Розділ 1 електромагнетизм

ТЕМА 1 МАГНІТНЕ ПОЛЕ У ВАКУУМІ

§ 1 Магнітне поле. Дослід Ерстеда. Закон Ампера. Напрям і модуль вектора індукції магнітного поля. Принцип суперпозиції [13, 14]

1 У природі трапляються деякі залізні руди, що мають властивість притягувати до себе невеликі залізні предмети, що знаходяться поблизу, наприклад, залізні ошурки або цвяхи. Якщо кусок такої руди підвісити на нитці, він орієнтується в напрямку з півночі на південь (рис. 1.1). Куски такої руди називають природними магнітами. Кусок заліза або сталі, що знаходиться поблизу магніту, сам намагнічується, тобто отримує здатність притягувати до себе інші залізні предмети.

2 Можна виготовити магніт у вигляді дуже

довгого й тонкого стержня. Подібний магніт називають магнітною стрілкою. Часто магнітну стрілку виготовляють у вигляді витягнутого ромба (рис. 1.2). Якщо таку стрілку підвісити або

укріпити на вістрі так, щоб вона могла вільно N

обертатися, то вона завжди встановлюється таким чином, щоб один з її полюсів був повернутий на S північ, а інший – на південь. Так само орієнтується

й будь-який магніт, що підвішений на тонкій, яка легко закручується, нитці. Полюс магніту, що повертається на північ, називають північним полюсом, а інший полюс – південним.

Рисунок 1.1 – Магнітна руда, що

підвішена на нитці, орієнтується певним чином

Магнітні стрілки особливо зручні для виявлення магнітних властивостей природного або штучного магніту. Наближаючи до стрілки магніт, ми побачимо, що її північний полюс притягується до південного полюса магніту й відштовхується від північного (і навпаки). Таким чином, магнітна стрілка під дією магніту повертається відносно своєї осі.

3 Як показує дослід,

взаємодія між магнітами S S

здійснюється за допомогою

магнітного поля. Магнітне N

поле – це матеріальний об'єкт,

N

що орієнтує магнітну стрілку в B

просторі. З дослідів випливає, B

що магнітне поле має

спрямований характер. Тому

магнітне поле характеризують

.

Рисунок 1.2 – Магнітні стрілки у вигляді витягнутого

ромба: ліворуч – підвішена на нитці, праворуч –

укріплена на вістрі

.

вектором магнітної індукції B. За напрям вектора B, за визначенням, беруть напрям від

південного полюса S до північного N магнітної стрілки, що вільно встановилась у магнітному полі (див. рис. 1.2).

4 Історичним у розумінні сутності магнітного поля став дослід Ерстеда (1820 р.). Ерстед розмістив над магнітною стрілкою прямолінійний провідник (рис. 1.3) паралельно

стрілці. Стрілка могла вільно обертатися навколо вертикальної осі. Коли по провіднику пропускали електричний струм, магнітна стрілка відхилялася й встановлювалася перпендикулярно до провідника. При зміні напрямку струму стрілка поверталася на 180°. Те саме відбувалося, коли провідник переносили вниз і розміщували під стрілкою. Таким чином, дослід Ерстеда доводить, що в просторі, який оточує електричний струм, створюється магнітне поле.

5 У попередньому пункті ми говорили про те, що провідники зі струмом створюють навколо себе магнітне поле. Виявляється, що є й інша властивість, магнітне поле діє на провідники зі струмом. Для доведення цього виконаємо такий дослід. Два паралельних металевих стержні A й B розмістимо між полюсами магніту N й S (рис. 1.4). Легкий металевий стержень C опирається своїми кінцями на стержні A й B і може вільно переміщатися уздовж них. Стержні A й B приєднані до акумуляторної батареї Б через комутатор K, за допомогою якого можна замикати й розмикати електричне коло, яке утворене провідниками A, C й B, а також змінювати напрям електричного струму в ньому.

Рисунок 1.3 – Схема досліду Ерстеда

N

A

K

C B

Б

S

Рисунок 1.4 – Схема досліду, що демонструє вплив магнітного поля на провідник з електричним струмом

Дослід показує, що при замиканні ланцюга провідник C починає рухатись уздовж стержнів A й B. Напрям переміщення провідника C залежить від напрямку електричного струму в ньому. На рис. 1.5 показані обидва можливих випадки. Якщо струм I у провіднику C проходить перпендикулярно до площини креслення «до нас» (такий струм позначають кружком із крапкою в його центрі), то провідник переміщається вправо (рис. 1.5 а). Якщо струм I проходить в протилежному напрямку (такий струм позначають кружком із хрестом усередині нього), то провідник C рухається вліво (рис. 1.5 б).

6 Дію магнітного поля на провідники зі струмом було виявлено Г. Ерстедом і А. Ампером.

Ампер докладно дослідив це явище й дійшов N N

.

висновку, що сила

dF, яка діє на малий провідник

довжиною dl зі струмом I, що знаходиться у магнітному полі, визначається за такою формулою:

Дата добавления: 2014-01-11