- Виды магнитных взаимодействий
- Единица силы тока
- Магнитное поле
- знать способы обнаружения магнитного поля; источники магнитного поля; физический смысл единицы силы тока; как взаимодействуют два параллельных проводника с током
- уметь описывать опыты, подтверждающие взаимосвязь между электрическим и магнитным полями
- Существуют ли другие источники магнитных сил, кроме постоянных магнитов?
- Есть ли связь между электрическим и магнитным взаимодействием?
- Почему параллельные проводники, по которым ток течёт в противоположных направлениях, отталкиваются друг от друга?
Виды магнитных взаимодействий
Магнитное взаимодействие имеет схожую черту с гравитационным и электрическим взаимодействием: действие магнитных сил проявляется не только при непосредственном контакте двух намагниченных тел, но и на довольно больших расстояниях между ними. Однако магнитное взаимодействие имеет существенные отличительные особенности, рассмотрим их подробнее.
Гравитационные силы проявляются между любыми телами, независимо от наличия заряда. Два тела всегда притягиваются друг к другу.
Электрические силы проявляются только при взаимодействии тел, имеющих какой-то заряд: если тела обладают одноимёнными зарядами, они отталкиваются; разноимёнными — притягиваются. Заряженное тело всегда имеет заряд определённого знака: или положительный, или отрицательный. В отличие от наэлектризованного тела магнит всегда имеет два полюса: северный и южный. Отсюда следует вывод, что магнитных зарядов не существует.
Магнит всегда имеет два полюса. Магнитных зарядов, аналогичных электрическим, в природе не существует.
Изначально считалось, что электрические и магнитные взаимодействия не связаны между собой. В 1820 г. датским физиком Хансом Эрстедом была проведена серия опытов, доказывающих, что электрические и магнитные взаимодействия тесно связаны друг с другом.
На рисунке 1 приведена схема опыта Эрстеда.
Рис. 1. Схема опыта Эрстеда
В начальный момент электрическая цепь разомкнута и магнитная стрелка, установленная вблизи проводника, ориентируется под действием магнитного поля Земли.
Если замкнуть ключ, по проводнику потечёт электрический ток и магнитная стрелка установится перпендикулярно проводнику.
Опыт Эрстеда показал, что проводник, по которому течёт электрический ток, действует на магнитную стрелку с некоторой силой.
Рис. 2. Действие постоянного магнита на проводник с током
На рисунке 2 показана схема опыта, доказывающего, что постоянные магниты также действуют на проводники с током с некоторой силой.
При разомкнутом ключе проводник АВСD под действием силы тяжести располагается вертикально (рис. 2, а), при замкнутом ключе проводник отклоняется от вертикального положения на некоторый угол (рис. 2, б).
Рис. 3. Взаимодействие двух параллельных проводников с током
Эксперименты показывают, что направление движения проводника зависит от направления тока в нём; величина угла отклонения — от значения силы тока.
Французский физик Андре Ампер изучал взаимодействие двух параллельных проводников с током. Учёный обнаружил, что если направление тока в этих проводниках совпадает, то они будут притягиваться (рис. 3, а), если токи направлены в противоположные
стороны — отталкиваться (рис. 3, б).
Магнитные силы проявляются в следующих случаях: между намагниченными телами, между магнитом и проводником с током, между проводниками с током.
Единица силы тока
Как мы помним, единица измерения силы тока в СИ — ампер (А).
Данная единица была определена именно при изучении магнитного взаимодействия двух параллельных проводников с током.
Один ампер — это сила такого тока, при протекании которого по двум длинным прямым проводникам, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, между проводниками возникает сила, равная 2 ∙ 10-7 Н на каждый метр длины проводников.
Магнитное поле
Заряженные тела взаимодействуют друг с другом посредством электрического поля.
Аналогично намагниченные тела взаимодействуют друг с другом посредством особого вида материи — магнитного поля.
Магнитное поле, также как электрическое, невозможно обнаружить с помощью зрения или осязания, но можно обнаружить по действию на другие магниты или проводники с током.
Магнитное поле действует на проводник только тогда, когда по нему течёт электрический ток. Следовательно, магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы.
Проводник, по которому течёт ток, является источником магнитного поля. Следовательно, вокруг любого движущегося заряда также существует магнитное поле.
Магнитное поле не действует на заряды, находящиеся в состоянии покоя, и не существует вокруг покоящихся зарядов. Кроме того, наэлектризованное тело взаимодействует с телами из любых материалов, а магнит — только с телами из некоторых материалов; наэлектризовать можно любой материал, а намагнитить — только некоторые материалы.
Магнитное поле — это особый вид материи, который существует вокруг намагниченных тел, проводников с током и движущихся зарядов. Магнитное поле обнаруживается по действию на другие магниты, проводники с током и движущиеся заряды.
Итоги
- Один ампер — это сила такого тока, при протекании которого по двум длинным прямым проводникам, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, между проводниками возникает сила, равная 2 ∙ 10-7 Н на каждый метр длины проводников.
- Магнитное поле — это особый вид материи, который существует вокруг намагниченных тел, проводников с током и движущихся зарядов.
- Магнитное поле обнаруживается по действию на другие магниты, проводники с током и движущиеся заряды.
Контрольные вопросы
1. Как взаимодействуют два параллельных проводника с током?
2. Сформулируйте определение единицы силы тока.
3. Как можно обнаружить магнитное поле?
