтрализации не происходит (рисунок 2). Электроны таких атомов вращаются в одном и том же направлении. Поэтому их магнитные поля складываются, и вокруг такого вещества образуется единое магнитное поле.

Искусственные магниты

Постоянные магниты, сделанные человеком, имеют две основные разновидности. Они могут быть полосовыми (рисунок 3, а) и дугообразными (рисунок 3, б).

Полюса магнита

Каждый магнит, как и магнитная стрелка, обладает двумя полюсами: северным ($N$) и южным ($S$).

Что называется магнитными полюсами магнита (рисунок 4)?

Полюса магнита — это те места магнита, где обнаруживается наиболее сильные магнитные действия.

Мы можем это проверить с помощью простого опыта. Возьмем полосовой магнит и динамометр. К динамометру прикрепим железный шарик.

Касаемся шариком магнита в разных его точках, а потом аккуратно его отрываем. При этом следим за показаниями динамометра в момент отрыва. Так мы можем судить о силе притяжения шарика к разным точкам магнита. Опыт покажет, что самое сильное притяжение будет как раз в местах, которые мы называем полюсами (рисунок 5).

Этот же опыт покажет нам что в середине магнита шарик практически не испытывает притяжение.

Нейтральная зона магнита — место магнита, где практически не проявляется притяжения.

Что лучше всего притягивается к магнитам?
Это чугун, сталь, железо и некоторые сплавы. Также притягивается никель и кобальт, но значительно слабее.

Естественные магниты

Также в природе встречаются и естественные магниты. Например, железная руда. Из-за ее свойств ее называют магнитным железняком. Богатые залежи этого минерала зафиксированы на Урале, в Карелии, Курской области и других местах.

Если рядом с железом, сталью, никелем и кобальтом оказывается магнитный железняк, то эти металлы приобретают магнитные свойства. Именно поэтому магнитный железняк и открыл людям возможность наблюдать эти свойства.

Взаимодействие магнитной стрелки и магнита

Теперь возьмем магнит и поднесем его к магнитной стрелке (рисунок 7). Что мы увидим?

Северный полюс магнитной стрелки оттолкнулся от северного полюса магнита. Он притягивается к его южному полюсу.

В это же время южный полюс магнитной стрелки отталкивается от южного полюса магнита и притягивается к северному.

Взаимодействие полюсов магнитов между собой

Так как взаимодействуют между собой полюсы магнитов? Вышеописанные и другие опыты подводят нас к выводам (рисунок 8).

Разноименные магнитные полюсы притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Это легко запомнить. Аналогия проходит с электрическими зарядами: одноименные отталкиваются, а разноименные притягиваются.

При этом сила взаимодействия будет прямо пропорциональна расстоянию между полюсами взаимодействующих магнитов.

Это применимо и к магнитным стрелкам, и к постоянным магнитам, и к электромагнитам.

Но чем объясняется это явление? Все дело в существовании магнитного поля вокруг любого магнита. Магнитные поля взаимодействующих магнитов обоюдно действуют друг на друга.

Разница магнитных и электрических взаимодействий

Хоть мы и провели аналогию с электрическими зарядами, это не позволяет применять нам все законы электричества к магнетизму.

Например, есть одно очень большое отличие. Мы можем разделять электрические заряды. Это происходит при электризации в источниках тока. А вот полюсы магнита неразделимы. Если мы разрежем магнит на части, у нас все равно не получится отделить один полюс от другого. Мы просто получим два новых магнита (рисунок 9).

Разделяемые части могут равными или разными — результата все равно один. Получатся новые магниты, каждый из которых будет иметь два полюса и нейтральную зону.

Магнитное поле, созданное двумя магнитами

Как будет выглядеть магнитное поле, созданное сразу двумя магнитами?

Если два магнита расположить друг к другу одноименными полюсами, то получим результат, показанный на рисунке 11.

Если два магнита расположить друг к другу разноименными полюсами, то получим совсем другую картину (рисунок 12).

Подтверждение вышесказанному вы можете легко получить, проводя тот же опыт с опилками. Опилки выстроятся вдоль магнитных линий, изображенных на рисунках выше.

Упражнения

Упражнение №1

Предложите способ определения полюсов намагниченного стального стержня.

Это можно сделать с помощью магнитной стрелки. Поднесите ее к одному из концов стального стержня. Посмотрите, в каком положении она установится. Если магнитная стрелка повернется к стержню южным полюсом, то этот конец стержня является его северным полюсом (рисунок 13).

К южному полюсу стержня стрелка повернется своим северным полюсом. Помните: разноименные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Упражнение №2

Какую форму надо придать проводу, чтобы при наличии тока в нем силовые линии его магнитного поля были расположены так же, как у полосового магнита?

Для этого нам нужно намотать этот проводник на катушку. Силовые линии магнитного поля катушки с током расположены так же, как и у полосового магнита (рисунок 14).

Задания

Задание №1

Дугообразный магнит поднесите к листу картона. Магнит не притянет его. Затем положите картон на мелкие гвозди и снова поднесите магнит. Лист картона поднимется, а за ним и гвозди. Объясните явление.

Магниты притягивают к себе не все материалы. Так, картон не притягивается к магниту, поэтому он останется неподвижен.
Когда вы положите картон на гвозди и поднесете магнит, то картон поднимется вместе с гвоздями. Точнее говоря, магнит будет притягивать к себе гвозди (так они сделаны из железа). Под действием магнитного поля магнита гвозди придут в движение и поднимут на себе картон (рисунок 15).

Задание №2

Положите дугообразный магнит на край стола. Тонкую иглу с ниткой положите на один из полюсов магнита. Затем осторожно потяните иглу за нить, пока игла не соскочит с полюса магнита. Игла зависает в воздухе (рисунок 16). Объясните явление.

Когда игла соскользнет с полюса магнита, она все еще будет находиться в его магнитном поле. Магнит продолжит притягивать ее. В этот момент сила натяжения нити уравновешивает силу притяжения магнита. Так будет казаться, что игла зависла в воздухе. Если же расслабить нить, то игла снова притянется к магниту и «прилипнет» к нему.

Магнитное поле

Магнитное поле играет очень большую роль в электротехнике и электронике. Без магнитного поля не функционировали бы герконы, электромагнитные реле, соленоиды, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, двигатели, динамики, генераторы электрической энергии да и вообще много чего.

Природа магнетизма

Согласно одной из легенд, когда-то давным-давно жил в Греции пастух по имени Магнес. И вот шел он как-то со своим стадом овец, присел на камень и обнаружил, что конец его посоха, сделанный из железа, стал притягиваться к этому камню. С тех пор стали называть этот камень магнетит в честь Магнеса. Этот камень представляет из себя оксид железа.

Если такой камень положить на деревянную доску на воду или подвесить на нитке, то он всегда выстраивался в определенном положении. Один его конец всегда показывал на СЕВЕР, а другой — на ЮГ.

12 недорогих наборов электроники для самостоятельной сборки и пайки

Моя личная подборка конструкторов с Aliexpress «сделай сам» для пайки от простых за 153 до 2500 рублей. Дочке 5 лет — надо приучать к паяльнику))) — пусть пока хотя-бы смотрит — переходи посмотреть, один светодиодный куб чего только стоит

Этим свойством камня пользовались древние цивилизации. Поэтому, это был своего рода первый компас. Потом уже стали обтачивать такой камень и делать из разные фигурки. Например, так выглядел китайский древний компас, ложка которого была сделана из того самого магнетита. Ручка у этой ложки всегда показывала на ЮГ.

Ну а далее дело шло за практичностью и маленькими габаритами. Из магнетита вытачивали маленькие стрелки, которые подвешивали на тонкую иглу посередине. Так стали появляться первые малогабаритные компасы.

Древние цивилизации, конечно, не знали еще что такое север и юг. Поэтому, одну сторону магнетита они назвали северным полюсом (North), а противоположный конец — южным (South). Названия на английском очень легко запомнить, если кто смотрел американский мультфильм «Южный парк», он же Сауз (South) парк).

Магнитные линии и магнитный поток

Вокруг магнита экспериментальным путем были обнаружены магнитные силовые линии. Эти магнитные линии создают так называемое магнитное поле.

Как вы могли заметить на рисунке, концентрация магнитных силовых линий на самых краях магнита намного больше, чем в его середине. Это говорит о том, что магнитное поле является более сильным именно на краях магнита, а в его середине практически равна нулю. Направлением магнитных силовых линий считается направление от севера к югу.

Ошибочно считать, что магнитные силовые линии начинают свое движение от северного полюса и заканчивают свой век на южном. Это не так. Магнитные линии — они замкнуты и непрерывны. В магните это будет выглядеть примерно так.

Если приблизить два разноименных полюса, то произойдет притягивание магнитов

Если же приблизить одноименными полюсами, то произойдет их отталкивание

Итак, ниже важные свойства магнитных силовых линий.

• Магнитные линии не поддаются гравитации.
• Никогда не пересекаются между собой.
• Всегда образуют замкнутые петли.
• Имеют определенное направление с севера на юг.
• Чем больше концентрация силовых линий, тем сильнее магнитное поле.
• Слабая концентрация силовых линий указывает на слабое магнитное поле.

Магнитные силовые линии, которые образуют магнитное поле, называют также магнитным потоком.

Итак, давайте рассмотрим два рисунка и ответим себе на вопрос, где плотность магнитного потока будет больше? На рисунке «а» или на рисунке «б»?

Видим, что на рисунке «а» мало силовых магнитных линий, а на рисунке «б» их концентрация намного больше. Отсюда можно сделать вывод, что плотность магнитного потока на рисунке «б» больше, чем на рисунке «а».

В физике формула магнитного потока записывается как

Ф — магнитный поток, Вебер

В — плотность магнитного потока, Тесла

а — угол между перпендикуляром n (чаще его зовут нормалью) и плоскостью S, в градусах

S — площадь, через которую проходит магнитный поток, м 2

Что же такое 1 Вебер? Один вебер — это магнитный поток, который создается полем индукцией 1 Тесла через площадку 1м 2 расположенной перпендикулярно направлению магнитного поля.

Напряженность магнитного поля

Формула напряженности

Слышали ли вы когда-нибудь такое выражение: «напряженность между ними все росла и росла». То есть по сути напряженность — это что-то невидимое, какая-то сдерживающая сила, энергия. Здесь почти все то же самое. Напряженностью магнитного поля также часто называют силой магнитного поля. Напряженность магнитного поля напрямую зависит от плотности магнитного потока и выражается формулой

H — напряженность магнитного поля, Ампер/метр

B — плотность магнитного потока, Тесла

μ₀ — магнитная постоянная = 4π × 10 -7 Генри/метр или если написать по человечески 1,2566 × 10 -6 Генри/метр.

Эта формула работает только тогда, когда между витками катушки находится воздух, либо вакуум. Более крутая формула выглядит вот так.

μ — это относительная магнитная проницаемость.

У разных веществ она разная

Напряженность магнитного поля проводника с током

Итак, имеем какой-либо проводник, по которому течет электрический ток.

Для того, чтобы вычислить напряженность магнитного поля на каком-то расстоянии от проводника при условии, что проводник находится в воздушном пространстве либо в вакууме, достаточно воспользоваться формулой

H — напряженность магнитного поля, Ампер/метр

I — сила тока, текущая через проводник, Ампер

r — расстояние до точки, в которой измеряется напряженность, метр

Магнитное поле проводника с током

Оказывается, если через какой-либо проводник пропустить электрический ток, то вокруг проводника образуется магнитное поле.

Здесь можно вспомнить знаменитое правило буравчика, но для наглядности я лучше буду использовать правило самореза, так как почти все хоть раз в жизни ввинчивали либо болт, либо саморез.

Ввинчиваем по часовой стрелке — саморез идет вниз. В нашем случае он показывает направление электрического тока. Движение наших рук показывает направление линий магнитного поля. Все то же самое, когда мы начинаем откручивать саморез. Он начинает вылазить вверх, то есть в нашем случае показывает направление электрического тока, а наша рука в этом время рисует в воздухе направление линий магнитного поля.

Также часто в учебниках физики можно увидеть, что направление электрического тока от нас рисуют кружочком с крестиком, а к нам — кружочком с точкой. В этом случае опять представляем себе саморез и уже в голове увидим направление магнитного поля.

Как думаете, что будет если мы сделаем вот такую петельку из провода? Что изменится в этом случае?

Давайте же рассмотрим этот случай более подробно. Так в этой плоскости оба проводника создают магнитное поле, то по идее они должны отталкиваться друг от друга. Но если они хорошо закреплены, то начинается самое интересное. Давайте рассмотрим вид сверху, как это выглядит.

Как вы можете заметить, в области, где суммируются магнитные силовые линии плотность магнитного потока прям зашкаливает.

Соленоид

А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.

Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.

Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.

Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.

Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала — феррита.

Если в электрических цепях есть такое понятие, как ЭДС — электродвижущая сила, то и в магнитных цепях есть свой аналог — МДС — магнитодвижущая сила. Магнитодвижущая сила выражается в виде тока, протекающего через катушку из N витков и выражается в Амперах-витках.

I — это сила тока в катушке, Амперы

N — количество витков катушки, штуки)

Также советую посмотреть очень простое и интересное видео про магнитное поле.

Похожие статьи по теме «магнитное поле»

Урок физики на тему «Постоянные магниты». 8-й класс

Цели урока: актуализация знаний о магнитных явлениях и продолжение их изучения на основе фронтального эксперимента с постоянными магнитами, развитие творческих способностей обучащихся, формирование у обучающихся навыков самостоятельного исследования, формирование умений делать самостоятельные выводы.

Учащийся научится	Учащийся получит возможность научиться
Раздел “Электромагнитные явления”
— определять полюса магнита, направление магнитных силовых линий;	— описывать и объяснять физические явления: взаимодействие магнитов

2. Вступительное слово учителя

Тшу-ши – такое поэтическое название дали естественному магниту китайцы. В переводе оно означает “любящий камень”. Такое название эти естественные природные тела получили за то, что притягивали железные предметы, как нежная мать привлекает своих детей. Мы уже ранее выяснили, что, кроме естественных магнитов, люди широко используют магниты искусственные, которые изготавливаются на заводах. Они обладают такими же свойствами, что и природные магнитные тела. Сегодня на уроке мы попробуем себя в роли экспериментаторов и постараемся получить новые сведения о свойствах магнитов из опытов. Но для начала поговорим о том “А что же собой представляют Постоянные магниты”

3. Новый материал

2. Магнитные линии – замкнутые линии;

(На столах у обучащихся лежат карточки с экспериментальными заданиями. Познакомившись с ними, обучащиеся одновременно фронтально проводят эксперименты.)

КАРТОЧКА № 1 Полюсы магнита

Оборудование: магниты (полосовой и дугообразный), металлические скрепки.

1. Поднесите скрепку точно к середине полосового магнита. Притягивает ли магнит скрепку?
2. Подносите скрепки к разным местам магнита, начиная от середины и двигаясь к торцам.
3. Повторите эксперимент с дуговым магнитом.

• Сделайте соответствующие рисунки.

1. Какие места магнита обнаруживают наиболее сильное магнитное действие?
2. Каковы магнитные свойства средней линии магнита?

Вывод: Полюсами магнита следует называть те его места, где наиболее сильно проявляются магнитные действия; различают два полюса магнита: N – северный полюс, S – южный полюс. Вдоль средней линии магнита магнитные свойства не обнаруживаются, поэтому эта линия называется нейтральной.

КАРТОЧКА № 2 Появление магнитных свойств

Оборудование: железный гвоздь, стальное лезвие, медная и алюминиевая проволока, бумага, кусок резины, карандаш, полоска стекла, лист пластмассы, полосовой магнит, стальная спица для вязания, скрепки.

1. Определите, какие из имеющихся у вас различных предметов хорошо притягиваются магнитом. По результатам исследования заполните таблицу:

Притягиваются слабо

Притягиваются сильно

Не притягиваются

2. Поднося стальную спицу к скрепкам, проверьте ее магнитные свойства. Притягивает ли спица скрепки?

3. Положите спицу на стол и от ее середины проведите по ней одним из торцов полосового магнита. Сделайте 15-20 движений только в одну сторону (обратно магнит возвращайте по воздуху).

4. Проверьте магнитные свойства спицы еще раз. Изменились ли они после контакта с полосовым магнитом?

Вывод: Некоторые вещества (железо, сталь и т.д.) при контакте с магнитом приобретают магнитные свойства, т.е. сами становятся магнитами.

КАРТОЧКА № 3 Взаимодействие полюсов магнита

Оборудование: штатив с принадлежностями, прочная нить, магнитные стрелки, полосовые магниты, вязальная спица, несколько небольших гвоздей.

1. Сближайте магнитную стрелку с другой такой же стрелкой сначала красными концами, а затем синими. Как взаимодействуют стрелки?
2. Приближайте красный конец одной магнитной стрелки к синему концу другой. Как взаимодействуют стрелки?
3. Зарисуйте взаимное расположение полюсов стрелок по результатам эксперимента.
4. Проверьте, как взаимодействуют магнитная стрелка с полосовым магнитом, поднося магнит к стрелке разными полюсами. Сделайте пояснительные рисунки:
5. С помощью лапки и прочной нити подвесьте один из полосовых магнитов к штативу. Поднесите к нему другой магнит красным концом – сначала к синему, а затем к красному торцу. Как взаимодействуют магниты?
6. Прикрепите к одному из торцов магнита шляпками два-три гвоздя. Как расположатся острия гвоздей?
7. Поднесите намагниченную с помощью синего конца полосового магнита вязальную спицу (см. задание 3 в карточке № 2) к синему концу магнитной стрелки, а затем к ее красному концу. Как взаимодействует намагниченная синим концом магнита спица с магнитной стрелкой? Сделайте пояснительный рисунок.

Вывод: Одноименные полюсы магнитов отталкиваются, разноименные – притягиваются. В месте контакта с северным магнитным полюсом намагничиваемое тело приобретает свойства южного полюса магнита, и наоборот.

КАРТОЧКА № 4 Взаимодействие полюсов магнита

Оборудование: два полосовых магнита, картон, железные опилки.

1. Сверху на полосовой магнит положите картон, насыпьте на картон железные опилки. Встряхните опилки, слегка постучав по картону.
2. Зарисуйте появившуюся картину силовых магнитных линий.
3. Расположите под картоном два полосовых магнита одноименными полюсами друг к другу, и с помощью железных опилок получите новую картину магнитных силовых линий.
4. Зарисуйте картину магнитных силовых линий поля двух полосовых магнитов.
5. Повторите последний эксперимент с полосовыми магнитами, сориентировав их разноименными полюсами друг к другу.

Вывод: Магнитная линия – основная характеристика магнитного поля. Это линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок. Это замкнутые кривые, охватывающие полосовой магнит. (проводник с током, катушку с током – соленоид). Направление: Северный полюс магнитной стрелки.

5. Обсуждение результатов экспериментов.

6. Домашнее задание: Подготовиться к кратковременной контрольной работе по теме “Электромагнитные явления”. Повторить параграфы 56-60, конспекты

1. Перышкин .Физика: Учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений / Перышкин. – М .: Дрофа, 2013
2. Лукашик В.Н. Сборник задач по физике для 7-9 классов общеобразовательных учреждений / В.И. Лукашик, Е.В. Иванова. – М .: Просвещение, 2012
3. Демченко Е.А. Нестандартные уроки физики 7-11 классы. – Волгоград, 2011.

5.1. Магнитная индукция

Магнитная стрелка в каждой точке поверхности Земли (при отсутствии помех) принимает строго определенное направление: одним концом она приблизительно указывает в направлении геофизического севера, а другим — на юг. Конец магнитной стрелки, который указывает на север, условно называется северным (N), а противоположный — южным (S) (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Поведение магнитной стрелки в магнитном поле Земли

Если в некоторой области пространства на магнитную стрелку действуют силы, стремящиеся установить ее в определенном направлении, то мы говорим, что там имеется магнитное поле. Поведение стрелки компаса в магнитном поле (Земли или любого другого источника) позволяет ввести линии магнитной индукции (силовые линии магнитного поля) по аналогии с силовыми линиями электрического поля. В каком-то смысле это даже легче: стрелка сама указывает направление силовой линии в точке, где она находится. Основной cиловой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В. направленный по касательной к силовой линии, проходящей через данную точку. В различных точках поля индукция по величине и направлению имеет различные значения.

На рис. 5.2 демонстрируется ориентация магнитной стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной и вертикальной осей, вдоль вектора индукции магнитного поля Земли, наклоненного под некоторым углом к горизонту.

Рис. 5.2. Ориентация магнитной стрелки в магнитном поле Земли

На рис. 5.3 показано, что катушка с током в магнитном поле земли ведет себя аналогично магнитной стрелке. Ось длинной катушки с током, подвешенной на тонкой нити в горизонтальном положении, ориентируется вдоль горизонтальной составляющей вектора магнитной индукции магнитного поля Земли, то есть в направлении север-юг, как и обычная магнитная стрелка.

Рис. 5.3. Ориентация длинной катушки с током в магнитном поле Земли

Линии магнитной индукции, в отличие от линий электростатического поля, всегда замкнуты. Если говорить о магнитном поле постоянных магнитов, то принято считать, что линии выходят из северного полюса магнита, входят в южный и замыкаются внутри магнита (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Силовые линии постоянного магнита

На основании опыта установлено, что разноименные полюса притягиваются, одноименные отталкиваются. В этом смысле взаимодействие магнитов похоже на взаимодействие заряженных тел. Поведение стрелки компаса означает, что существует земной магнетизм, подобно тому, как существует гравитационное поле Земли, обусловленное ее массой. Поскольку обращаемый к северу конец стрелки назвали северным полюсом, а притягиваются разноименные полюса, то вблизи северного географического полюса Земли находится южный магнитный. Иными словами, магнитное поле Земли имеет направление с юга на север (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Магнитное поле Земли: северный магнитный полюс N находится вблизи южного географического
Показаны радиационные пояса Земли — внутренний (протонный) и внешний (электронный), —
где благодаря магнитному полю задерживаются заряженные частицы космических лучей

Электростатическое поле Е порождается электрическими зарядами и воздействует на них, что символически изобразим как

Два полюса магнита наводят на мысль о симметричном соотношении

Оказалось, однако, что симметрия между магнитными и электрическими явлениями не столь прямолинейна. Если отдельные тела можно зарядить либо только положительно, либо только отрицательно, поскольку существуют элементарные заряженные частицы — носители электрических зарядов разных видов, — то отделить один из магнитных полюсов от противоположного невозможно. Если разрезать на две части магнит, то каждая часть будет снова вести себя как самостоятельный магнит, имеющий на своих концах противоположные полюсы (рис. 5.6).

Рис. 5.6. При попытке разделить магнит на два разноименных магнитных заряда (монополя)
оказывается, что каждая из частей по-прежнему обладает двумя полюсами

Что произойдет, если при делении дойти до того, что разбить магнит на отдельные атомы? Можно ли тогда отделить северный полюс от южного? Нет, даже отдельные атомы ведут себя как микроскопические, но тем не менее «полноценные» магниты с северным и южным полюсами. Оказывается, что даже отдельные элементарные частицы (например, электроны) представляют собой микромагниты. В настоящее время отсутствуют какие-либо экспериментальные доказательства того, что в природе могут существовать отдельные магнитные заряды (монополи), подобные электрическим. Оказалось, что магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами и, в свою очередь, оказывает воздействие на них, так что наша схема принимает вид

В быту мы обычно имеем дело с малыми электрическими зарядами. В то же время заряд, протекающий через поперечное сечение проводника даже при небольшом токе, велик из-за огромной концентрации электронов в металле. Поэтому неудивительно, что первые экспериментальные наблюдения связи электрических и магнитных явлений были реализованы по схеме

Если понимать под стрелками в (5.2) экспериментальное подтверждение указанной связи, то первую из них (порождение магнитного поля током) провел датский ученый Г.X. Эрстед.

В 1820 г. Эрстедом было экспериментально установлено, что проводники, по которым текут токи, также взаимодействуют с магнитной стрелкой. Схема опыта Эрстеда показана на рис. 5.7. Около неподвижного провода, расположенного вдоль меридиана, располагается магнитная стрелка, которая при выключенном токе располагается параллельно проводу. При включении тока магнитная стрелка поворачивается, стремясь установиться перпендикулярно проводу.

Рис. 5.7. Опыт Эрстеда:
1 — схема опыта; 2 — положение стрелки при выключенном токе; 3 — положение стрелки при включенном токе

Положение магнитной стрелки, помещенной около проводника с током, изменяется с изменением направления тока, но стрелка совершенно не реагирует на неподвижные электрические заряды. Отсюда можно сделать вывод, что способностью создавать магнитное поле обладают лишь движущиеся электрические заряды (электрический ток), а вокруг неподвижных зарядов существует только электростатическое поле. Магнитное поле, возникающее в пространстве около проводников с током, как и электрическое поле, обусловленное неподвижными зарядами, является одним из видов материи. Как мы вскоре увидим, оно обладает определенными физическими свойствами и характеризуется энергией.

Дополнительная информация