Магнитное поле. Законы магнетизма

Плазма

Плазма – это ионизированный электрически нейтральный газ. Она представляет собой смесь положительных ионов и электронов, хотя в целом она нейтральна. Плазма наряду с газообразным, жидким и твердым состояниями вещества представляет собой еще одну форму - четвертое агрегатное состояние вещества. В зависимости от степени ионизации вещества различают плотно ионизированную и частично ионизированную плазму. Также существует понятие «холодной» плазмы (при температуре T< 1000¸ 10 000 K) и «горячей» плазмы, которая создается при очень высокой температуре: T > 10⁵ К. К такому виду плазмы относится Солнце. Энергия из недр Солнца выделяется в результате так называемого термоядерного синтеза. В этом случае при температуре порядка миллиона градусов Цельсия происходит слияние ядер, в результате которого выделяется огромная энергия в виде энергии электромагнитного излучения и потоков заряженных частиц – протонов и электронов. Физики уже более шестидесяти лет пытаются создать горячую плазму в земных условиях и таким образом осуществить термоядерный синтез, которым можно управлять.

Если рассматривать все окружающее нас вещество, то, привычные формы вещества, по сравнению с плазмой представляют меньшую часть. Во Вселенной плазма – основная форма состояния вещества. Пример внешнего вида плазмы приведен на рис.9.10.

Рис.9.10. Пример внешнего вида плазмы

Магниты. История магнетизма уходит своими корнями к античной цивилизации Малой Азии. Именно там, в Магнезии, находили горную породу, кусочки которой притягивали друг друга. По названию территории такие вещества и стали называть магнитами. Задолго до открытия магнитного поля были созданы компасы, которыми для целей навигации стали пользоваться китайские мореплаватели еще в XI веке. Компас представляет собой магнит с одной точкой опоры. Один конец стрелки показывает на южный магнитный полюс, расположенный на севере, а другой на северный, распложенный в южном полушарии. Причем магнитные и географические полюса не совпадают. Земля обладает собственным магнитным полем (рис.9.11).

Любой магнит в форме стержня или подковы (рис.9.10б) имеет два торца, которые называют полюсами. Один полюс получил название северный, так как один конец магнитной стрелки всегда направлен на север. Аналогично другой полюс магнита получил название южного.

Рис. 9.11. Магнитное поле Земли (а) и обычного магнита (б).

Если два магнита приблизить друг к другу, то между ними будет действовать сила. Магниты[9] либо притягиваются, если их полюса разные, либо отталкиваются, когда их полюса одинаковые (рис. 9.12). У.Гильберт[10] в 1600 году описал некоторые свойства магнитов. Например, при распиливании магнита нельзя получить магниты с одним полюсом.

Вокруг магнита существует магнитное поле. Силу, с которой один магнит действует на другой, можно интерпретировать как результат взаимодействия одного магнита с некоторой материальной средой, образующейся вокруг другого магнита. Эта среда получила название магнитного поля. Позже понимание магнитного поля свелось к такому его определению, которое стало классическим.

Магнитное поле [11] – это вид материи, посредством которой взаимодействуют движущиеся заряды.

В восемнадцатом веке многие исследователи пытались установить связь между электрическим и магнитным полем.

Эрстед[12] (1777-1851) в 1820 году во время занятий со студентами он установил связь электрического и магнитного полей. Он случайно заметил или возможно ему подсказали слушатели, что магнитная стрелка морского компаса, по которому проходили провода, отклоняется от первоначального положения, как только по проводнику потечет ток. Этот факт привел Эрстеда к заключению, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле.

Вблизи прямолинейного проводника с током стрелка компаса устанавливается по касательной к окружности, охватывающей проводник. Эти окружности представляют собой силовые линии магнитного поля. Для определения направления силовых линий магнитного поля проводника с током используют правило правой руки (правило буравчика). Правило правой руки утверждает, что проводник мысленно обхватывают правой рукой так, чтобы большой палец указывал в направление тока (рис.9.13а). Тогда если остальные пальцы загнуть, то они укажут направление силовых линий магнитного поля. Правило буравчика формулируется так: если ввинчивать правый винт в направлении тока в проводнике, то направление вращения винта покажет направление силовых линий поля.

Рис. 9.12. Взаимодействие полюсов магнитов

Далее оказалось, что в магнитном поле на проводник с током действует сила. Два проводника с током, направленным в одну сторону, притягиваются, а если токи направлены в противоположные стороны – отталкиваются (рис.9.13б).

Дата добавления: 2014-01-07