Конспект лекций_ФИЗИКА_2сем (1175198), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Китайские мореплаватели использовали компас в XI веке, вЕвропе подобные устройства появились лишь в XII веке.В пространстве, окружающем намагниченные тела, возникает магнитное поле.Помещенная в это поле маленькая магнитная стрелка устанавливается в каждой его точкевполне определенным образом, указывая тем самым направление поля. Тот конец стрелки,который в магнитном поле Земли указывает на север, называется северным, апротивоположный – южным.Хорошо известно, что, если поднести два магнита друг к другу, между ними действуетсила.

Магниты либо притягивают друг друга, либо отталкивают; их взаимодействиеощущается даже тогда, когда магниты не соприкасаются. Если к северному полюсуодного магнита поднести северный полюс другого, магниты будут отталкиваться; то жесамое будет, если поднести магниты друг к другу южными полюсами. Но если ксеверному полюсу одного магнита поднести южный полюс другого, возникаетпритяжение. Это напоминает взаимодействие электрических зарядов: одноименныеполюса отталкиваются, а разноименные притягиваются. Но не следует смешивать полюсамагнитов и электрические заряды – это совсем разные вещи.Вернемся к примеру с магнитной стрелкой, помещенной в магнитное поле. Приотклонении стрелки от направления магнитного поля, на стрелку действует механическийкрутящий момент, пропорциональный синусу угла отклонения α и стремящийсяповернуть ее вдоль указанного направления. Таким образом, при взаимодействиипостоянных магнитов они испытывают результирующий момент сил, но не силу.

Подобноэлектрическому диполю, постоянный магнит в однородном поле стремится повернутьсяпо полю, но не перемещаться в нем.Существенное отличие постоянных магнитов от электрических диполей заключается вследующем. Электрический диполь всегда состоит из зарядов, равных по величине ипротивоположных по знаку. Эти заряды можно отделить друг от друга и расположить наотдельных телах, например, разрезав диполь пополам по плоскости, перпендикулярнойоси диполя. Постоянный же магнит, будучи разрезан таким образом пополам,превращается в два меньших магнита, каждый из которых имеет и северный и южныйполюса.

Никакое деление не дает возможности получить отдельно источники северного июжного магнетизма – магнитные заряды. Причина состоит в том, что «магнитныхзарядов» (или, как иногда говорят, «магнитных масс») в природе не существует.Подводя итоги сведениям о магнетизме, накопленным к 1600 г., английский ученыйфизик Уильям Гильберт в труде «О магните, магнитных телах и большом магните –Земле» высказал мнение, что, несмотря на некоторое внешнее сходство, природа86электрических и магнитных явлений различна.

Действительно, кроме вышеуказанногоотличия, опыт показывает, что если расположить вблизи магнитной стрелки компасалегкий заряженный шарик, то мы не обнаружим никакого действия со стороны зарядашарика на магнитную стрелку. В свою очередь, магнитное поле стрелки никак недействует на заряженный шарик. Все же, к середине XVIII века, окрепло убеждение оналичии тесной связи между электрическими и магнитными явлениями. Однако природаэтой тесной связи тогда установлена быть не могла из-за отсутствия достаточно мощныхисточников тока.В 1820 году Эрстед открыл явление отклонения магнитной стрелки гальваническимтоком и тем самым сделал первый существенный шаг в выяснении характера связиэлектрических и магнитных явлений.

Затем Гей-Люссак и Араго наблюдалинамагничивание железа постоянным током, идущим в проводнике. Ампер обнаружилпритяжение между проводами, по которым проходят параллельные токи, и отталкиваниемежду противоположно направленными токами. Им же была выдвинута гипотеза о том,что свойства постоянных магнитов обусловлены циркулирующими в их толщепостоянными круговыми токами (молекулярными токами).Но вернемся к открытию Эрстеда. Он помещал магнитную стрелку внепосредственной близости от проводника с током и обнаружил, что при протекании попроводнику тока, стрелка отклоняется; после выключения тока стрелка возвращается висходное положение (рис.

2.2.1).Рис. 2.2.1Из описанного опыта Эрстед делает вывод: вокруг прямолинейного проводника стоком есть магнитное поле. Он обратил внимание также на то, что при изменениинаправления тока в проводнике северный конец стрелки поворачивается в другуюсторону.В дальнейшем исследовалось действие на магнитную стрелку проводников с токомсамой различной формы. Был сделан общий вывод: вокруг всякого проводника с токоместь магнитное поле.Но ведь ток – это направленное движение зарядов. Возможно, вокруг всякогодвижущегося заряда существует магнитное поле? Опыты подтверждают: да, магнитноеполе появляется вокруг электронных пучков и вокруг перемещающихся в пространствезаряженных тел.Итак, вокруг всякого движущегося заряда помимо электрического поля существуетеще и магнитное.

Магнитное поле – это поле движущихся зарядов. Известно, что онообнаруживает себя по действию на магнитные стрелки или на проводники с токами, т.е.на движущиеся заряды.87Дальше мы увидим, что, подобно электрическому полю, оно обладает энергией и,следовательно, массой. Магнитное поле материально. Теперь можно дать следующееопределение магнитного поля: магнитное поле – это материя, связанная сдвижущимися зарядами и обнаруживающая себя по действию на магнитные стрелки идвижущиеся заряды, помещенные в это поле.Эрстед изложил результаты своих опытов Амперу, который тут же повторил этиопыты и продолжил их.

Он взял катушку с током, намагниченный металлическийстержень и обнаружил воздействие магнитного поля катушки на стержень. В этом опытенепосредственно была показана связь электрического и естественного магнетизма.Кроме того, Ампер изучил действие магнитного поля на проводники с током.Подобно тому, как для исследования электрического поля используется пробныйточечный заряд, для исследования магнитного поля используется точечное магнитноеполе, созданное пробным током, циркулирующим в плоском замкнутом контуре оченьмалых размеров.Возьмем такой контур с током I и поместим его в магнитное поле.Основное свойство магнитного поля – способность действовать на движущиесяэлектрические заряды с определенной силой. В магнитном поле контур с током будеториентироваться определенным образом.

Ориентацию контура в пространстве будемхарактеризовать направлением нормали, связанной с движением тока правиломправого винта или «правилом буравчика» (рис. 2.2.2).Итак, на контур с током в магнитном поле действует вращающий момент. Контурориентируется в данной точке поля только одним способом. Примем положительноенаправление нормализа направление магнитного поля B в данной точке. Вращающиймомент прямо пропорционален величине тока I, площади контура S и синусу угла междунаправлением магнитного поля и нормали .здесь М – вращающий момент, или момент силы,контура (аналогично– магнитный момент– электрический момент диполя).Рис. 2.2.288Направление векторанаправлением нормали.магнитногомоментасовпадаетсположительным(2.2.1).Отношение момента силы к магнитному моментудля данной точки магнитногополя будет одним и тем же и может служить характеристикой магнитного поля,названной магнитной индукцией:илигде B(2.2.2)– вектор магнитной индукции, совпадающий с нормалью n .По аналогии с электрическим полем.Магнитная индукция B характеризует силовое действие магнитного поля на ток(аналогично,характеризует силовое действие электрического поля на заряд).

B –силовая характеристика магнитного поля, ее можно изобразить с помощью магнитныхсиловых линий.Поскольку М – момент силы и Pm – магнитный момент являются характеристикамивращательного движения, то можно предположить, что магнитное поле – вихревое.Условились, за направление B принимать направление северного конца магнитнойстрелки. Силовые линии выходят из северного полюса, а входят, соответственно, вюжный полюс магнита.Для графического изображения полей удобно пользоваться силовыми линиями(линиями магнитной индукции). Линиями магнитной индукции называются кривые,касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора B в этойточке.Конфигурацию силовых линий легко установить с помощью мелких железных опилок(рис.

Характеристики

Список файлов учебной работы